黄石岩隧道左线进口端洞口浅埋偏压施工技术

刘勇

[摘要]本文主要介绍了和榆高速公路黄石岩隧道左线进口端，浅埋、偏压软弱围岩及山体滑坡隧道洞口处理的施工方法，对同类地质条件下隧道进洞施工有一定的借鉴经验。

[关键词]隧道洞口浅埋偏压施工

一、概述

山西和榆高速公路是山西汾阳至河北邢台高速公路的一部分，是山西省高速公路网3纵11横11环的重要组成部分。和榆高速黄石岩隧道，为分离式四车道长隧道，其中左线长1274米，右线长1101米，所经区域海拔高程为1223-1328米，相对高差105米。

黄石岩隧道左线进口所在山体平均坡度约为10度～20度，非常陡峭，且山体大部基岩出露，表层局部有新黄土覆盖；山体岩性为新黄土与强风化岩层，岩体破碎，节理裂隙极发育，自稳能力极差。

二、 洞口浅埋偏压情况说明

黄石岩隧道左线进口洞口左侧埋深为27米，右侧埋深只有1.8米，属于典型的浅埋偏压洞口。在洞口边仰坡开挖过程中，发现围岩极其破碎，稳定性非常差，开挖过程中洞顶出现2-6mm宽长度不等的山体裂缝，经建设单位邀请多名隧道专家、地质专家到现场勘察后，证实黄石岩隧道进口左线洞顶上方山体为滑坡体，滑坡体年代不详。

专家结论：黄石岩左线隧道仰坡以上土体沿软弱夹层剪切变形，受岩层产状控制移动趋势朝向洞口，隧道开挖易造成山体失稳滑塌。

三、 隧道洞口浅埋偏压施工处理

为减少施工对山体的扰动，減小山体滑坡的可能，保证隧道安全进洞及通车后的安全运营，结合洞口浅埋偏压实际，经组织专家进行方案选比，最后确定了 “先稳坡、后进洞”的施工方案： 首先施工洞顶截水沟，布设地表沉降观测网；洞口开挖边仰坡施工，锚网喷支护；套拱及Φ108大管棚超前支护施工；山顶钢花管注浆加固山体；洞口抗滑明洞施工，增强隧道正面抗滑能力；侧面抗滑反压挡墙施工；正面抗滑桩及抗滑挡墙施工；洞顶反压回填；隧道进洞施工。

(1)测量及监控量测

按设计做好洞口地表复核，洞口边仰坡开挖边线放样工作；布设地表沉降观测点，测点沿地面布置在隧道中心线及其两侧各4个点（共12个点）。施工过程中根据量测频率观测其位移变形量及沉降量。待回归分析得出结论：位移及沉降趋于稳定后且隧道开挖超过50米时停止监控量测工作。

(2)洞口开挖、边仰坡施工

结合隧道洞口地形、地貌、工程地质及水文条件，并考虑到施工开挖边仰坡的稳定性，本着“早进晚出、少开挖”的原则，采用明挖法施工，挖掘机刷坡，人工配合机械修整边仰坡，按照套拱弧线预留核心土开挖，预留核心土作为下道工序套拱及长管棚的施工平台。

边仰坡防护按照“边开挖、边防护”的原则，每次开挖高度在2m左右，及时按设计进行锚、网、喷临时防护施工。

(3)套拱施工

套拱拱架安装前先将拱脚处浇筑片石混凝土基础，放出拱脚位置。孔口套管采用φ127×4mm钢管。在套拱拱架安装合格后，精确放出每根管的位置及角度，将钢管焊接在拱架的外缘钢板上，要焊接牢固，防止浇筑混凝土时产生移动。

(4)大管棚施工

管棚钢管分无孔钢管和钢花管：热轧无缝钢花管，外径φ108毫米，壁厚6毫米，管节长3米、6米丝扣连接,环向间距40cm,管棚长度按设计40米打设。

施工工艺：

1.搭钻孔平台安装钻机：平台按要求高度搭设，牢固稳定，以防钻孔时钻机摆动、倾斜等而影响钻孔质量。

2.钻孔：电动钻机钻孔，φ115钻头。根据地层及钻进情况随时调整钻压及钻速，一般钻压控制在8～10KN左右，钻孔速度控制在4.0～8.0m/h，钻杆用连接套管接长，钻孔达到要求深度后，依次拆卸钻杆，高压风扫孔清除孔内钻碴。钻进过程中遇卡钻、坍孔时，应注浆后再钻。管棚应先打有孔钢花管（奇数编号），注浆后再打孔无孔钢管（偶数编号）。钻机立轴方向必须控制准确，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管。

3.顶管：采用钻机连接套管自动跟进装置连接钢管，将第一节管子顶入孔内。顶管前计算好管节搭配长度，以使管节接头相互错开。

4.接管：钢管孔外剩余30-40厘米时，用管钳卡住管棚，反转钻机，使顶进连接套与钢管脱离，人工安装下一节钢管，对准上一节钢管尾部，人工持管钳用钢管连接套将两节钢管连在一起，接头丝扣上满，再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。

5.注浆：按配合比拌制水泥浆，经注浆泵、注浆管路压入孔内。注浆按先稀后浓、注浆量先大后小，达到要求的注浆结束标准后，停止注浆，拆卸浆管路，并用水冲洗干净。

(5)山顶钢花管注浆加固

为稳定黄洞顶的地表山体，采用钢花管注浆固结山体松散围岩，增加围岩自承、自稳能力。

在黄石岩隧道左线进口洞顶50米范围山体内打入Ф108钢花管，钢管长12m，间距为2m×2m。采用单液注浆，水灰比为1:1，施工前需做注浆实验，通过实验可适当调整注浆参数。注浆完成后对钢管进行灌水泥砂浆封堵处理。

(6)抗滑明洞施工

为增强隧道正面抗滑能力，经专家讨论后黄石岩隧道左线进口加长了27m明洞。管棚施工完毕后即可开始明洞施工，明洞护拱与套拱相连，护拱内侧采用钢拱架支撑。

(7)侧面挡墙施工

为防止山体侧面滑坡，消减隧道浅埋偏压的影响，从套拱位置开始，向隧道洞身方向平行山体，在可能产生边坡失稳的段落施工C20片石混凝土抗滑挡墙，挡墙长52m，高度为14～17m，顶宽5m，底宽8.8 ～ 9.25m，墙面坡度为1：0.35，墙背坡度为:1：0.2。侧面挡墙可增强山体侧滑扛倾覆系数，在挡墙施工完成后可进行反压回填处理，减少隧道偏压的影响。

为避免挡土墙施工过程中对山体坡脚的扰动，基坑开挖采用间隔跳槽施工，每5m作为一个施工单位，相邻单位施工不能同时开挖施工，采用人工配合机械开挖，尽量避免爆破施工，必须采用爆破施工时，浅眼爆破，严格控制药量，避免爆破扰动既有山体围岩稳定性。施工过程中随时对开挖基坑背后山体进行观测。

挡墙施工完成后，与山坡之间的空隙采用碎石土回填，分层碾压密实，顶部采用50cm粘土隔水层防水，回填面做成不小于4%的向外流水坡度。

(8)正面挡墙及抗滑桩施工

为防止山体沿隧道轴线方向滑塌，增加山体正面扛倾覆系数，在明洞两侧增加底宽3m、顶宽1.5m挡土墙，挡土墙底部两侧各设3排Φ108钢管桩，钢管桩长9米，顶端深入挡墙1.5m，与明洞护拱内工字钢采用Φ42钢管连接，钢管内采用M30水泥砂浆填充。钢管桩施工完毕后及时施做正面挡墙，采用C20混凝土浇筑施工，高度高出洞顶1m，挡墙之间及挡墙与山坡之间的空隙采用C15片石混凝凝土填充密实。

延长明洞及增加正面挡墙可减少对洞口原有山坡的破坏，尽量减少对原有山体围岩的扰动，有效防止山体沿轴线方向滑塌。

(9)洞顶反压回填

洞口上部采用碎石土反压回填，回填采用分层压实，为防止雨水渗透，顶部采用50cm粘土隔水层封顶。

(10)隧道洞口段施工

洞外抗倾反压施工完成后方进行洞口段开挖施工。开挖采用预留核心土的三台阶施工方法，按设计要求施作初期支护。施工时采取预裂爆破技术，人工辅以小型机具（风镐等）配合长臂挖掘机进行开挖，严格控制爆破规模，把对周边围岩的扰动减小到最低限度，开挖每循环进尺在0.6m左右，初期支护及早闭合，仰拱整幅施工，待围岩稳定后尽快施工二次衬砌。

四、 结束语

黄石岩隧道左线进口通过长管棚超前支护、挡墙反压、加长明洞、增加正面挡墙及洞顶反压回填等施工措施，加上开挖过程中采用三台阶留核心土的施工方法，有效减少了地表沉降及洞内周边收敛，通过强有力的初期支护和及时施做二次衬砌，形成稳定的复合结构体系，隧道洞身及地表均处于稳定的状态，保证了施工安全和施工工期。

参考文献：

[1]公路隧道设计细则，2010.07

[2]李天胜，偏压、浅埋隧道进洞施工技术，施工天地，2005.8