石洞隧道洞口工程施工技术方案分析

赵雪辉

(中铁十二局集团第七工程有限公司，湖南 长沙 410000)

作为隧道项目施工的重难点部分，隧道洞口施工的重要性不言而喻，相关技术的应用水平将直接决定隧道的使用寿命与性能。对隧道施工技术的使用场景而言，有关人员既需要考虑地形、选线等条件影响，还要对隧道洞口施工可能出现的偏压和浅埋风险加强重视力度，由此降低施工技术难度，确保项目施工具有安全性。

1 工程概况

本次改扩建的高速公路，设计车速是120km/h，扩建路基整体宽42m，单幅宽13.25m，公路的起、终点分别位于东莞市怀德村、虎眼山南。其中，石洞一号隧道在森林公园内，净空约11.75m×5.00m，左线575m长，右线910m长，埋深最大能够达到144m，是典型的中隧道，洞身围岩以花岗片麻岩为主。石洞二号隧道同样在森林公园内，左线550m长，右线591m长，埋深最大可达90m。

2 石洞隧道洞口施工技术说明

洞口施工包括截水天沟施工、边仰坡防护施工、套拱施工和明洞施工。施工前，需要先开挖截水沟，再浇筑C20混凝土。施工模式为机械与人工相结合。为保证洞口施工质量、速度达到理想水平，施工方分别针对边仰坡防护、截水天沟施工等环节，制定了切实可行的施工技术方案，具体内容如下：

2.1 截水天沟施工

2.1.1 施工工艺流程

测量放样→开挖截水天沟→安装模板→浇筑混凝土→拆模养护→嵌缝。

2.1.2 施工操作方法

开挖截水天沟时，要保证截水天沟和边仰坡开挖线之间的距离超过5m。安装模板前，先仔细清理基底的树根、虚土和浮渣，并保证模板一次安装成功。如果现场需要分别浇筑沟壁和沟底，则应先浇筑沟底，待混凝土达到初凝状态，再沿沟壁缓慢插入直径16mm的螺纹钢，保证其插入混凝土的部分和裸露在外的部分均为15cm。侧模板选用竹胶板，其外侧水平方向安装有2根相同尺寸的木方，木方通过钢钉固定在竹胶板上；垂直方向每隔1m安装有长70cm的木方，木方通过钢钉固定在檩条上，这样做可以使竹胶板刚度得到增加，对提高施工质量具有重大意义[1]。此外，还要注意一点，即：模板安装线应做到接缝严密、线形平顺，净空尺寸在60cm×60cm以上，厚度在30cm以上。安装模板的环节结束后，分别在土石分界处、转角处设置2cm宽的沉降缝，保证沟底、沟壁沉降缝处于同一垂直面，切记不得使用假缝代替沉降缝。随后，浇筑C20混凝土，浇筑顺序为先沟底再沟壁，保证沟壁所浇筑混凝土的高度差在20cm内。C20混凝土的强度达到2.5MPa后，便可以着手拆除非承重模板，拆除完毕，尽快在上方洒水并覆盖土工布，开展为期14d的养护。

2.2 边仰坡防护方案

2.2.1 施工工艺流程

边仰坡防护施工工艺分为：工料机准备→地质调查和测量放样→截水天沟施工→洞口边仰坡分级开挖、分级支护。

2.2.2 施工操作方法

(1)洞口明挖。洞口边仰坡防护优先考虑锚喷防护，要用直径22mm的砂浆锚杆、直径6.5mm的钢筋网和厚度为10cm的C25喷射混凝土，其中，砂浆锚杆布置成梅花状，相邻锚杆距离为1.2m，钢筋网的网格距离为20cm。

施工流程和技术要点如下：首先，明挖法开挖边仰坡，第一阶段应开挖到临时成洞面，以围岩情况为依据，通过明挖+暗挖的方式，为施工人员预留进入隧道洞口的台阶[2]。而第二阶段的任务是挖出剩余部分，期间要避免重叠开挖、掏底开挖，形成符合要求的永久性边仰坡。其次，测量孔位并放样，要求孔位偏差值在-150～+150mm间，孔深偏差值在0～50mm间，钻头直径略大于锚杆直径，差值以15mm为最佳。再次，清孔完毕，将注浆管缓慢插入锚杆眼，到达锚杆眼底后，打开阀门并注入M20水泥砂浆。在注浆的同时匀速提出注浆管。抽出注浆管后，尽快插入锚杆，使用锚固剂填充眼口，解决砂浆流失的问题。待安装砂浆锚杆的工作告一段落，着手安装钢筋网，用扎丝固定网片搭接部位，焊接锚杆尾部、钢筋网片的搭接处，以确保钢筋网片能够发挥应有作用。最后，喷射C25混凝土，喷射顺序为由下至上，每段长度不得超过6m，喷射时，应保证喷嘴和岩面垂直，喷枪头与喷射面之间的距离在0.6m～1.5m间，喷射风压以0.2～0.7MPa为最佳，可根据实际情况加以调整[3]。

(2)洞口盖挖。通过洞口盖挖法对边仰坡防护进行施工，应注重以下方面：1)出于保护施工人员安全的考虑，保证边仰坡每级开挖高度在1.5m左右，最高不得超过2.0m；2)开挖边仰坡时，应尽量做到零开挖，避免边坡高度超出允许范围；3)钢筋网、喷射混凝土和导管的规格，均要满足项目要求；4)喷射混凝土前，先将坡面的虚土和浮石清理干净，再整修坡面，保证坡面平整；5)初喷混凝土之前，应仔细排查坡面是否存在透水点、渗水点。

2.3 套拱施工方案

2.3.1 施工工艺流程

套拱施工的工艺流程如图1所示。

图1 套拱施工工艺流程

2.3.2 施工操作方法

套拱施工需分两步推进。第一步，对上部拱部展开施工，施工范围是180°，高度是5.794m，第二步，对下部进行施工，高度是3.098m。施工技术方案所提出要求如下：

(1)使用弯拱机加工钢架节段，按照开挖方式和设计尺寸确定各段长度，保证长度在4m内。节段两端均通过双面CO2保护焊这一方式与钢板相连，表面不存在焊瘤、裂纹及其他质量缺陷。接头处钢板由等离子切割机负责切割，孔口处的钢渣、毛刺，用砂轮机处理。

(2)本工程的拱脚基础宽度为1.4m、高度为1.0m、长度为2.0m，开挖到设计方案所规定的高程后，尽快测试地基承载力，确保拱脚地基的实际承载力达到或超过250KPa。

(3)按照由下至上、由内向外的顺序安装拱架。安装导向管时，应保证导向管与岩面相连。

(4)套拱模板由松木板支撑，钢拱架负责提供下支撑。为确保套拱混凝土具有良好的光洁度，施工方对松木板的内模做出了调整，通过增设白色光面板的方式，使套拱混凝土整体呈现出的效果达到项目要求。

(5)对称浇筑套拱混凝土的环节结束后，使用履带潜孔钻在管棚表面隔跳钻孔，以免管棚受到扰动，出现塌孔或是其他安全问题。

(6)管棚由无缝管制成。安装管棚时，应在钻孔的同时顶管，避免出现塌孔的情况。管棚管接头处应错开1m，用壁厚6mm、直径114mm的钢套管连接。管棚钢管内部设有钢筋笼，该钢筋笼由18螺纹钢、固定环组成，其中，相邻固定环的距离为150cm，整体尺寸是43mm×4mm[4]。

(7)管棚压浆所使用水泥浆液的水灰比是1∶1，添加水玻璃体积为水泥浆液的5%，压浆顺序为由下至上，初压、终压分别是1MPa、2MPa。根据现场情况确定稳压时长(通常为10～15min间)，稳压结束，便可以流转至下一环节。

2.4 明洞施工方案

2.4.1 施工工艺流程

明洞施工的工艺流程为：工料机准备→地质调查和测量放样→明洞仰拱开挖→低级承载力检测→明洞仰拱、二衬施工→洞门墙施工→防水层及防水保护层施工→明洞回填及横向截水沟施工。

2.4.2 施工操作方法

明洞施工步骤包括仰拱开挖—制作并安装仰拱钢筋—制作及安装模板—安装止水带—浇筑混凝土。

(1)仰拱开挖。仰拱开挖需要施工人员在开挖的同时检测控制点高度，以免出现超挖的情况。对于整体较为软弱的围岩，应先用挖掘机开挖，待开挖深度距离设计深度20cm时，再改为人工开挖。结束开挖后，检查地基承载力，一般来说，明洞的地基承载力应达到250KPa。

(2)制作并安装仰拱钢筋。明洞仰拱全长5m，施工方计划使用厚度60cm的C40钢筋砼进行施工，其中，仰拱主筋为直径22mm的螺纹钢，相邻螺纹钢的间距为20cm，上、下层保护层的厚度分别在6.8cm、5.0cm左右。分布筋沿用螺纹钢，直径改为12mm，箍筋所使用圆钢的直径为8mm。钢筋在工厂制作，运往洞口附近安装，安装时，要确保焊缝厚度、长度以及宽度与要求相符，每道钢筋的距离基本相同，偏差不超过允许范围。

(3)制作及安装模板。模板由组合钢模拼制而成，其平整度、刚度均有明确规定。如果模板局部存在拼缝不严的情况，则要尽快用膨胀胶封堵，以免浇筑混凝土时，模板由于漏浆而形成麻面。

(4)安装止水带。施工缝包括环向、纵向两种，均要设置厚度为6mm的腻子止水带。伸缩缝、沉降缝则要设置橡胶止水带、背贴止水带(厚度为10mm)。绑扎钢筋之前，确定背贴止水带位置并进行安装。本项目规定止水带宽度为30cm，施工人员需要根据衬砌厚度确定预埋位置，保证止水带预埋部分、外露部分均为15cm。对于中埋止水带，应使用钢筋卡将其固定在钢筋表面，并确保相邻钢筋卡的距离为50cm。

2.5 洞口水土保持方案

2.5.1 施工要求

关于洞口水土保持，应注意以下4点：1)前期准备阶段，施工方复测现场地形及地貌，参考各单位代表所提出意见，调整施工技术方案；2)坚持以零开挖理念为导向，减小项目施工给山体带来的扰动，酌情延长明洞的长度，保证坡体的稳定性；3)不得随意砍伐施工现场的植被，开挖导洞时，应尽量保护山体，使洞门和人文景观、自然环境成为一个整体；4)如果洞口附近的围岩条件不理想，则要先对明洞进行施工，待明洞施工告一段落，再将重心转向暗洞浅埋段。

2.5.2 技术要点

(1)开挖土石方。开挖洞口处的土石方时，切记不得大面积爆破，以免扰动土体或岩体，威胁现场人员安全。正式施工前，清理边仰坡表面有滑塌风险的灌木、浮石和表土，修整凹坑及凸起。项目施工期间，应重视两方面内容：1)边仰坡需分阶段开挖，避免出现重叠开挖、掏底开挖等情况；开挖时，时刻关注洞口状况，保证边仰坡整体稳定；灵活采用不同防护方案，为边仰坡提供科学、有效的防护。如果洞口坡体存在覆盖层厚、坡度陡或是稳定性不理想的情况，则要改用反压回填、地表加固方案[5]；2)如果条件允许，可以在结束开挖的第一时间，沿洞口设置永久防护，并保证洞身附近不存在施工专用的水池。

(2)排水施工。关于排水工程，要做到以下几点：1)先在边仰坡附近开挖排水/截水沟，再开挖洞口的土石方，以免地面受到雨水冲刷，出现塌方或是落石的情况。排水/截水沟进水口既可以平行于原地面，也可以略低于地面高度，但要做到紧密衔接，出水口则与排水系统相连；2)除边仰坡外的其他区域，若存在坑洼积水的情况，则要严格按照要求处理；3)路堑两侧所建造边沟和排水设施相连接，保证排水过程畅通；4)对冲沟处洞门进行施工时，应保证路基边沟、山沟边沟和洞顶改沟科学连接，严格控制后截水沟的质量，既要杜绝出现渗透、渗漏等问题，还要保证地表水被有效拦截。

(3)临时防护。施工技术方案中，关于临时防护的内容有：1)开挖边仰坡和洞门永久防护两道工序的间隔时间相对较长，考虑到项目所在地区的雨季较长，为避免雨水渗透开挖面，导致坡体稳定性受到影响，需通过锚喷支护的方式，为边仰坡提供及时且有效的防护；2)正式施工前，仔细清理岩面和坡面，确保岩面不存在危岩、浮渣；3)锚杆施工环节，先要根据坡面情况，对锚杆位置加以确定，钻孔时，应严格控制孔径及孔深，结束钻孔后，尽快清除岩粉，为后续施工做准备；4)对于坡面有大量渗漏水、坡体含水量多或是施工现场存在地下水的情况，需酌情开设平孔、泄水孔，保证液态水能够快速排出。

3 结语

本工程技术方案的选择充分考虑了石洞隧道洞口的地质条件、径流情况和工期要求。对于复杂的地质条件，可以采用预拼装技术，减少对地质环境的干扰和施工风险。施工期间展开了风险评估并制定相应的预案，通过采取适当的施工方法还有监测手段，及时发现并处理施工中出现的问题，降低了施工风险。施工期间。人力、材料和设备等资源要合理配置，确保施工进度和质量。通过对项目施工的总结，以期为类似项目的施工提供借鉴。