卧虎山隧道左线上导坑出洞施工技术

吴发展 龙杨

(中铁隧道集团二处有限公司 河北廊坊 065201)

0 引言

山岭隧道洞口施工，胡平等[1]贯彻环保理念，主张“零开挖”。蒙华铁路隧道对施工图现场设计优化，贯彻“保护优先，预防为主”的原则，实现“零开挖”进洞[2]。林坤霖[3]等在隧道洞口采用更具弹性且无需砍伐树木的非混凝土结构护坡预应防护网工法，使隧道洞口的设计施工更加弹性及符合环境保护。卓国平[4]研究桥隧相连处或洞口悬岩陡坎段无施工场地的隧道反向施工法，对洞口段地表预加固和施工相邻桥台的同时，反向挑开洞口，不但增加洞口段施工安全性，并且有效提高施工效率。公路隧道断面大，出于防坍塌和施工安全，洞口段通常不采用全断面开挖法[5]。由于线路的走向及场地的限制，隧道洞口桥隧相连或地形陡峭，不便于直接进洞[6-7]，在不影响工期的情况下，卧虎山隧道左线由出口端独头施工到进口端洞口附近，由上导坑先行贯通，解决施工便道的问题，再对洞口进行加固扩挖。

1 工程概况

陕西宝鸡至坪坎高速公路是《国家公路网规划(2013-2030)》银川至昆明高速公路(G85)的重要组成部分[8]。6标卧虎山隧道左线起讫里程为ZK137+565.4～ZK139+010，隧道左线长1444.6m； 卧虎山隧道进口位于宝鸡市渭滨区神龙镇邵家沟村邵家沟内， 左右线洞口位于山腰上，山体陡峭，距坡脚约32m(图1)，洞口距S212省道4.8km。左线进口洞口ZK137+569.9处埋深约2m，ZK137+599.9处埋深约37m。左线进口洞口洞顶有粉质粘土覆盖，围岩以强风化花岗岩为主，节理发育，岩体较破碎，呈松散结构，开挖时岩体易沿节理面崩塌。隧址区未见地表水，地下水矿化度低，水化学类型简单，为HC03-Ca-Mg-Na型，主要为重碳酸型、矿化度小于1g/l的淡水，对混凝土、钢筋、钢结构具有微腐蚀性。由于隧道进口端位于5标施工场地山腰上，山体陡峭，且洞口紧邻5标的桥梁工地，不便于修建施工道路，也无场地修建施工临建设施，在满足工期要求的前提下，隧道施工采取从左线出口端向进口端单向掘进，再利用洞口30m的左侧先行上导坑出洞，如图2所示。

图1 卧虎山隧道左线、右线进口洞门

图2 侧壁上导坑

2 出洞方案

根据项目部测量组实际复测断面资料显示，卧虎山隧道左线ZK137+569.9明暗交界处覆土高程为950.97，明暗交界处左侧先行导坑上部拱脚高程为950.76，因此选择明暗交界处作为出洞里程。

左线出洞方案：隧道左线从ZK137+599.9～ZK137+569.9作为SD加强段施工，施工前仰拱及二衬必须施工至ZK137+609.9与ZK137+639.9的位置。出洞采用双侧壁导坑的左侧先行上导坑作为小导洞出洞，出洞洞口里程为ZK137+569.9(明暗交界)，贯通施工顺序：隧道上台阶施工至ZK137+599.9→左侧先行上导坑出洞至ZK137+569.9→洞口边仰坡防护与截排水→施工洞口管棚护拱→双侧壁导坑洞身开挖(出口向进口ZK137+599.9～ZK137+569.9)→明洞仰拱→明洞衬砌→进口向出口方向仰拱及二次衬砌施工，如图3所示。

图3 卧虎山隧道左线进口施工示意图

3 边仰坡开挖

(1)先清除边、仰坡上部危土、危石，施工截水沟，然后按设计坡度(仰坡坡度1∶0.3，边坡坡度1∶0.5)用全站仪放样出仰坡起始位置，挖掘机自上而下分层刷坡，台阶位置与洞外路基台阶对应，施工时确保坡面平顺，没有大面积凹凸区域。

(2)边、仰坡及明洞开挖采用挖掘机分层开挖，人工配合机械刷坡，装载机装碴，自卸汽车出碴。每开挖一层，立即对坡面进行支护加固，分层开挖厚度控制在2m～3m，便于施作坡面挂钢筋网锚喷支护。施工中尽量减少对原岩层的扰动，开挖后的坡面稳定、平整、美观。

(3)洞口需施工套拱，仰坡刷坡时预留核心土，方便将来安装拱架。

4 套拱支护

隧道左线套拱进洞起点桩号ZK137+571.9，终点桩号ZK137+569.9，长度为2m，采用C30混凝土，厚度为60cm。套拱在明洞外轮廓以外，套拱内埋Ⅰ20a型工字钢4榀，环向采用φ22螺纹钢筋连接，连接筋环向间距1.0m，并在钢拱架内、外缘交错布置，如图4，表1所示。工字钢与管棚套管焊成整体，基础采用C30混凝土。管棚采用热轧无缝钢管，型号：φ108×6，节长为3m、6m，单根总长度30m(单根有效长度30m，护拱2m)，钢管环向间距为40cm，仰角1°～2°(与线路中线平行)，管棚内设置φ28的通长筋。

(1)基本参数

①套拱长度为200cm，厚度60cm，与明洞间预留15cm预留变形量；

②钢拱选用I20a 工字钢，架立4榀，间距60cm，两端保护层厚度10cm；连接钢筋为φ22带肋钢筋，间距1m，并内外交错布置；

③导向钢管选用φ133×4钢管，与工字钢焊接牢固，外向插角2°；钢管内通筋选用φ28带肋钢筋。

(2)掏槽开挖

测量组根据图纸设计要求放出开挖轮廓线，对拱架安设部位进行掏槽，土槽宽(纵向方向)与护拱厚度相同。土槽开挖采用人工辅助挖掘机开挖方式进行，土槽挖好后，要求内表面成型好。清除套拱段上断面土方，预留核心土体工作平台以抵抗掌子面前的土体压力。

(3)套拱基础浇筑

①挖基础：按设计标高开挖套拱基础，并夯实，地基承载力不小于250kpa；基础尺寸：长度2m，宽度1.1m，高度0.4m；

②关模，浇筑C30混凝土基础。

(4)架立工字钢(套拱内工字钢)

①拱架的架立以稳定、贴近掌子面并不侵占隧道净空为原则，安设时保证中线、法线的准确，将各连接螺栓上齐、拧紧。

②拉槽成型、经测量组检查合格后，立第一榀拱，拱架应尽量靠近岩面；第一榀拱架架设完毕后，退回立第二榀拱架(依此类推)。拱架间采用φ22钢筋焊接，纵向连接筋环向间距为1.0m，并在钢拱架内外交错布置。

③套拱拱架架设完成以后，在拱脚部位焊接φ22纵向连接筋，并在每两榀拱架之间焊接抗剪钢筋以形成一水平防沉梁。

图4 钢拱架组装图

编号型号内半径内弦长内弧长外半径外弦长外弧长弦高加工数量备注一单元I20 a882453.5458.6902463.8469.129.63圆曲线二单元I20 a692526.7540.371254255652.12圆曲线三单元I20 a/272.8//272.8//2直线

注：表中未标单位均为厘米，加工数量为一榀拱架所需个数

(5)安装导向管

①工字钢定位准确后，在四榀工字钢上准确标出导向管的位置，导向管定位时，先定出顶部导向管位置，然后向两边对称，每间隔40cm一个，共计37根。

②定位完毕后进行固定导向管：采用固定筋双面焊接，焊接长度不小于15cm。导向管必须保证不松动，定位准确，外插角2°，方向平行于路线中线。

③考虑因掌子面不平整，靠近掌子面端的导向管抵紧掌子面；靠洞口方向管端在同一断面上。导向管安装完毕后，将导向管两端用编织袋堵塞密实，防止浇注混凝土时混凝土进入导向管内。

(6)关模浇筑混凝土

①拱架和导向管安装完毕后，进行内外模板铺设。模板采用厚度5cm、宽度为20cm、长度为2m～3m的木板，模板连接处要严密、牢固，以防跑模漏浆。内模板采用方木(10cm×10cm)加顶托、垫板做支撑骨架，方木长度及布置间距根据现场核心土实际情况布置。在核心土架立底模和侧模支架减小支架高度。内外模及侧模均采用φ22螺纹钢在模板背后作为加劲筋，间距为30cm，用φ8的钢筋与拱架焊接，连接内外模板的钢筋进行加固。模板安装时，分别在套拱外两侧及拱顶预留混凝土下料窗口，对套拱混凝土进行分层浇筑(图5)。

②混凝土采用自拌混凝土，输送泵浇筑，浇筑时要两侧对称浇筑，防止偏压使拱架产生偏移，边浇筑边捣固，保证混凝土密实，混凝土的入模温度、坍落度、和易性等必须满足施工要求，在浇筑过程中注意检查模板稳定情况，有异常时采取加固手段。

图5 护拱衬砌断面图

5 大管棚施工

(1)大管棚制作：管棚采用长32m(有效长度30m，护拱2m)、φ108mm×6mm的无缝钢管，编号为基数的第一节采用3m，偶数的第一节采用6m长，以后均为6m，最后打入的一节结合套拱长度截取合适长度，连接采用丝扣连接，丝扣长度不小于15cm；靠近洞口3m范围内钢管为无孔，其余长度钢管钢管壁四周钻4排φ10的注浆孔，间隔15cm，每2排之间错开7.5cm布置，预留止浆段长度为5m。同一断面接头数不大于50%，相邻钢管接头错开1m以上。

(2)钻孔、安装

①采用预留的核心土平台作为钻机操作平台，超前管棚钻孔采用YGL-100A管棚钻机平行钻孔作业，利用钻机的冲击和推力将安有工作管头的棚管沿引导孔钻进，钻孔沿隧道周边以2°外插角打入围岩 (不包括路线纵坡)，方向与路线中线平行，管棚环向间距40cm，每钻完一孔便顶进一根钢管[9]。

②先安装奇数钢花管，安装完毕后立即注浆，再安装偶数钢花管，通过偶数钢花管钻进时流出的液体及其颜色检查奇数孔的注浆质量。

③钻孔顺序由高孔位向低孔位进行，开孔时低速低压，待压孔后可加压到1.0～1.5MPa，钢管施工误差径向不大于20cm，横向不大于5cm。

(3)注浆

①注浆泵选用2台，管棚灌注浆液：纯水泥(添加水泥重量5%的水玻璃)浆液，注浆水灰比为1∶1，注浆压：初压为0.5～1.0MPa，终压2.0MPa，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，增强导管的刚度和强度[10]。

②注浆前先做注浆现场试验，注浆参数通过现场试验按实际情况确定。

6 暗洞洞身开挖方法

隧道进口洞口加强段围岩为V级围岩，岩性表现为强风化，岩体较破碎，呈松散结构，故采用双侧壁导坑法开挖，水压爆破松动(炸药单耗量0.93kg/m3)，如图6，表2所示，施做时严格控制药量，装载机装渣，自卸汽车运输；初期支护落底后及时施作仰拱填充，然后施作二次衬砌。

图6 双侧壁法上导坑爆破开挖设计图

序号炮眼分类炮眼数(个)雷管段数炮眼深度(m)装药结构单孔装药量(kg)合计药量(kg)1掏槽眼610.692扩槽眼230.6连续连续0.42.40.30.63辅助眼150.6连续0.30.34三圈眼1070.6连续0.335二圈眼2290.6连续0.36.66周边眼35110.6间隔0.062.17底板眼9130.6连续0.363.24合 计85炮泥85节水袋170袋18.24

7 结语

(1)卧虎山隧道左线进口端洞口边、仰坡及明洞开挖施工中尽量减少对原岩层的扰动，开挖后的坡面稳定、平整、美观。

(2)洞口施工套拱，仰坡刷坡时预留核心土，方便将来安装套拱拱架。

(3)套拱、管棚支护，起到加固隧道洞口段围岩的作用，有利于施工安全。

(4)左侧先行上导坑出洞，探明了隧道地质情况，有利于施工方法选择和爆破参数确定。

(5)左线进口端洞口的安全施工，为类似条件的右线进口端洞口提供了施工便利。