山区高速公路桥隧相连隧道侧面进洞施工方案研究

林东发

(漳州通平漳武高速公路有限公司，漳州 363000)

1 引言

近年来，高速公路工程等交通事业在山区蓬勃发展，因山区地形条件限制， 线路中的桥梁、 隧道占比越来越重，桥梁隧道相连的现象越来越多，甚至桥台与隧道洞门相连，故大部分山区地形地貌高差较大、地质构造复杂、山体陡峭、 场地受限严重等问题尤为突出， 增加建设成本，给施工和运营埋下了极大的质量安全隐患。虽然我国在桥隧相连的设计和施工中取得了长足的进步， 但对于地形条件更加复杂的山岭地区桥隧相连的洞口施工方法研究仍然不够充分，存在着极大的局限性。

目前传统正洞进洞施工方案对部分桥隧相连地区施工受地势及桥梁施工干扰影响的山区高速公路隧道适用性较小。 本文结合某高速公路隧道洞口地形条件(极陡峭、围岩破碎、完整性较差)，研究桥与隧紧连的山区高速公路隧道侧面进洞施工， 以期为同类地形条件下隧道进洞施工制定更加经济、可靠、合理的施工方案。

2 不同地形地质条件隧道进洞方式对比

隧道特点及进洞方式：①不良地质和地形条件，按照先加固、后进洞的原则，采用地层预加固措施，早进洞，避免边仰坡过高及对自然环境的破坏(正洞进洞)；②成洞面仰坡开挖难度大，以满足成洞条件为原则，根据现场地质条件，对其高度进行控制，保证一定的覆土厚度和适当的边仰坡高度(正洞进洞)；③工期宽裕的隧道可在条件好的位置单向进洞(正洞进洞)；④地形限制大，便道无法修筑至洞口或便道过长的隧道， 根据实际地形设置横洞或斜井，经方案必选后可采取横洞或斜井进洞，避免对原地面大规模破坏(横洞/斜井进洞)。 不同的进洞方式，各有其优缺点，如表1 所示，施工中应根据实际情况，有针对性地制定适当的进洞方案。

进洞方式确定后，主要的施工方法有：①明挖法；②套拱加短管棚法；③套拱加长管棚法；④地表锚杆或小导管注浆预加固法；⑤回填暗挖法。

表1 不同地形地质条件隧道进洞方式对比表

3 工程概况

某高速公路隧道左线全长4881m、右洞全长4891m，平均长度为4886m； 洞内设置14 处人行横洞、6 处车行横洞、4 处配电横洞。 隧道进口左、右洞分别需独头掘进约3464m，顺坡施工，合同要求工期24 个月，实际计算工期需33 个月，工期压力大。

隧道进口段自然山体坡度约50～70°，位于山体半山坡位置，山林茂密。 隧道洞口与沟谷底部高差50m，与县道高差80m， 隧道进口平面图见图1。 隧道洞顶埋深较浅，地表覆盖层厚度较大，围岩主要为残坡积层、花岗斑岩风化土层，岩体结构松散，围岩级别为V 级，开挖后稳定性较差， 且隧道进口紧接桥台， 左洞门距离台背仅0.5m，洞口临崖、无作业空间，进洞难度极大，如图2 所示。

图2 隧道左洞洞口横断面图

洞口清表完成后现场踏勘隧道进口处地形及地质情况：隧道进口地形陡峭且偏压，洞口揭示围岩节理发育、破碎，伴随项目所处地区降雨量较大，降水入渗形成基岩裂隙水，施工时的轻微振动即可导致掉块甚至崩塌现象，给隧道进洞施工造成较大的安全隐患， 洞口揭露岩层结构见下图3。

图3 隧道洞口围岩裂隙发育

4 特殊地形地质条件下进洞方案

4.1 进洞方案

根据现场实际情况确保施工安全及保证工期， 该隧道采取左洞左侧横洞(净空8m×7m)进洞方案，取消采用正洞进洞方案， 并在隧道左右洞之间再增设一处车行横洞，用于右洞施工交通要道。 该方法主要优点：一是避开施工便道修筑通过洞口需进行边仰坡扩挖的安全风险，减少了对山体的扰动，确保洞口围岩稳定有一定的作用；二是预计比从正洞正面进洞需要进行洞口加固完后方可进洞施工提前6 个月进洞，从而确保了施工工期，提高了整体经济效益；三是改善了隧道施工的场地作业环境，确保了施工安全；四是采取“零仰坡”出洞，减少对边仰坡破坏，保护生态环境。此方案在地形陡峭、山体破碎、易发生崩塌， 且桥隧零距离相连的洞口效果非常明显。 详见图4、图5。

图4 侧面横洞进洞平面图

图5 横洞断面图

4.2 施工组织流程图(图6)

图6 横洞进洞施工组织流程图

4.2.1 横洞施工

(1)横洞洞口截水沟设置。横洞洞门采用端墙式，洞顶边仰坡开挖线5m 外设0.6m 深×1.0m 宽梯形截水沟，将横洞顶山体水流通过截水沟改移， 并顺接至山谷内自然水系中，保证正常排水。

(2)将横洞口边仰坡加固。 横洞成洞面及临时边坡采用喷、 锚、 网支护，C25 喷射混凝土(厚10cm)； @20×20cmφ8mm 钢筋网；L=5m， @1m×1mφ22mm 水泥砂浆锚杆。 成洞面及临时边坡应设置 @2.0m ×2.0m φ10cmPVC 管泄水孔。 洞口开挖时，采取预留核心土台阶法施工。

(3) 横洞洞口段采取φ108mm 钢管，L= 24m@50cm中管棚超前加固方案进洞。

(4)进洞横洞段按照V 级围岩进行设计，洞身初期支护采用锚、喷、网、钢架支护，洞口段、横洞与正洞交叉段采用工@60cm， 工16 工字钢， 管棚范围外钢架间距1.0m；钢筋网采用@20×20cmφ8mm 钢筋网；喷射混凝土标号C25；系统锚杆拱部采用L=3.5，@1mφ25mm 中空锚杆，边墙采用L=3，@1mφ22mm 砂浆锚杆梅花形布置；超前小导管L=4.5m，@50cm，σ5mmφ50mm 的无缝钢管，纵向搭接长度1.5m，外插角15°。洞口段15m 及与正洞交叉处10m 采用30cm 厚C30 模筑混凝土。

(5)左、右主洞之间横洞段按照IV 级围岩进行设计，洞身初期支护采用锚、 喷、 网、 钢架支护， 钢架采用@1.2cm，工14 工字钢；钢筋网采用@20×20cmφ8mm 钢筋网； 喷射混凝土标号C25； 系统锚杆拱部采用L=30，@1.2mφ25mm 中空锚杆， 边墙采用L=3，@1.2mφ22mm砂浆锚杆，梅花形布置。 与正洞交叉处各10m 采用30cm厚的C30 模筑混凝土。

(6)横洞内路面采用20cm 厚C20 混凝土浇筑，路面右侧预留排水侧沟，水沟宽30cm，深20cm。

(7) 主洞与横洞交接位置的纵向排水管采用暗埋敷设，跨电缆槽处设置跨沟盖板，以确保排水不受影响。

4.2.2 横洞挑顶施工

横洞与主洞交接部位按先加固后开挖的原则， 根据地质情况，相交位置5m 范围的支护型式加强。 横洞进入正洞的门洞采用双拼工18 型钢门架，钢架组拼如图7 所示。 进入正洞后的挑顶施工，应从外向内逐步扩大，并始终保持逃生通道的畅通。

图7 横洞挑顶钢架组拼图

4.2.3 主洞二衬台车拼装

正洞二衬台车采用洞内拼装的施工方案。 台车拼装场地设置在横洞与主洞交接位置小里程段落。 拼装场地长15m，主洞开挖时拱部断面加大100cm，后期二衬浇筑时按照原设计净空浇筑到位，如图8、图9 所示。

4.3 施工注意事项

(1)横洞洞口施工前，应先施作截、排水沟及洞口改沟，并确保排水畅通，确保洞口施工安全。

(2)横洞大管棚与小导管纵向搭接长度应不小于5m；小导管搭接长度不小于1m。

(3)横洞施工时，加强地表沉降、洞内初期支护等监控量测工作。

(4)严禁超挖，逐榀开挖。

(5)尽可能控制爆破药量，减少扰动，防止发生崩塌等灾害。

(6)严格遵循“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的原则，严格控制开挖进尺和爆破振动速度。

(7)应坚持“随挖随支、先喷后锚”的原则，即初期支护必须紧跟开挖工作面，应在爆破、通风和找顶后首先及时初喷砼，尽快封闭岩面，控制围岩变形，然后再及时挂钢筋网、施作锚杆、架立钢架，最后复喷砼至设计厚度。

(8)钢架拱脚须位于坚实的基础上，严禁拱脚悬空。拱脚处应采用锁脚锚杆将拱脚锁紧。 当拱脚位于土质围岩时，应进行扩大拱脚处理。

图8 台车拼装场地设计图

图9 台车拼装立面图

(9)在初期支护作业期间，应随时观察围岩变化情况。当围岩变形过大，应及时反馈，以便采取施工辅助措施、加强初期支护或提前施作二次衬砌。

(10)隧道主洞出洞时应已完成洞口边坡加固施工，且加强洞口作业防护，避免落石伤人。

(11)主洞洞口大管棚、边坡防护等防护措施施工完成后方可施工桥台，避免石块崩落伤人。

(12)隧道施工过程中，严格落实隧道施工安全九条规定和“十一项措施”，严格落实领导带班制度，控制安全步距，落实安全教育培训制度，做好班前教育工作。

4.4 进洞方案对比

(1)传统正洞进洞与横洞进洞方案对比，见表2。

表2 正洞进洞与横洞进洞方案对比表

(2)实际产生效益分析

横洞进洞方案比正洞进洞方案投资增加340 万，工期节省6 个多月；劳务及机械等成本减少378 万元，具体见表3。

表3 人、料、机成本对比

5 结论

本文介绍了某高速公路隧道桥隧相连的特点、 地质条件， 对传统施工方案中隧道洞口位置和开挖方案的选择作了阐述，正洞进洞在承担高风险、高难度、长工期、多作业面干扰的情况下， 比横洞进洞方案增加投资340 万元，但横洞进洞方案工期提前6 个月，劳务及机械等成本节约378 万元。正洞进洞方案中施工安全、施工难度以及对环境破坏等方面所造成的负面影响远远超过其所节省的经济成本。

本文所述某隧道针对地形、 地质、 地貌条件的特殊性，摒弃在地形陡峭部位正洞进洞的传统方案，采用横洞进洞方案。

经对正洞进洞方案和横洞进洞方案进行对比， 总结如下：

(1)经方案比选，针对地形陡峭、地质复杂、安全风险大的隧道不应盲目选择节省成本的进洞方式， 应坚持以人为本，安全第一，绿色公路，品质工程的理念，结合现场实际，综合考虑，统筹规划，制定切实可行的方案，才能保证施工安全，顺利进洞施工，缓解工期压力。

(2)探讨了主洞进洞施工安全隐患及地形地质条件对施工工期和质量的影响，给出了横洞进洞的建议。

(3)横洞进洞施工，仍旧坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，早进洞，晚出洞，确保施工安全。

(4)从经济、安全、施工质量控制等方面对不同的进洞方案进行比选， 对不同施工方案可能出现的风险进行总结和分析，为桥隧相连工程施工提供了一定的参考。