洞口坡积体隧道安全进洞开挖方式研究

魏志强

（南平高速咨询监理有限公司，福建 南平 353100）

0 引言

在隧道工程项目全面开展的过程中，积极做好隧道洞口坡积体安全进洞开挖管理工作，可以提高隧道施工安全以及后期隧道运营安全。洞口坡积体作为工程施工前期的主要重点工作，需要做好洞口进洞安全开挖设计工作，明确安全进洞开挖方式以及进洞方式，结合隧道洞口地形尽可能减少仰坡开挖，保护隧道原有地形地貌，实现自然进洞。

目前，隧道安全进洞开挖施工工艺得到优化与创新，减低了不良地质环境所造成的影响，需要结合洞口坡积体，严格按照隧道原有的地形地貌，明确安全进洞开挖方式，促使隧道工程项目施工质量达到标准要求。

1 建阳区西区生态城府前路隧道工程概况

该工程属于一项府前路隧道，隧道设计为上下行分离的两车道连拱隧道，隧道总长度达到了320m，起止桩号为K1+490—K1+810，隧道进口端明洞长度达到30m，出洞口明洞长度为5m，隧道中端暗洞为285m。隧道纵向坡度为-2.907%，限界净宽达到了11.25m，隧道净高达到了5.0m，隧道洞身施工则采用“新奥法”原理，充分应用复合式衬砌施工方式，隧道洞身围岩支护设置为Ⅴ、Ⅳ级。在隧道安全洞口工程设计中，以“早进洞、晚出洞”的原则，降低洞口边坡、仰坡的开挖高度，结合现场最终测量数据结果，明确洞底深度及地面标高。在隧道安全进洞开挖施工中，开挖深度相对较大，可达28～32.45m，出洞开挖施工深度可达38.26～39.52m。由于隧道安全进洞洞口右侧地形相对较为偏压，在洞门设计中，顺应地形采取抗偏压式端墙洞门。在右侧洞外设计中，则设置了护体挡墙平衡洞门[1]。

2 地形地貌及气象水文

2.1 地形地貌与工程地质情况

该隧道主要地理位置处于建阳区西门外西区生态城内，地貌为低山剥蚀残丘。山丘斜坡坡度处于15～30°，部分地形起伏相对较大，坡体以原始生态为主。隧道沿线地貌为低山区域，对洞口周围存在的小型冲沟在施工前进行了局部回填。隧道沿着山体进行施工，呈现出中间高、两端低的情况，隧道山体最高程达到197.24m。

2.2 气候、气象

建阳地区属于亚热带季风性气候，夏季雨量充沛，常年温暖潮湿，降雨量一般可达1700～2400mm。由于地区麻沙镇西北部地势处于逐渐增高的状态，降雨量也呈现递增的趋势，每年的平均降雨量甚至超出了2800mm 以上。

2.3 水文地质

隧道工程项目施工区域地下水环境主要处于构造带或者基岩裂缝中。根据工程测量数据结果，隧道洞身段局部构造裂隙一般为2～3mm，在现场通过压水试验，发现隧道强风化云母石英片岩呈中等透水性。由于隧道的地下水经常受到大气环境因素、降水因素影响，导致地下水通过基石裂缝呈现渗流汇集的情况，由高处向低处流动，对进洞施工造成影响。根据测量结果，地下水埋深达到了22～27m。

3 洞口坡积体隧道安全进洞开挖方式具体研究

3.1 隧道洞口与明洞施工

3.1.1 洞口与明洞开挖。为了确保隧道安全进洞，在施工中应结合工程设计图纸，做好隧道洞口地质情况分析，制订科学合理的开挖方案，并提前完成隧道刷坡作业。在隧道洞口坡积体施工作业的过程中，土石方开挖以机械作业为主，石质部分则选择爆破方式，并加强现场监测，确保洞口坡积体结构保持稳定。在安全进洞开挖工作中，需要预留进洞核心土，支护与洞口开挖作业同时开展。落实洞口坡积体防护工作，可以避免地表水对围岩造成影响，确保洞口表面结构的稳定性与安全性，严格按照设计要求做好防护施工作业。除此之外，为了确保隧道进洞安全开挖效果得到有效提升，应当提前做好隧道防水工作。首先，在隧道初期支护以及二次衬砌施工作业过程中，提前做好防水层敷设工作，防水层主要采用1.5mmEVA 防水板+350g/m2无纺土工布。在防水板铺设的过程中，采取无钉孔施工方式。隧道衬砌结构本身具备一定的防水性，在二次衬砌的过程中，使用抗渗等级达到P8 的C35防水混凝土。由于隧道洞口开挖很容易导致地下水上涌，对隧道地表质量造成严重影响，则需要及时做好围岩注浆处理工作，减少排水量。

3.1.2 明洞衬砌。明洞开挖工作达到设计标准要求后，施工人员需要及时做好基底清理作业，检测基底的地质环境。在监测达到标准要求的情况下，按照设计要求控制拱圈混凝土的灌注强度，在强度达到70%以上时，及时做好内模拆除作业。在拱圈背部使用砂浆找平并敷设防水板，确保防水板之间错缝搭接效果达到标准要求，搭接超出100mm 以上，隧道内拱背延伸超出500mm 以上，随后涂抹水泥砂浆。

3.1.3 明洞回填。在明洞回填施工中，保证明洞两侧达到对称回填，通过人工完成分层夯实作业。在回填工作完成后，通过人工及时分层填铺，填铺高度达到标准即可。如果使用机械设备进行回填，要确保拱圈混凝土的强度达到设计要求70%以上，并且由人工夯实。回填达到拱顶1m 后，才可用机械设备回填，流程如图1 所示。

图1 洞口与明洞施工图

3.2 超前支护

在洞口坡积体隧道安全进洞施工中，通过隧道勘测检测数据结果分析，在隧道进洞施工中采取复合式衬砌结构，落实超前支护工作，主要以φ108 超前管棚支护为主。大管棚进口、出口长度分别为40m、28m。洞口支护所需超前大管棚数量达到了98 根。在施工中，采取机械的方式完成管棚顶入，最后进行注浆。具体施工方式如下所示。

3.2.1 临时成洞面开挖。在开挖作业中，采取“预留核心土法”，在洞口施工非核心土部分开挖作业中，开挖距离达到洞面。在开挖完成后，完成锚喷支护作业。

3.2.2 套拱施工。在施工过程中，使用2m 以上长的C35 混凝土套拱材料。在套拱基础作业中，采取掏槽开挖方式，确保地基承载力达到标准要求。在支护稳定后，及时使用5cm 木模完成内外模安装作业。根据设计要求，控制布筋与孔口管的具体位置，最后进行套拱混凝土施工作业。在套拱施工中，使用的钢架材料以3 榀18 工字钢为主，榀钢架间需要使用10mφ22 钢筋焊接。在安装时，控制φ127 预埋钢管位置，保证接地钢筋预埋位置达到设计标准。

3.2.3 扫孔。在扫孔作业中，需要利用φ108mm岩芯管，将孔内中的石渣进行清理。在下管出现问题的情况下，需要增加扫孔次数，保障孔内清洁。

3.2.4 下管。在打孔与布孔工作完成后，孔径需要达到15mm 左右，每30cm 距离打一个孔。导管尾部需要预留30cm，作为止浆段。在下管完成后，通过焊接，将φ108mm 钢管与φ127mm 孔口导管进行连接。

3.2.5 注浆。根据隧道洞口坡积体地质环境，及时注浆，在注浆完成后，进行打孔。使用无孔钢管对注浆质量进行全面检查，选择合适的注浆泵即可。

3.3 安全进洞开挖

在安全进洞开挖中，由于洞口以明洞为主，采取明挖法，并及时做好洞口坡积体防护工作，对地基承载力进行检测分析。在隧道洞口属于软弱岩体或者破碎岩体的情况下，需要采取机械开挖或者弱爆破开挖，避免在开挖时发生超挖或者欠挖的情况。

3.3.1 中导洞进洞开挖。在中导洞进洞开挖中，从内到外完成浇筑工作，同时设置隔墙。主要施工环节包含中导洞超前支护、中导洞开挖、初期支护、基础开挖、基底砂浆锚杆施工、中隔墙浇筑以及回填。在中导洞进洞开挖时，选择人工开挖的方式，使用侧卸式装载机完成石渣运输，使用湿喷机设备进行中导洞喷混凝土作业。在施工过程中，隧道洞口浅埋段在开挖距离0.5m 的情况下，每日做好2 个循环，以此确保洞口开挖效果得到提升，洞口每月开挖进度达到30m。

3.3.2 主洞进洞开挖。在主洞进洞开挖中，遵守侧导先行选择。在开挖施工中，隔墙施工作业完成后，根据围岩情况错开40m 左右的距离，对左右两导洞进行开挖，保证开挖作业安全。在主洞进洞开挖中，由于受到地质环境因素影响，采取了不爆破以及弱爆破的施工方式，利用机械设备对硬质破碎岩体进行开凿处理。主洞进洞开挖时，选择YT-28 凿岩机设备完成开挖钻眼作业，或者利用塑料导爆管完成起爆作业，使用侧卸式装载机设备做好装渣运输工作。

3.3.3 光面爆破。在隧道安全进洞开挖作业中，应在洞口周边沿外轮廓线做好布控测量工作。隧道安全进洞开挖位置调整范围低于5cm，在隧道进洞开挖位置，将斜率外插控制在4%左右。结合隧道爆破炮眼施工的质量要求，调整炮眼斜率与深度，促使炮眼低于开挖断面轮廓线10cm 左右。在围岩稳定性较低的情况下，可以增加周边炮眼的数量，分组进行起爆，或者使用光面爆破以及预裂爆破技术，加强做好隧道安全进洞起爆作业。

3.3.4 装渣运输。在隧道安全进洞爆破作业完成后，需要及时做好出渣运输工作，可以采取机械扒渣以及无轨运输方式，将隧道安全进洞产生的碎渣运输到弃渣场。在装渣运输中，应派遣专人做好沿线巡视工作，避免在道路上出现大量碎渣撒落问题，影响后期道路运输。在装渣运输中，还应做好降尘工作，避免对周围环境造成影响。在具体施工过程中，需要合理应用现代化装运设备，严密组织管理工作，保障工程进度达到标准要求。

3.4 安全进洞初期支护

3.4.1 施工方法。在初期支护施工作业中，使用系统锚杆、钢拱架以及喷射混凝土等方式。在系统锚杆施工作中，主要采用φ25 中空注浆锚杆。该中空注浆锚杆组成部分相对较多，以锚头、杆体、止浆塞以及螺母部件为主。在中空注浆锚杆实际应用的过程中，由人工现场完成搅拌注浆作业，并做好后期养护工作。

3.4.2 喷射混凝土。在喷射混凝土施工作业前，做好现场风险处理工作，检查洞口开挖断面尺寸。在喷射存在集中出水点的情况下，需要做好排水作业。为了确保喷射混凝土施工质量，需要在隧道洞口外设置拌和站，加快混凝土的运输速度，采取湿式喷射方式，完成初喷与复喷工作，确保喷射效果达到设计标准的要求。施工流程如图2 所示。

图2 喷射混凝土施工工艺流程

3.4.3 砂浆锚杆。在该工程项目中，所使用的砂浆锚杆材料主要以φ22 钢筋为主。在现场，通过加工制成超前锚杆以及锁脚锚杆等。在砂浆锚杆施工作业中，采取钻孔打入方式，将钻孔布置为梅花形，孔间距达到设计标准要求。结合锚杆的设计深度，先打孔、再注浆，最终完成插入工作。在钻孔作业中，严格按照钻孔设计要求，选择合适的风钻机设备，确保钻孔直径超出锚杆直径15mm 左右，钻孔深度达到锚杆长度95%左右。在插入锚杆后，完成超前锚杆尾端与系统锚杆焊接工作，使用环向钢筋进行焊接，确保支护效果得到有效提升。

3.5 安全进洞二次衬砌

在二次衬砌施工作业中，要求混凝土质量达到标准要求，实施连续性混凝土浇筑作业。确保二次衬砌效果得到有效提升，在混凝土制备过程中，严格按照混凝土强度的标准要求，控制混凝土原材料的配合比。在原材料拌制完成后，使用混凝土运输车将其运输到施工现场，利用输送泵完成混凝土连续浇筑作业。在隧道仰拱开挖作业中，使用挖掘机进行挖桩作业，不允许出现欠挖问题。在具体施工中，结合工程的具体要求，加快工程进度，保障仰拱中所埋设的止水带位置达到设计标准要求，在浇筑作业中，保证仰拱一次成型。在仰拱衬砌施工中，弧形钢模板、仰拱衬砌墙头、顶部模板应根据工程设计图纸要求，制作为弧形，并使用弧形钢板完成钢模处理作业。在完成以上作业后，落实混凝土浇筑作业。为了保障浇筑效果，利用混凝土输送泵进行浇筑，并使用振捣器进行混凝土振捣作业。在仰拱施工作业后，落实填充施工作业。

4 结语

综上所述，在洞口坡积体隧道施工作业的过程中，为了落实洞口安全开挖工作，需要结合隧道所处地势、地貌以及水分环境，明确洞口安全开挖方式。在研究过程中，通过隧道洞口与明洞施工、超前支护、洞身开挖、初期支护、防排水工程、二次衬砌以及水泥混凝土路面层等方式，保证洞口开挖作业的安全性，为后续隧道洞口施工作业落实提供帮助。