北乐原浅埋偏压隧道进洞施工技术

戴 谷 张瑞光

(山西省公路工程监理技术咨询公司，山西太原 030006)

1 工程概况

北乐原隧道位于山西省吉县北乐村东侧约1.0 m，设计为左右分离式，隧道左右线均属特长隧道，总体呈北—南向，两洞中轴线最大间距约33 m，最小间距约24 m，为吉县—河津高速公路的重点控制性工程。吉县—河津高速公路是山西省“十二五”重点工程，是山西省高速公路网“三纵十一横十一环”西纵主干线的重要组成部分。

隧道右线洞体全长3 551 m，吉县端洞口里程 K1+485，河津端洞口里程K5+036;最大埋深200.6 m，位于K4+180处;左线洞体全长3 546m，吉县端洞口里程ZK1+490，河津端洞口里程桩号ZK5+036;洞体最大埋深198.4 m，位于ZK4+160。

2 隧道地质情况

隧道河津端洞口位于三堠村东南侧西沟沟脑斜坡上，冲沟较窄，呈“V”字形，沟岸较陡，坡向 180°左右，坡角在 20°～45°之间，洞口段围岩及洞口边坡由第四系上更新统风积湿陷性黄土(粉质粘土)、第四系中更新统冲洪积黄土(粉质粘土)及三叠系下统和尚沟组砂质泥岩及砂岩组成。黄土受大气降水冲蚀及侵蚀作用易产生小范围内坍塌现象;砂质泥岩及砂岩，节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂状结构，围岩岩层产状为337°∠4°，岩层倾向坡面，呈有利组合，但由于岩体破碎，易产生掉块、碎落及崩塌等现象，故边坡稳定性较差。洞口端地形呈左高右低(西南高，东北低)、左前右后的特征，左侧山体陡峻，覆盖层薄，右侧为冲沟沟底，是典型的偏压浅埋隧道，进洞段围岩等级为Ⅴ3级，明洞若采用常规方法施工，可能由于爆破等开挖手段对岩土体的扰动、破坏作用，使其稳定性降低，有可能加剧土体沿下伏基岩面整体滑塌及掉块、碎落及崩塌等不良现象产生。侧墙易失稳，成洞困难，故需考虑安全稳妥的进洞方案。

3 施工方案的确定

洞口工程施工进洞方案坚持“零开挖、保环境”的原则，根据实际地形，调整进洞里程，尽量减少对洞口周围地表的破坏，保持地方生态环境。

针对本隧道偏压浅埋等地质地形特点，本着弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、紧衬砌的原则，经反复方案比选，采用了半明半暗方案进洞。半明半暗方案的主要特点是开挖量少，对山体破坏小，可有效控制临时边坡高度，保证山体稳定。

半明半暗方案的主要施工步骤为:

1)清除地表植被及腐殖土，开挖临时边坡并及时防护;

2)施作外侧挡墙和护拱，护拱拱脚要嵌入围岩深度至少50 cm，并且在护拱内预留管棚套管;

3)护拱上回填种植土并做粘土隔水层，施作洞口管棚，进行主洞开挖。

4 施工方法及工艺

4.1 洞口边仰坡刷坡及支护

首先按设计图放出边、仰坡开挖线，做好洞顶截水天沟，将地表水引至开挖线影响范围之外，以防地表水冲刷边、仰坡，导致边仰坡失稳坍塌。截水天沟要结合现场地形修建。

边、仰坡开挖应自上而下逐段分层开挖。土方可直接用挖机刷坡，遇到石层则采用浅眼松动爆破开挖。尽量对围岩减少扰动，确保半明半暗段隧道围岩及边仰坡的稳定。且边仰坡防护自上而下随开挖随防护，防护范围延至自然坡面，防止土石进一步风化引起水土流失而产生空穴，导致防护失效。

边仰坡开挖后，临时边仰坡立即初喷5 cm厚C25混凝土封闭，布设φ8钢筋网，网格25 cm×25 cm，施作φ22全长早强药包锚杆(L-3 m)进行锚固，梅花形布置，间距150×150，然后复喷至10 cm厚。

4.2 偏压挡墙施工

右幅YK5+030～YK5+036及左幅ZK5+032～ZK5+036设计为半明半暗段衬砌，均在外侧设置偏压挡墙。偏压挡墙采用C25钢筋混凝土，并设计C25钢筋混凝土护拱。

1)首先对隧道左线进口段右侧，按设计开挖基坑完成后，进行基础钢筋绑扎并浇筑钢筋混凝土基础，基础混凝土浇筑完成后对明挖部分进行初期支护，纵向每间距0.5 m安装钢格栅，环向每间距1.00 m焊接φ22连接筋，纵向每间距0.5 m用Ⅰ20a型钢钢架与钢格栅焊接在一起，防止钢架倾覆。

2)拱架安装完成后进行墙身钢筋绑扎及混凝土浇筑。然后模筑C25混凝土厚0.27 m进行初期支护，形成半个封闭环。待初期支护混凝土达到设计强度后，施作80 cm厚的C25钢筋混凝土护拱，护拱内埋设钢筋支撑，在浇筑顶部混凝土弧形护拱时，预埋φ127×4 mm的孔口管，钢筋与孔口管连接成整体。确保长管棚施工，导向管的外插角度确定为3°。

3)将偏压挡墙背后采用浆砌片石反压回填，回填要保证砂浆饱满密实，不得有空洞。采用粘土对护拱拱顶进行回填，粘土隔水层施作完毕后顺原山体恢复地面植被。

4.3 洞口段混凝土套拱及长管棚超前支护施工

明洞段挡墙基础混凝土浇筑完成后，进行套拱施工。设计为φ108×6 mm的长管棚，管棚长度为20 m，共计36根。

1)护拱施作。

a.管棚护拱严格按照设计要求进行施工，采用C25模筑混凝土，长2 m，厚60 cm，钢拱架采用2榀Ⅰ20a工字钢作为支撑，工字钢连接经螺栓拼接后，骑缝焊接牢固，焊缝应饱满、密实，不得有砂眼，钢拱架拱脚设两根φ25的锁脚锚杆(L-3.5 m)。

b.护拱内预埋φ127×4 mm孔口管，为管棚钻孔及送管起导向作用。导向管必须牢固焊接于工字钢或其他定位钢筋上，防止浇筑混凝土时产生位移，保证位置准确。护拱混凝土浇筑应边浇筑边振捣，振捣至混凝土表面不再泛浆、冒气泡为准，确保混凝土的密实，保证内实外光。

2)大管棚施工。

超前大管棚施工采用专业管棚钻机从预埋孔口管内钻孔，按照设计位置，在钻孔中调整钻孔角度为向上倾角2°，确保管棚不得侵入隧道净空。先施工奇数孔位管棚，再施工偶数孔位管棚。钻孔完成一根，即安装一根管棚，并按照设计参数进行压注水泥浆(水灰比1∶1，注浆初压力 0.5 MPa ～1.0 MPa，终压 2.0 MPa)，注浆有效半径按40 cm估计，压浆结束后立即对钢管充填水泥砂浆，注浆时由两端向中间进行。管棚钢管采用φ108热轧无缝钢管，壁厚6 mm，节长3 m和6 m，钢管连接采用丝接(要求丝长15 cm)，并且接头处奇偶错开。

a.安装长管棚用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮碴，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。

b.管棚钢管按照设计要求预留φ8注浆孔，孔眼交错布置，间距75 cm，钢管尾端150 cm处不设注浆孔。

c.管棚注浆结束后须及时清除管口浆液，并用M30砂浆密实充填，增加管棚的刚度和强度，保证进洞安全。

4.4 半明半暗段采用台阶分部法开挖

1)开挖后及时喷射混凝土封闭岩面，左侧暗挖部分按间距0.6 m，打 φ22 全长早强药包锚杆，L-3.5 m，纵向每间距 1.0 m 打一环，打入角度按α=3°～5°布打。拱部边墙挂φ8双层网片。每间距0.6 m，用Ⅰ20a型钢与右侧钢拱架连接在一起，采用AM25×70螺栓连接。

2)环向每1 m焊φ22连接筋。

3)施作初期支护，喷射C25混凝土厚0.27 m，形成封闭环。

4.5 进洞施工

由于洞口覆盖层薄且破碎施工过程中采用了台阶分部法进行主洞开挖。

1)明洞施工完成后，转入暗洞开挖，暗洞开挖前要清除边仰坡开挖线外的浮石、危石，并按照技术要求在洞顶埋设地表下沉降观测点。

2)上部弧形导坑以人工风镐配合挖掘机开挖为主，需要时辅以弱爆破;每循环开挖前采用φ42导管进行超前支护，开挖后及时喷射混凝土封闭岩面，并进行初期支护作业，循环进尺1.6 m。上弧导坑出碴采用人工配合挖掘机扒碴至下断面，挖掘机或装载机装自卸车运走;核心土采用挖掘机或采用控制爆破，核心土开挖后进行下部开挖，并进行初期支护，下部开挖距上部距离8 m～10 m。仰拱施工后，采用全断面液压台车，混凝土输送车配合混凝土输送泵灌注。

4.6 监控量测方案

建立监控量测小组，配备专用量测设备、仪表，按规定频率进行量测，准确、完整、及时收集数据，分析掌握围岩收敛和初期支护位移变化情况，描述工程地质，及时反馈信息，为施工提供科学依据。

5 结语

北乐原隧道左洞进口埋深浅且偏压严重，围岩自稳能力较差容易产生塌方，地质条件差。采用半明半暗法既可确保洞口边仰坡稳定又可保证进洞安全，还能最大限度的节省工期和投资。节约了土地，防止了植被破坏、山体滑坍并快速进洞，为冬季隧道施工创造了较好条件，为我们以后进行半明半暗隧道施工积累了宝贵的施工经验，同时在施工中要加强监控测量，对指导工程施工具有重要意义。

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