高速公路隧道洞口浅埋段施工技术研究

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热度0票  浏览169次 时间：2019年11月21日 10:55

 伍文振

（广东省长大公路工程有限公司 510620）

【摘要】 对于高速公路隧道工程施工而言，洞口浅埋段施工非常关键，尤其是洞口浅埋段围岩变形的控制，显得尤其关键。若该环节施工控制不当，极易出现质量问题及安全隐患，势必将影响到隧道正常掘进施工。本文结合某高速公路具体情况，就隧道洞口浅埋段施工技术作了重点研究，希望有助于提高施工质量和规避安全风险。

【关键词】 高速公路；隧道洞口；浅埋段

doi：10.12159/j.issn.2095-6630.2019.14.2223

高速公路在方便民众出行和促进经济发展中作出了卓越的贡献，随着东、中部高速路网的逐渐完善，高速公路的建设重心已逐渐向西部山区转移。不同于东、中部平原地区，由于区域地质及地形因素影响，加之高速公路线路曲率、坡度要求，高速公路选线变得十分困难，进而导致桥隧比增大。在桥隧比增大的同时，施工难度也逐渐加大，尤其在隧道工程施工方面，由于地质情况复杂，地质勘查水平有限，在隧道工程施工期经常遇到各类难题。特别在隧道洞口浅埋段施工，因地质条件差，围岩破碎或多为残坡积土层，覆盖层薄，围岩难以形成有效承载拱，变形快，开挖引起的变形，会直接传递到地表，更有甚者，会导致冒顶及坍塌的风险。

一、工程概况

隧道工程之所以如此重视洞口浅埋段施工，主要还是因为隧道洞口位置埋深较浅，难以形成承载拱，而且地质条件普遍较差，围岩破碎，易失稳，围岩对隧道开挖扰动极其敏感，若不采取预加固措施，开挖过程中极易发生冒顶甚至坍塌等事故，影响整个高速公路隧道工程的质量和进度，更有甚者，会严重威胁现场工人及设备安全。因此对洞口浅埋段施工技术展开研究十分必要。为进一步了解隧道洞口浅埋段的施工技术，在此结合某隧道工程实例加以分析。某隧道全长 855m，隧道主要穿越砂岩地层，采用双向四车道设计，断面净宽 10.25m，最大埋深 182m，最小埋深仅为 8m，其中洞口浅埋段所处岩层主要为全风化砂岩及第四系残坡积层，地质条件较差，同时洞口又存在偏压，极大地增大了施工难度，所以需要采取必要的加固技术控制沉降及变形，并注意进洞开挖顺序开挖来改善作业条件，为后续安全施工提供重要保障。

二、隧道洞口浅埋段施工技术

根据浅埋暗挖施工施工理念“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” [1]，高速公路隧道洞口浅埋段施工一般主要涉及三个环节，预加固、开挖及监控量测。其中有效的预加固技术是安全施工的重要前提和基础保障，合理的开挖方式可在一定程度上减少为围岩的扰动，减少围岩的塑性变形，监控量测则是预加固技术与开挖方法两者间动态优化调整的决定因素。显然三者均有助于隧道结构稳定性的保障。但在具体实践中，用于加固和开挖的技术工艺多种多样，各有各的优势特点，而且洞口浅埋段施工的影响因素也比较多，需要具体情况具体分析，制定并优化施工方案。

1、预加固

1.1 预支护施工。隧道进洞开挖前有多种预支护技术可供选择，如应用广泛的超前小导管。通过超前小导管注浆，使得地层得以固结改良，保证土方开挖及软弱围岩度段开挖面稳定，防止洞口浅埋段发生过大沉降变形 [2]。为更好的发挥支护作用会配合使用钢拱架，特别是在封闭隧道洞口后，需要在整修洞面环节及时合理的安装钢拱架，保证其与洞面尽量贴近，超前小导管长度通常按 3~5m控制，在开挖轮廓线 120°范围内按一定插角打入加工后的小导管，然后通过焊接完成与小导管尾部的连接与固定，以此增强预支护的稳定性 [3]；在此基础上缓慢注入浆液至小导管中，对于地表空隙可由溢出管壁的浆液即可完成注浆。该预支护技术简单易操作，安全成本低，是土层加固的常用方法之一。再如用于支撑软弱围岩开挖的长管棚预支护，即基于科学的测量，利用钢拱架沿着开挖轮廓线进行放线；然后通过混凝土浇筑包裹导向管与钢支撑形成导向墙，利用钻孔台车按照导线管位置预先成孔，再将钢管棚错节相连插入钻孔中（也可采用跟管钻进的方式，直接将特制的管棚打入岩层，可以有效避免塌孔），以避免接头在同一平面位置，确保刚度；采用速凝水泥予以堵塞管口，期间既要严格控制注浆水灰比，必要时可添加化学试剂，如富水地区添加水玻璃等。

1.2 地表注浆加固。由于进洞时隧道埋深较浅，开挖扰动极易发生冒顶坍塌的风险，预先进行地表地层改良，能够有效避免隧道浅埋段冒顶的风险，对洞口地表进行一次性全孔注浆，必要时需要在保证水灰比例一致的前提下采取分段注浆。地表注浆孔可以按照梅花型布置，孔间距可根据浆体渗透半径加以控制，通常控制间距在 2.5m 左右，注意注浆面高度应与预加固岩层深度保持一致，以免因钻孔操作影响开挖面的稳定，如果想进一步提升挖面的稳定性能，可预先在掌子面施工止浆盘对开挖掌子面进行加固。

1.3 洞口边仰坡土石方刷坡及防护。隧道洞口边仰坡开挖防护对于隧道进洞施工来说尤其重要，隧道进洞施工前，必须做好隧道边仰坡防护，以确保后续施工安全。隧道洞口坡面在雨水的冲刷作用下发生松动滑塌，边仰坡开挖前，针对洞口土方在仰坡位置进行放线沟，需预先做好截水沟。然后根据设计图纸及地质条件要求，从上而下开挖坡度，多级开挖时，注意开挖一级防护一级，值得注意的是，需要设置合适的分级放坡开挖提高沉降量，进而保证洞口土方稳定和施工安全。

2、开挖技术

合适的开挖工艺和方法有助于增加施工的安全性，正如该工程隧道洞口的开挖，由于浅埋及地质条件差等因素，对开挖扰动变形极其敏感，为避免围岩在开挖扰动作用下发生塑性变形侵限及塌陷冒顶，显然洞口浅埋段施工需采用机械开挖以减低对围岩的扰动，在工法的选择方面，应该采用对地层扰动较小、并且快速成环形成临时闭合结构的方案，结合地质情况选择最安全有效的开挖方法。

2.1 预留核心土法。预留核心土台阶工艺一般适用于 V 和 VI级软弱围岩。简单的说，就是先预留一定的核心土目的是对掌子面施加一个反向推力，以防围岩因开挖扰动发生挤压变形 [4]；先采用人工、机械配合，施工上台阶弧形断面留核心土，预留核心土面积要大于断面的一半，然后采用初期支护先形成支护体系，核心土、下台阶，循环进尺，各台阶长度不应超过 1.5 倍洞径，严格控制施工进尺，以 0.5m~1m 为宜，及时封闭成环。施工过程中，对拱顶下沉及周边收敛进行长期监控，动态监控围岩变形，及时调整支护参数。

2.2 双侧壁导坑法（眼镜法）。对于对到浅埋段，尤其是跨度比较大的隧道工程中，双侧壁导坑工艺可以有效的控制地表下沉，并保持掌子面稳定、安全可靠 [5]。在实际施工过程中，应首先做好监控和测量工作，掌握支护体系的受力状态和稳定程度以及围岩的变化规律。双侧壁导坑法原理是将较大断面隧道分为小断面三部分开挖，左、右侧导坑及中部，在施工顺序上应先开挖隧道两侧的导坑，两侧导洞错开不小于 15~20m，导洞也应按照台阶挖开挖，设置锁脚锚杆、临时支撑、及临时仰拱，及时封闭成环，必要时可施加临时横撑，确保导洞稳定。中部部分宜采用台阶开挖，逐步拆除侧壁临时钢拱架，及时施做仰拱。导洞进尺应严格控制在 1 榀 ~ 两榀 / 循环，在施工过程中，加强监控量测，及时调整支护参数及开挖进尺，确保施工安全。

3、监控量测。洞口浅埋段施工过程中，必须严格进行监控量测作业，纳入工序管理，洞内外观察、地表下沉、周边位移收敛、拱顶下沉、拱架应力情况进行施工全过程监控。测点布置间距应严格根据围岩情况及规范布设。洞口浅埋段拱顶下沉、周边收敛点纵向布设间距为 5~10m，布置每断面布置数量根据施工工法调整。地表下沉观测点布设宜间距 2~5m，纵向布设间距根据埋深情况调整，监控频率应符合规范要求。

结束语：

隧道洞口浅埋段因埋深浅、围岩条件差导致施工风险显著增大，对此施工技术人员应予以高度重视，充分利用各类超前预支护措施，预加固围岩，改变围岩应力条件，施工过程中加强监控量测，结合地质条件，合理选用施工工法，控制进尺，同时妥善处理地表水的引排，减少不确定因素和风险，进而促进高速公路隧道洞口浅埋段有序、安全、高效施工。

参考文献：

[1] 王梦恕 . 中国隧道及地下工程修建技术 [M]. 北京：人民交通出版社 ,2010.5:284.

[2] 王梦恕 . 中国隧道及地下工程修建技术 [M]. 北京：人民交通出版社 ,2010.5:280.

[3] 张政华 . 高速公路隧道浅埋段地表深层注浆施工技术 [J]. 交通世界 ,2018(34):106-107.