龙门岭隧道洞口浅埋软弱围岩段设计及施工

宋鹏翀

(黄山市交通建设总公司，安徽黄山 245700)

1 工程概况

龙门岭隧道位于太平区甘棠镇城边，为单洞双向行车隧道。隧道桩号K6+314～K7+433，全长1 119 m，主洞限界净宽9 m，净高5 m。隧道主要穿越砂岩、花岗岩地层，围岩级别较低，完整性较差。

隧道洞口Ⅴ级浅埋段长约60 m，岩土体主要是亚粘土、全～强风化花岗闪长岩，其中亚粘土夹少量碎石土，层厚1.4 m，遇水易软化;花岗闪长岩风化强烈，结构、构造已全部改变，层厚11.6 m。地下水丰富，仰坡稳定性极差，施工时易产生崩塌。

地下水丰富、围岩差是造成进洞和施工困难的两大主要原因，所以治理水患和加强围岩稳定性成了我们要解决的首要问题。

2 洞口设计

针对龙门岭隧道洞口段特殊的地质条件，应严格控制边仰坡的坡度，尽量采用“零开挖”进洞方案，避免大挖大刷。通过多方案对比分析，最终选择削竹式洞门结构，实现了隧道早进晚出，同时又降低了边仰坡高度，减少了防护工程量。

具体设计方案见图1，图2。

图1 龙门岭隧道甘棠端洞门侧面图

图2 洞口效果图

由于洞顶上部有一自然冲沟，常年有水，雨雪季节水流大且急，洞顶覆盖层较薄，对隧道施工和竣工后的运营不利，存在着极大的安全隐患。因此，在开挖施工前，应对水流截流引排。通过对现场情况的调研分析制定了如下处理方案:在K7+400处设置片石混凝土挡墙，左右侧做3m×2.8m×2m的钢筋混凝土排水沟排水，同时对洞顶低洼处进行回填压实。K7+433～K7+506.659段为挖方，开挖后为流砂堆积而成，水位高。故将该段反挖至路床底，换填透水性材料，并在两侧做渗水盲沟，渗水盲沟底部在路床以下80 cm，将水排到路基之外，降低地下水位，保持路基和套拱基础底部相对干燥。

3 洞口段支护设计及施工技术

3.1 支护设计

龙门岭隧道采用超前大管棚进洞。管棚采用外径108×6 mm的热轧无缝钢花管，每段长4 m～6 m，分段拼装达到超前支护长度，导管上钻注浆孔，孔径20 mm，孔间距20 cm，呈梅花形布置，尾部4 m留不钻孔的止浆段。管棚沿套拱外轮廓周边以1°～3°外插角打入，环向中心间距40 cm，长度为30 m。注浆材料用1∶1水泥浆，注浆压力为1.0 MPa～2.0 MPa。

管棚示意图如图3所示。

图3 洞口大管棚布置图

隧道采用新奥法施工，洞口浅埋段选用Ⅴ级加强复合式衬砌。具体支护参数如下:初期支护采用Ⅰ18工字钢拱架，纵向间距60 cm，由Φ22的纵向钢筋连接;沿洞周环向布置3.5 m长中空注浆锚杆，间距60 cm×100 cm呈梅花形布置，尾部与钢拱架连接;φ8@20 cm×20 cm单层钢筋网，焊接于钢拱架上;24 cm厚早强喷射混凝土。二次衬砌采用45 cm厚C30钢筋混凝土。

对洞口浅埋段二次衬砌配筋的合理性进行了计算验证，具体计算结果见表1，图4。

表1 拱圈各极值点内力及配筋一览表

经过计算分析，31号单元安全系数为2.422，裂缝宽度为0.183 mm，满足规范要求。68号单元安全系数为2.091，裂缝宽度为0.359 mm，考虑68号单元在仰拱处，为小偏心受压构件，破坏由混凝土受拉控制，安全系数略小于规范系数2.4，裂缝宽度略大于规范的背水侧0.3 mm，仰拱处配筋略显不足，但考虑隧道内回填及路面等有利荷载未计入，实际仰拱处受力可满足安全要求。

图4 洞口段二次衬砌计算内力图

隧道施工过程中，初期支护和二次衬砌的施作时机尤为重要。开挖出渣后应立即喷射混凝土封闭岩面，并及时施作锚杆、挂网、钢拱架等初期支护措施。二次衬砌的施作应紧密结合监控量测的反馈结果，主要的判断标准有:1)隧道洞周围岩基本稳定;2)水平收敛速率小于0.2 mm/d，或拱顶沉降速率小于0.15 mm/d;3)洞周收敛量达到预计总收敛量的80%以上。

3.2 施工工法及现场监控量测

龙门岭隧道洞口浅埋段围岩级别低，施工难度大。选择合理、经济的施工工法，是确保施工质量安全的重要因素。该隧道洞口浅埋段采用二台阶预留核心土法开挖施工，共分为7个阶段:超前小导管预支护;上台阶开挖;上台阶喷锚支护;核心土开挖;下台阶开挖;下台阶喷锚支护;设置防水层并浇筑拱墙二次衬砌。具体施工步骤如图5所示。

图5 洞口段隧道断面施工过程图

隧道开挖过程中必须严格控制开挖进尺，正确把握初期支护和二次衬砌的施作时机，始终坚持“管超前、浆严注、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

现场监控量测是新奥法施工的重要组成部分，通过对监测数据的分析反馈，能够及时的掌握围岩的变形情况，准确的把握二衬的施作时机。龙门岭隧道浅埋段施工采用的监控量测项目主要有:对地质和支护状态的观察、周边收敛、拱顶下沉、地表下沉、围岩压力、锚杆轴力以及刚拱架的内力等。每次量测后应及时处理数据，掌握围岩的变形情况，分析初期支护参数的合理性，判断有可能发生的危险情况并提出解决方案，把握二次衬砌的施作时机等，并将结果反馈到施工现场，以便更好地指导施工。

4 结语

龙门岭隧道洞口不良地质及浅埋段的施工处理方案，保证了隧道安全顺利进洞，确保了隧道施工质量安全以及合理安排施工组织计划。通过对该不良地质段的治理进行综合分析，得出如下结论:

1)富水隧道洞口施工应采取截流引排，降低水位等水患治理措施，为洞口创造良好的施工环境。

2)洞口软弱围岩段应采用大管棚预注浆、超前支护及地表预注浆等施工技术，提高围岩的稳定性，确保隧道顺利进洞。

3)施工过程中应严格遵循新奥法，合理选择开挖方法及施工工序，尽量缩短各工序的时间，把握支护的施作时机，加强监控量测并优化支护参数，以确保隧道安全施工。

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