公路山岭隧道单向出洞技术研究

周满兵

（1.安徽省公路工程检测中心，安徽 合肥 230051；2.桥梁与隧道工程检测安徽省重点实验室，安徽 合肥 230051）

山区公路隧道洞口地形陡峭，水、电等施工[1]设施搭建困难，工作场地狭窄，研究这种条件下隧道单向出洞技术[2]，以解决交通不便等问题，同时保障施工安全，满足工程进度。

1 工程概况

南田隧道位于黄山市休宁县境内，起讫桩号K35+215～K35+661，为单洞双向行车隧道，全长446m。隧址区地势以茶子岭为界，呈两边低中间高，地面高程一般在380m～580m，地形起伏较大，地貌以中低山丘陵地貌为主，局部分布有山间沟谷，沿线植被多为幼树、灌木、杂草为主，生长茂密。隧址区地层属扬子地层区江南地层分区，基岩岩性为休宁期晚期花岗岩，分布层残坡积覆盖层。

1.1 洞口地质条件

南田隧道从大桩号往小桩号方向开挖掘进，出洞口位于穿越山咀的西北坡，山坡地势陡，自然坡度约为70。。洞口段主要为中风化花岗岩，零星分布薄层残积土，中风化岩性硬，受F43断层影响，岩体破碎，洞口仰坡总体稳定性一般。

1.2 洞口段设计情况

隧道出洞口段（K35+215～K35+240）为Ⅴ级围岩，此段主要穿越中风化花岗岩。洞口段设计采用V浅型复合式衬砌，初期支护采用强度高、刚度大的I20a型钢，间距0.6m，钢支撑与围岩之间使用垫块楔紧，及时用喷混凝土喷满其空隙，二次衬砌采用60cm钢筋混凝土。

原设计隧道K35+215～K35+250段为浅埋层地段，采用φ108无缝钢管大管棚作为辅助工程措施，大管棚长30m，环向间距为40cm,钢管轴线与衬砌外缘线夹角1。～3。，设置于衬砌拱部约120。范围，管棚注浆采用水泥浆液。

2 出洞方案的确定

2.1 现场施工条件

南田隧道出洞口端斜坡较陡，洞口下方4.5m为原G205公路，洞口离原公路平面距离只有1m。原图纸设计大管棚已难以实现。现面临的有以下几点困难：

①隧道出洞口下面是原G205公路，进行管棚施工时，至少要有15m的纵向平台，势必会占用G205国道，会阻断公路的交通，按照我国道路交通法律的相关规定，G205国道长时间封闭交通施工的审批不可行；

②地形陡峭，加之高差太大，施工场地没法搭建，水、电无法保证；

③如若强行在该洞口进洞施工，因地势陡峭、工作场地狭窄，同时又要保证G205道路畅通，施工过程中会对施工人员和过往人员、车辆带来极大的安全隐患。

2.2 出洞方案及方法

结合现有的施工条件，南田隧道计划采取单向出洞的施工方法。根据隧道“早进洞、晚出洞”的施工原则，保持山体的原始平衡状态，避免洞口塌方，结合洞口的地形，拟采用“上台阶小导洞[3]贯通，加密超前小导管为辅，贯通后施作边仰坡防护，由洞内向洞外预留核心土，环向逐步扩挖至设计断面的出洞施工方案”。

3 隧道单向出洞施工

3.1 施工工艺

图1 隧道施工工艺流程图

3.2 单向出洞前准备

隧道出洞前需做好以下几点准备工作。

①洞口上方围岩处治

先对洞口上方陡壁围岩进行全部处理，具体为清理进口端浮土、浮石、树木等。出洞前首先按照设计文件要求施作截、排水沟以及洞口改沟，并确保排水通畅，以减少积水对洞口的冲蚀，确保洞口施工安全。

②加强监控量测

重点进行地质观察，密切关注洞口围岩及洞内支护变化状况，提前布设洞内外监测点，量测围岩周边位移、拱顶下沉变化[4]，进行综合分析，通过分析成果及时反映围岩下沉、收敛动态，正确指导施工，及时调整支护参数，以保证出洞施工期间的安全。

③对洞口原G205老路进行拼宽处理，保证半幅通行的要求，同时指派专职人员对过往车辆进行引导，以免发生堵塞。

④洞口施工过程中必须遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”的原则，在隧道出洞前，要求隧道初期支护紧跟掌子面，避免掌子面围岩裸露时间过长。

3.3 单向出洞具体方案

3.3.1 上台阶小导洞施工

当掌子面施工至贯通面约为15m的距离时，暂停掌子面的施工，完善围岩的初期支护，且保证二衬施工与掌子面距离小于120m。小导洞施工要求如下。

①小导洞位于上台阶顶部，导洞顶部轮廓与隧道设计开挖断面相同，以利用超前支护系统和初期支护系统，保证小导洞开挖时的稳定与安全。小导洞截面尺寸为4m×4m，以方便装载机、挖掘机施工为宜，具体布置如图2所示。

图2 小导洞断面示意图（单位：m）

②小导洞掘进施工按每循环0.5～1.0m控制，每循环按正洞施工时的方法预先做好超前支护，支护范围略大于导洞顶部宽度即可。

③每循环开挖完成后及时施作初期支护，注意导洞顶部与隧道设计开挖断面相同，并适当预留变形量，保证在后期施工中，围岩收敛、拱顶下沉后不侵入二衬混凝土。导洞开挖面完成后应及时进行初期支护，拱顶部打设φ22砂浆锚杆，长度3.0m，环、纵向间距为1.2m×1.0m，梅花型布置，挂设直径为φ8的钢筋网片，网眼尺寸为20cm×20cm，喷射C20混凝土厚度为10cm。小导洞两侧采用喷射C20混凝土进行临时支护，厚度为10cm。

④小导洞施工时，每循环钻眼增加2～3个探眼，探眼深度5m，以探明具体的剩余距离，便于安全出洞。

⑤小导洞施工主要以人工开挖为主，辅以微弱爆破。每循环开挖完毕、检查净空，符合要求后立即施作初期防护，尽快封闭围岩。

⑥小导洞开挖过程中，加强对地表监测，发现异常及时处理。小导洞施工前对洞口原有地面进行一次复测，准确掌握出洞时洞顶的覆盖层厚度，确保施工安全。

⑦小导洞贯通后，将洞内的供风、供水、供电线路引出洞外，并按要求布设整齐。

3.3.2 格栅钢架锚喷支护

围岩自稳能力差易坍塌时，需加工格栅钢架，间距1.2m～1.5m,连接筋环向间距1.0m,拱部打设φ22砂浆锚杆，长度3.0m，环、纵向间距为1.2m×1.0m，梅花型布置，挂设直径为φ8的钢筋网片，网眼尺寸为20cm×20cm，喷射混凝土厚度20cm。

3.3.3 洞口边仰坡施工

隧道小导洞贯通后，保证施工机械能安全通过的情况下，及时对出洞口进行边坡、仰坡施工[5]以及截水沟施工，确保洞口端边坡稳定。

3.3.4 留核心土环向开挖

洞外防护工程施工完成后，由洞内向洞外按照三台阶留核心土环向开挖。施工工序如下：

①超前小导管注浆加固，开挖1部，挂网初喷混凝土，架立钢架，挂网复喷混凝土；

②滞后1部3～5m，开挖2部，挂网初喷混凝土，架立钢架，挂网复喷混凝土；

③滞后2部3～5m，开挖3部，挂网初喷混凝土，架立钢架，挂网复喷混凝土；

④分段开挖4部和5部，开挖4部6m，开挖5部4m，施做仰拱4m，依次顺序渐进；

⑤全洞贯通后及时施作二衬。

留核心土环向开挖工序步骤见图3。

图3 留核心土环向开挖工序图

3.3.5 辅助工程施工

采用双层超前小导管辅助措施，隧道掌子面施工至距贯通面35m时（即K35+215～K35+250段），每循环钻眼增加2～3个探眼，探眼深度5m，以探明具体剩余距离，便于安全出洞[6]，围岩加固采用双层Φ50×5mm超前小导管，小导管长6m，环向间距30cm，外插脚分别为 5。～8。、45。～60。，小导管施工与钢拱架配套，每隔4榀一环加以辅助以保证拱顶围岩的稳定，必要时缩短刚架的间距。初期支护紧跟掌子面。

具体的双层超前小导管布置如图4所示。

图4 双层超前小导管支护立面图

4 结束语

通过G205五里亭至桃林公路改建工程南田隧道的安全出洞，对公路山岭隧道单向出洞技术进行了探索，隧道单向出洞采用小导洞分部环向开挖结合双层超前小导管技术切实可行，解决了洞口施工不便造成的难题，并能够确保隧道施工安全，可为其他类似工程施工提供经验，须特别注意在任何情况下隧道工程施工必须严格遵守“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的基本原则。

[1]黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]何英伟.复杂地形条件下山岭隧道单口出洞施工技术[J].公路工程，2001（3）.

[3]王红雨.Ⅴ级浅埋偏压隧道出洞方案[J].山西建筑，2008（12）.

[4]郭嘉陵，李财.山岭隧道进洞施工方案浅析[J].铁道建筑，2004（10）.

[5]王晓宇.山岭隧道洞口段桥隧相接工程技术研究[J].北方交通，2016（3）.

[6]刘涛.山岭区公路隧道施工安全保障及常见病害处治[J].城市道桥与防洪，2016（8）.