淺埋公路隧道洞口段該如何施工？

周澤兵 陳安伍

摘 要：根據(jù)某隧道的實際施工經(jīng)驗，針對隧道洞口區(qū)埋深較淺，且地質(zhì)情況較差的情況，提出幾點有效、合理的解決辦法，在保證施工安全及質(zhì)量的情況下進洞。

主題詞：公路隧道；淺埋；洞口段；施工技術(shù)

0 前 言
某隧道是環(huán)山公路二期工程中的控制工程，公路等級為一級公路（山嶺重丘）標準，采用分離式單向行車雙車道隧道（上下行），設計速度為60km/h。隧道凈寬10.45m，凈高7.10m，洞口開挖寬度12.50m，開挖高度10.25m.
隧道洞口段是隧道施工的薄弱環(huán)節(jié)，隧道左線有一段處在一長500m左右的山谷中，洞口的地質(zhì)條件相當復雜，洞口上方為強風化泥質(zhì)粉砂巖，主要為坡積土和沖積土層，靡凌破碎，夾泥量大，大部分富水，有的成飽和狀態(tài)，在大雨季節(jié)匯水非常大，表層植被因施工破壞后形成小型泥石流，水土非常容易流失，而且洞頂覆蓋層很薄，在洞口左側(cè)拱腰部位覆蓋層僅90cm厚，且有偏壓現(xiàn)象，大部分位置覆蓋厚度為10m左右，淺埋段長度達80m多，為典型的淺埋隧道。洞內(nèi)圍巖為強風化，夾泥，加上山坡匯水面積相當大，開挖后地表水直接滲入洞內(nèi)，使得超挖及跨塌非常嚴重，洞口段施工條件相當困難。（見圖1）

圖1 隧道洞口雛形（淺埋段長度80m）

根據(jù)特殊條件，決定對桃花源隧道洞口施工分如下幾項工作來進行：洞頂?shù)乇硖幚怼⒍纯诙纬�前支護、洞門挑檐防護、洞內(nèi)初期支護4個方面，并結(jié)合開挖的控制爆破，運用圍巖量測技術(shù)，加強監(jiān)測，保證了洞口的施工安全。

1 洞口段施工方案
針對洞口覆蓋層薄，兩側(cè)山體陡峭，進洞十分困難的特點，為保證隧道安全進洞，經(jīng)多方研究論證，確定了如下進洞方案，見圖2。

圖2 洞口支護布置示意圖
（1）為保證山體穩(wěn)定，對邊仰坡部分山體以及洞口段范圍的洞頂土體進行整體性防護，噴射C20混凝土15cm，掛Φ6.5雙層鋼筋網(wǎng)（20cm x 20cm）封閉洞口邊仰坡坡面。
（2）為保證進洞安全，環(huán)向和徑向設長3.5m Φ25mm x 5mm中空注漿錨桿。
（3）洞口沿進洞方向設Φ42mm超前注漿小導管，注水泥漿液，環(huán)向間距40cm。
（4）洞口沿進洞方向設3排長4.5mΦ22mm超前砂漿錨桿，加固洞口巖層。
（5）洞內(nèi)邊開挖邊支立I16工字鋼拱架。
（6）洞內(nèi)開挖采用“短進尺、弱爆破”，每循環(huán)進尺控制在1m以內(nèi)。
（7）利用圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導施工。

2 施工工藝
2.1地表加固
隧道進口5m段左側(cè)拱腰處埋深僅90cm左右，為淺埋并且存在偏壓現(xiàn)象，隧道成型后極易引起拱頂巖層冒頂，或者在爆破工作中因沖擊波影響造成巖體失穩(wěn)，進洞前必須對洞頂范圍巖體進行加固，防止開挖后造成坍塌，保證洞口段施工安全，加上噴射混凝土噴面，形成隔水層，使得地表匯水順著臨時排水排走，不致滲入巖體影響施工安全。具體方案如下：1、采用3.5m注漿小導管對洞頂覆蓋層進行加固,注漿小導管加固范圍為整個坡面,寬度約為30m，長度約為20m，間距1.2m×1.2m,梅花形布置,錨桿采用Φ22鋼筋，注漿水灰比1：1；2、錨桿施工后，用Φ6.5鋼筋掛雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)間距20cm×20cm，網(wǎng)片與導管綁扎聯(lián)結(jié)；3、采用噴C20噴射混凝土封閉該范圍坡面，而在洞口仰坡坡面先初噴一層C20混凝土3cm-5cm厚，封閉巖面后掛第一層鋼筋網(wǎng)，再噴一次封閉這層鋼筋網(wǎng)，然后再掛第二層鋼筋網(wǎng)，噴至設計厚度。
2.2洞口段圍巖加固（圖2）
因為洞頂圍巖極為破碎，強度低，穩(wěn)定性很差，必須進行必要的加固才能進行爆破施工。我們采取的具體方案如下：在洞口仰坡坡面，隧道起拱線以上施工三環(huán)長度為4.5m的超長錨桿，第一環(huán)距開挖線10cm，錨桿間距40cm，第一環(huán)、第二環(huán)、第三環(huán)環(huán)向間距為40cm，錨桿間距40cm×40cm；在第一環(huán)與第二環(huán)之間施工Φ42mm超前注漿小導管，小導管長度6m，環(huán)向間距40cm。錨桿、小導管均為梅花形布置，注1：1水泥漿液。
2.3洞門挑檐防護
超前支護完成后應該可以開始準備洞身開挖施工，但因為洞頂覆蓋層太薄，新的問題來了，我們又增加一項新的措施——挑檐防護。
因為本隧道洞口的覆蓋層極薄，完成仰坡的超前錨桿和小導管后，開始開挖爆破施工，但第一次爆破就把洞頂覆蓋層全部沖破，部分超前錨桿、小導管破壞，根本無法使洞口成型，后來決定采用挑檐，在洞口成型后在小爆破進尺。具體方案見圖3。
2.3.1恢復破壞的小導管及錨桿 局部位置適當加密，保證洞頂薄層巖體加固效果良好，不致受爆破影響太大。
2.3.2架工字鋼拱架 第一榀工字鋼拱架緊貼洞頂巖面，然后從里向外拼裝3榀工字鋼拱架，間距為30cm～50cm，按設計圖紙方法用連接鋼筋連接穩(wěn)固。
2.3.3掛板 因為拱圈緣故，只能用小塊木模板，用粗鐵絲絞掛在連接鋼筋和工字鋼拱架上，注意要求穩(wěn)固，密封，保證混凝土質(zhì)量和外觀。
2.3.4混凝土澆筑 用C20-C30的混凝土澆筑成型，厚度30cm，加入早強劑，以便在24h內(nèi)拆模，加快循環(huán)進度；布兩層20cm×20cm￠20鋼筋網(wǎng)。拆模后用C20噴射混凝土噴射拱頂頂面，使得與洞內(nèi)拱頂噴射混凝土外觀一致，不致形成太大反差影響觀感。挑檐完成后，有一定的齡期后就可以開始后續(xù)的洞身開挖爆破施工。

圖3 隧道洞頂土體加固、洞口挑檐及仰坡防護

2.4洞身開挖
隧道開挖采用“短進尺、弱爆破”，輔以人工和挖掘機開挖，開挖方式采用上下臺階法開挖法，上臺階開挖高度為5m，一次開挖高度超過覆蓋層厚度（洞口近距離覆蓋層厚度僅為0.9m～5m，因此開挖時必須對炸藥用量及開挖進尺進行合理的計算和控制。為保證上臺階開挖不會出現(xiàn)冒頂和塌方現(xiàn)象，開挖每循環(huán)炮眼深度控制在1m以內(nèi)，采用先掏槽，后周邊的爆破方法，爆破進尺控制在80cm以內(nèi)，可加大開挖臨空面和減少對拱頂覆蓋層的作用力。
上臺階每循環(huán)開挖完成后馬上噴射混凝土進行封閉，保證不落石不掉快后，再架立工字鋼拱架，施作初期支護。

3 圍巖監(jiān)控量測
圍巖監(jiān)控量測是指導施工、確保安全的重要手段，通過施工前和施工中收集的數(shù)據(jù)和工程地質(zhì)資
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料，及時分析判斷爆破后圍巖松動范圍及圍巖與初期支護受力的穩(wěn)定狀態(tài)，預測變形的發(fā)展趨勢，預報險情，以指導安全施工，指導開挖作業(yè)與支護作業(yè)。圍巖量測的項目有以下幾項：
1、水平位移收斂量測
每循環(huán)開挖完成后，在每個斷面拱腳處布一對測點，用專用收斂儀量測。
2、拱頂下沉
每循環(huán)開挖完成后，每個斷面拱頂處設一個點，用水準儀和塔尺進行測量。
3、拱頂?shù)乇硐鲁?
在隧道地表拱頂部位每1m做一個觀測點，用水準儀和塔尺進行測量。

4 結(jié) 語
隧道施工宜“早進晚出”，即在保證安全生產(chǎn)的原則下越早進洞越好，越晚出洞越好。隧道洞口段施工是工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其淺埋隧道能保證洞口安全進洞，不但是整個工程進出的要道，也為隧道施工安全提供了保證。
洞口開挖除必須保證洞口穩(wěn)定外，還必須考慮爆破開挖對巖體破壞而引起喪失承載力坍塌的問題。桃花源隧道洞口段埋深淺、淺埋段長、開挖斷面較大且存在偏壓現(xiàn)象。通過對該隧道洞口段施工結(jié)果來看，既保證了安全進洞，又保證了洞內(nèi)施工安全，效果良好。