大断面公路隧道陡坡偏压洞口段施工技术

王立军

摘要：随着社会经济的突飞猛进，我国公路工程建设也得到很大发展，在公路建設规模越来越大的同时，公路隧道建设也越加频繁。但是在公路建设过程中，隧道施工始终是整个工程的重点难点部分，决定着整个公路工程的运行安全，所以必须严格控制隧道施工质量，而其中不断提高隧道施工技术是保证隧道施工质量的基础。本文对大断面公路隧道陡坡偏压洞口段施工技术进行分析研究，希望能够给相关人工作人员提供一定的参考依据。

关键词：大断面公路；隧道陡坡偏压洞口段；施工技术

一、隧道偏压形成机理

为美观和结构受力均匀，隧道结构断面一般设计成马蹄形；而在不对称地形，地质构造发育、地层岩性的不对称或者是施工引起应力不对称等因素影响下，可能造成隧道结构横向两侧荷载出现不对称，这就形成了所谓的偏压隧道，常见的情况是隧道某段出现偏压，称为“偏压段”。总体上讲，常见的产生“偏压”现象主要分两种情况：1）由于异常非对称地形（主要是隧道结构横向两边覆盖层厚度、围岩情况、结构附近临近构筑物或者是地质构造等方面的不对称）产生的“地形偏压”；2）由于施工顺序或施工工法不同产生的“施工偏压”。根据对偏压隧道的调查，大多数偏压隧道处于洞口段，属于地形浅埋偏压；在隧道洞身段，除了存在地形偏压的情况外，还有地质构造作用引起的偏压。

二、大断面公路隧道陡坡偏压洞口段施工技术要点

1、洞口边坡施工技术

首先，施做长管棚前应先进行洞口开挖，并及时完成边、仰坡的防护、天沟砌筑。其次，采用光面爆破进行钻爆施工，自上而下逐段分层开挖，与暗洞交界处采取松动控制爆破。松动控制爆破采取接近内部作用药包的装药量，用导爆索或塑料导爆管电起爆系统设计成孔内外微差网路，使得各组炮孔或各个炮孔起爆有足够的时间间隔，成为单独作用药包，炮孔中回填足够长度、一定密实度的堵塞物，以保证爆破后的岩石开裂、凸起，松动而不飞散。其三，边仰坡施工前先人工在开挖边缘线10m开挖并施做洞顶截水天沟，待进洞后及时施做洞门和两侧排水沟，与洞顶截水沟相连形成完整排水系统。其四，边坡开挖边线划定后，即在相应位置划出截水天沟走向线并开挖。由于截水天沟设计横断面尺寸不大，开挖时根据地表岩层情况，选择用挖掘机或者放小炮爆破。开挖到预定尺寸后，即进行浆砌片石砌筑，以便为下部开挖工作面起到临时排水的作用。注意砌筑时预留排水槽的位置。

2、洞口大管棚及小导管超前支护施工技术

在岩性较差的地层中进行隧道开挖特别容易发生围岩松动、冒顶等事故。根据普氏理论可知：对于埋深较浅的隧道，在隧道开挖后，洞顶的岩体会出现失稳，进而发生坍塌，之后形成一自然平衡拱。在洞室的侧壁处，沿与侧壁夹角为45°-φ/2的方向产生两个滑动面，使隧道进一步遭到破坏。因此对于岩性较差的围岩开挖浅埋隧道应加强对拱顶的超前支护，以保证隧道安全施工。根据工程实际情况采用大管棚及小导管超前支护的方式对围岩超前支护。在施工过程中管棚能承载上部岩层的压力，使隧道上部支护结构处于无压力状态，而隧道其余的支护结构只需承受因隧道收敛而产生的压力。因此管棚施工可以大大减少隧道支护结构所承受的荷载。

3、台阶法加临时横撑开挖技术及稳定性

由于大部分公路隧道的开挖断面大而且多为软岩，围岩变形甚至坍塌。为确保施工安全，Ⅴ级围岩地段采用安全性、可靠性、稳定性好，能够较好控制围岩变形，及时封闭成环的三台阶法施工工艺。三台阶法施工时，将整个断面分成三个分部，按顺序开挖。

在施工过程中如地表、隧道结构拱顶、底部位置以及开挖掌子面围岩出现塑性区域，如果喷射混凝土封闭不及时，初期支护结构施加不及时，或者超前注浆不均匀，可能导致掌子面风化岩石脱落以及底部隆起、拱顶帽落，对施工造成影响。且从施工过程中岩体受拉、受压屈服产生的塑性区分布来看，地表、隧道结构拱顶、底部位置以及开挖掌子面围岩出现塑性区域，施工过程易出现拱起及塌落，超前注浆必须严格控制，且初期支护施作要及时。

此外，考虑偏压等地形地貌的影响，开挖前应完成超前小导管的施工，并注浆加固地层，固结后开挖上台阶1部土体。施工中采用弱爆破附以小型机具或人工开挖，人工沿拱弧轮廓线修整或人工开挖，每循环进尺不大于一榀钢架间距，开挖后立即初喷3cm混凝土开挖面及掌子面以封闭岩面，再进行拱部钢架安装、钻设系统锚杆后复喷砼至设计厚度，使整个开挖面形成闭和环。上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，施工中采用弱爆破附以小型机具或人工开挖，人工沿拱弧轮廓线修整或人工开挖，接长钢架，施作洞身结构的初期支护。下台阶3分部开挖，施工中采用弱爆破附以小型机具或人工开挖，人工沿拱弧轮廓线修整或人工开挖。下半断面初支，施工工艺同上半断面，拱架接长应与开挖步骤相对应，交错进步。仰拱部分开挖，仰拱支护紧跟拱墙支护及时施做。灌筑该段内仰拱，灌筑该段内隧底填充，利用衬砌台车一次性灌筑二次衬砌。

4、初期支护施工

洞口段的喷射混凝土施工采用湿喷作业，一般采用C25喷射纤维（微纤维）混凝土。喷射机械安装好后，先注水、通风、清除管道内杂物，同时用高压风吹扫岩面，清除岩面尘埃。喷射混凝土在终凝2小时后开始洒水养护，洒水次数以能保证混凝土具有足够的湿润状态为度；养护时间不少于7昼夜，当气温低于5℃不得喷水养护。喷射混凝土表面应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象。表面不平整度允许偏差为±2cm。

钢拱架在工厂内设置检验试拼平台，加工后在平台上进行试拼，试拼合格后方可运至现场。试拼误差周边控制在±3mm以内，平面翘曲控制在3mm以内。钢拱架架立首先要测量准确，架立后复核，钢拱架尽可能与围岩贴靠紧密（空隙小于5cm），两侧底脚使用垫块支垫牢固。每单元接头处施作锁脚锚杆，通过钢拱架与锚杆的焊接，将钢拱架锁定到墙上。锚杆（管）打设，与水平成约45°角倾斜向下，以改善受力状态。锚杆采用中空注浆锚杆，采用风钻钻孔，孔径较锚杆大15mm，钻孔完成后采用高压风清除孔内积水和残余物，防止锚杆送入过程中被阻。成孔后，由现场施工技术人员对孔深进行检查，对孔深不能满足设计深度要求的（允许偏差±50mm），进行补钻直到满足施工规范要求。将锚杆插入锚孔，其位置尽量居中，尾部外露长度为5-15cm。注浆材料宜采用纯水泥浆或1：1水泥砂浆，水灰比宜为0.4-0.5。采用水泥砂浆时砂子粒径不应大于1.0mm。注浆时砂浆经中空锚杆体的中空内孔从连接套上的出浆口进入锚孔，锚孔内的砂浆由外向里充盈，锚孔内的空气从排气管排出，注浆完成后，应立即安装堵头。在施工中，根据地质情况现场试验调整参数。注浆时在锚杆上安装止浆垫圈封堵孔口，工作面上的裂纹用塑胶泥封堵。注浆结束后锚杆及时安装托板。若已锚地段有较大变形或锚杆失效，立即在该地段增设加强锚杆，长度不小于原锚杆长度的1.5倍。

结束语

随着我国基础建设高速发展，高速公路与铁路、水利隧道穿越偏压碎石土地层的施工技术需要进一步深入研究。本文对大断面隧道下穿边坡偏压洞口段综合施工技术进行了分析，提出的洞口段施工技术在很大程度上促进了施工进度，保障了公路建设的质量。该施工方法的提出不仅为我国在高风险、长大隧道方面的施工产生了积极的影响，更为今后类似工程的实施提供了科学依据。

参考文献

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[2]高天羽，罗志刚.隧道浅埋偏压洞口段施工技术[J].公路，2012（7）：311-316.