高海拔地区高速公路隧道主洞施工技术研究

李鸿

摘要 为了研究高海拔地区高速公路隧道主洞的施工技术，文章依托西香高速公路鹽源隧道工程，分析了隧道洞身开挖、隧道支护施工、仰拱开挖和回填施工等方法。研究结果表明：（1）隧道洞身开挖主要采用单侧壁导坑（上下台阶）及三台阶法施工方法。（2）在隧道开挖过程中，先采用超前小导管进行支护，再安装钢架，最后进行锚杆施工。（3）施工前应进行综合地质超前预报，施工过程中遇到岩溶涌突水时应对深孔周边采用预注浆处治措施。

关键词 高速公路；主洞施工；隧道开挖；处治措施

中图分类号 U455.49 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）10-0046-04

0 引言

随着我国交通的快速发展，高速公路的建设已延伸到高海拔地区，由于高海拔地区多山且地质复杂，高速公路的建设不可避免要穿越山坡和丘陵，因此隧道建设的数量日益增多，为增强隧道施工技术，提高隧道建设质量，学者们进行了多方面研究。杨洪振等[1]以临淄至临沂高速公路鲁山隧道工程为依托，对隧道的开挖方式、支护形式、衬砌内力及施工组织进行了相关设计；赖友烽[2]依托福建省厦蓉高速公路的改扩建工程，探讨了山区高速公路隧道穿越复杂岩层的进洞方案；李文浩[3]依托某高速公路隧道的右线入口段工程，通过数据对围岩产生变形的主要原因进行了透彻分析；杨昕[4]以某高速公路分离式隧道施工项目为例，分析喷射混凝土施工流程及技术特点；王玮等[5]研究了开挖工法对灰岩地区小净距公路隧道的稳定性影响，研究结果表明：采用三台阶开挖方式，对隧道周围岩体影响最小。以上学者对公路隧道的施工进行了研究，并对隧道的加固施工进行了分析。

基于此，该文参考以上学者的研究成果，依托西香高速公路盐源隧道工程，对高海拔地区高速公路隧道主洞的施工技术进行了研究，分析了隧道洞身开挖、隧道支护施工、仰拱开挖和回填施工等方法，以及在特殊地质条件下施工的处治措施。

1 工程概况

该项目为西香高速公路盐源隧道工程，位于盐源县内。盐源县地处青藏高原东南缘，境内多高山峡谷，海拔高度为2 800 m。隧道所处区域为滇西北横断山高山峡谷与云贵高原接壤地带，区域内主要山脉及河流呈南北走向，悬崖峭壁发育、地形错综复杂。隧道左线桩号ZK52+325～ZK66+482，全长14 157 m，出口设计高程2 621.55 m；右线桩号K52+255～K66+405，全长14 150 m，出口设计高程2 621.82 m，属于特长隧道。隧道左右洞间距为30 m，左洞左侧设1座平行导洞，导洞与主线左洞间距为27 m。

2 隧道主洞施工技术

2.1 隧道洞身开挖方法

该隧道洞身开挖主要采用单侧壁导坑（上下台阶）施工方法及三台阶法施工方法。在采用单侧壁导坑法对隧道洞身进行开挖前，需进行导坑超前支护。根据T5衬砌类施工方法安装双层超前小导管，小导管安装的外插角有2种角度，分别为缓倾角5 °～12 °和陡倾角10 °～30 °，安装时上下两层需交错布置。小导管布置完成后，通过小导管开始注浆，注浆压力为0.5～1 MPa，待超前支护稳定并通过验收后进行洞身开挖。若围岩破碎则采用机械开挖，一次开挖长度不大于2榀钢架的间距，单侧开挖采用短台阶，台阶长度3～5 m。为保证施工安全，中壁墙需作临时支护，开挖方式如图1所示。

在进行三台阶法施工前，先按照设计图纸进行超前支护，然后进行开挖，每循环开挖进尺不得大于2榀钢拱架的间距。开挖过程中，在当前台阶开挖完成后喷射混凝土，达到施工要求后才能进行下一步的台阶开挖。每完成一步台阶的开挖，应及时喷射混凝土封闭，必要时设置临时支护。

2.2 隧道支护施工方法

在隧道开挖过程中，需进行超前小导管进行支护、钢架安装、喷射混凝土，最后进行锚杆施工，超前小导管支护布置如图2所示。在安装超前小导管时，单层小导管的外插角为10 °～14 °，双层小导管外插角缓倾角为10 °～14 °，陡倾角为30 °～40 °，安装时均在拱部120 °范围内布置。在进行注浆前，需对开挖面及周边喷射混凝土封闭，注浆过程中的注浆压力应为0.5～1.0 MPa。当注浆压力达到设计要求后，再持续15 min即可终止。

在进行钢架施工时，先进行布点钻孔，按设计要求确定锚杆孔位，采用锚杆机或风动凿岩机钻孔，再采用高压风清孔，同时检查孔径、孔深、孔道倾斜度。检查合格后按设计要求插入锁脚锚杆，采用锚固剂将锁脚锚杆与岩体连接。锁脚锚杆由4根3 m长φ42 mm×4的注浆小导管制成。钢架安装过程中，型钢钢架和格栅钢架在工厂加工完成，在洞内拼装。型钢钢架之间设纵向连接筋（如图3所示），当钢架间或钢架与围岩间间隙过大时用喷混凝土填平，以约束围岩的变形，将不均应力进行平均分布，提高壁面承载力，防止岩土体因隧道开挖而发生破坏。在混凝土喷射过程中，应分成小段或分区域进行。当作业面开挖完成后，应立即进行混凝土喷射，对拱脚基础区域喷射的混凝土，要密实且厚度符合设计要求，不能出现空洞或悬空现象。

该工程锚杆施工采用的锚杆类型有2类，分别为药卷锚杆和普通砂浆锚杆。在进行普通砂浆锚杆施工时，应选用普通P42.5R水泥，先钻孔、注浆，然后安装锚杆。普通水泥砂浆锚杆采用螺纹钢制成，在锚杆露出围岩段，应保持标准螺纹钢的长度为150 mm左右，方便螺母安装。在进行单管注浆时，导管应置入孔内距孔底80 mm左右，然后注浆。在进行药卷锚杆施工时，应首先对药卷进行泡水试验，试验结束后将药包置入钻孔内，置入时左右旋转锚杆，确保锚杆全部涂满药液；当锚杆达到设计确认的深度时，孔口应有砂浆流出，若无砂浆流出，则应及时补灌砂浆。

2.3 仰拱开挖及回填施工方法

在隧道开挖完成后，进行仰拱衬砌施和仰拱回填。在作业过程中，应按照施工要求预留电缆、排水以及通风管道所需位置，并严格按照设计要求进行作业。在进行衬砌施工过程中，混凝土浇筑时不可中断，浇筑时采用插入式振捣棒进行振捣，确保混凝土浇筑密实，浇筑完成后抹平表面；仰拱的弧度需进行放样，确保放样弧度达到设计要求；在对仰拱进行混凝土浇筑时，应整体进行浇筑，不可分段分区进行，先浇筑中间区域，再浇筑两侧区域，浇筑区域需密实，不可留下空隙。浇筑的混凝土硬化达到设计要求的强度后，进行仰拱回填；在回填前，应清除混凝土地上杂物，然后浇筑回填混凝土地；在仰拱回填施工中，施工人员应按照施工要求控制回填高度和坡度，确保回填厚度、回填混凝土表面横坡与路面横坡一致。

3 特殊地质条件处治措施

3.1 岩溶地质处治措施

在勘测设计阶段，通过详细的地勘工作，查明大型溶洞、暗河的空间方位与形态路。在设计中绕避不良地质体，施工阶段应采用综合地质超前预报（如图4所示），以长距离、短距离物探相结合的方式，辅以超前钻孔验证，探明掌子面前的方岩溶形态和规模，超前地质预报范围应为掌子面前方大于30 m和隧道开挖轮廓线外一倍洞径的范围。

当遭遇大型软塑状充填型溶洞时，应设止浆墙对掌子面前方进行全断面深孔预注浆加固，加固范围不宜小于隧道开挖轮廓线外6 m，再进行开挖作业。当遭遇暗河时，应采用跨越方式通过，并对地下水进行疏导排泄，尽量保持地下水原有流通路径不变。当隧道周围存在小型溶洞时，主要采用清淤、回填的方式进行处理。

3.2 岩溶涌突水处治措施

岩溶地下水的处理应坚持环境保护的设计理念，分散的流水采用方法进行围堵，大型的条状流水采用方法疏散，施工时应不改变地下水原有的流动趋势。在进行施工前，需进行超前地质预报，探明岩溶地下结构、地下水分布等地质条件。根据勘测数据采用合理的施工方案，避免施工时出现涌泥、突水等现象。

当掌子面前方为断层破碎带和大的溶缝，且岩溶地下水发育时，可对掌子面前方进行深孔周边预注浆处治（如图5所示）。在确定实施前，应在超前地质预报（物探）指引下钻3～5个超前钻孔，以探明地下水发育情况、岩体完整程度等地质概况。各探水孔应至少有3孔出水，且单孔出水量均大于3 m3/h，探水孔总流量大于30 m3/h，最终是否实施预注浆应结合物探结果、探水孔水量及围岩条件等进行综合判断。

当隧道周围岩溶形态为溶隙、溶孔，洞室开挖后地下水呈大面积渗水或淋水状时，为避免地下水大量流失，可对渗水严重段进行开挖后的周边进行注浆。

4 结论

该文依托西香高速公路盐源隧道工程，对高海拔地区高速公路隧道主洞施工技术进行了研究，分析了隧道洞身开挖、隧道支护施工、仰拱开挖和回填施工等方法，以及在特殊地质条件下施工的处治措施，可得如下结论：

（1）隧道洞身开挖主要采用单侧壁导坑（上下台阶）施工方法及三台阶法施工方法，在开挖前先进行导坑超前支护，每完成一步台阶开挖，及时喷射混凝土对围岩进行封闭，必要时对仰拱采用临时支护。

（2）在隧道开挖过程中，先采用超前小导管进行支护，再进行钢架安装、喷射混凝土，最后进行锚杆施工。锚杆施工采用药卷锚杆和普通砂浆锚杆两类，普通水泥砂浆锚杆施工时，应先成孔后再注浆，最后安装锚杆；药卷锚杆施工时，应先对药卷进行泡水试验再安装锚杆。在开挖完成后衬砌施工前，进行仰拱衬砌及仰拱回填施工。

（3）在隧道勘测设计阶段，尽量绕避大型溶洞、暗河等不良地质体，施工阶段应采用综合地质超前预报。当遭遇大型软塑状充填型溶洞时，先设止浆墙对掌子面前方进行全断面深孔预注浆加固，再进行开挖作业。当掌子面前方为岩溶地层与非岩溶地层的接触带时，可对掌子面前方进行深孔周边进行预注浆处治。

参考文献

[1]杨洪振， 苏子龙. 临临高速鲁山隧道施工组织与支护设计思考[J]. 四川建筑， 2023（6）： 146-149.

[2]赖友烽. 山区高速公路隧道穿越復杂岩层进洞方案探讨[J]. 交通科技与管理， 2023（24）： 57-60.

[3]李文浩. 公路隧道软弱围岩变形段的加固施工分析[J]. 工程技术研究， 2023（23）： 64-66.

[4]杨昕. 喷射混凝土施工技术在公路隧道施工中的应用研究[J]. 运输经理世界， 2023（34）： 64-66.

[5]王玮， 史奎， 郑茂源， 等. 开挖工法对灰岩地区小净距公路隧道稳定性影响研究[J]. 价值工程， 2023（32）： 144-146.