隧道洞口浅埋段施工技术分析

王 鑫

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.山西中部引黄工程建设管理有限公司，山西 太原 030002）

隧洞进口覆盖层因长期受自然侵蚀，基岩结构破损、土壤结构软弱、砂砾结构松动，极易失稳形成滑坡；且大都位于山坡地段，流水、风蚀等自然条件会对该区域造成侵蚀，导致区域稳定性降低[1]；部分进口地形地貌极不规则，容易形成不规则受力情况，导致坍塌事故；部分山体断层向洞口侧延伸，会导致大体积滑坡和泥石流等事故隐患。因此在进行隧道进口施工时，要严格遵循相关施工要求，根据设计图纸的内容以及实际施工状况，选取行之有效的施工方案。根据山西中部引黄工程西干线施工5号支洞浅埋段的边仰坡施工、洞口施工以及洞身段的施工情况，对隧道洞口浅埋段的施工技术进行分析。

1 工程概况

山西中部引黄工程施工22标西干线施工5号支洞与西干线主线相交于桩号西13+563处，支洞口中心底高程1 231 m，纵坡22.46%，斜长1 347.81 m，隧洞为城门洞型断面，开挖尺寸5 m×4 m。支洞桩号0+000—0+020段属于浅埋段，埋深5～30 m，为浅埋段。洞口表层为全风化—强风化带，洞内围岩为灰岩夹薄层泥灰岩，围岩自稳性差，工程地质分类为Ⅴ类。

2 总体施工方案

5号施工支洞浅埋段总体施工方案包括洞脸部分刷坡处理及排水加固；洞口段设套拱；洞口开挖及超前大管棚支护施工；洞身开挖喷锚、钢支撑及超前小导管注浆加固处理等。具体施工流程为边仰坡施工和加固及地表排水、洞口开挖与支护、洞身超前支护及开挖、喷锚施工、安装拱部钢架、复喷、安全监测。

2.1 边仰坡施工和防护及地表排水

2.1.1 边仰坡开挖和防护

边仰坡施工过程中，首先根据施工控制点，定出开挖轴线、边线；边坡开挖按照1∶0.7放坡开挖，开挖方式采用机械开挖，采取自上而下的开挖方式分层开挖，在开挖至距离坑底30 cm时，由人工进行清理整平；及时浇筑垫层，防止基底水分蒸发损失，导致土体膨胀。

遇到土体较为坚硬或岩石时，利用风钻机进行处理。

开挖结束之后，应立即对仰坡进行喷锚加固。具体施工方法为采用喷射混凝土、锚杆加钢筋网片进行加固。锚杆采用长度为4 m的直径20 mm钢筋锚杆，按照1.5 m×1.5 m间距进行梅花形布设。钢筋网片采用直径8 mm钢筋，网格尺寸为200 mm×200 mm，网片尺寸为4 m×4 m，网片之间采用点焊连接，搭接长度为1～2个网格。

喷射混凝土厚度为120 mm，喷射时应按以下要求进行：①锚杆锚入后先进行50 mm初喷，钢筋网挂网之后再喷射70 mm，二次喷射前要确保网片与锚杆连接牢靠；②砂层地段先铺设钢筋网，沿环向压紧后再喷射混凝土；③喷射过程中如有脱落的石块或混凝土块时，及时清理后再进行喷射。施工结束后在适当的位置增加位移监测点，以便观测坡体平面及竖向位移，为应急措施提供重要原始数据资料。

2.1.2 边仰坡地表排水措施

由于边仰坡部分岩体破碎，遇水后岩体强度和稳定性下降，开挖过程中必须设置排水措施确保稳定性。开挖时在洞顶及边坡两侧设置M 7.5浆砌石排水沟，排水沟底进行抹浆处理，防止降水对边坡的冲刷，以及渗流至边坡内部。同时在边仰坡加固处理时在坡面预留排水孔，排水孔采用直径50 mm的PVC花管插入，外露10 cm。

2.2 洞口段大管棚施工

洞口段施工利用大管棚及钢拱架支护，确保洞口顶部位置安全稳定。套拱采用C25混凝土，纵向设置长度2 m，厚度40 cm；内设3榀I 18钢拱架，间距70 cm，采用直径25 mm钢筋连接，环向间距1 m。

沿开挖轮廓线设一环长15 m的大管棚，采用直径60 mm、壁厚6.0 mm的无缝钢管，管棚顶拱位置间距20 cm，起拱线以下位置间距为40 cm，管壁周围设置孔距10 cm，孔径8 mm的注浆孔（呈梅花型布置），仰角1°～2°；管内注浆材料采用体积比为1∶0.5的水泥—水玻璃双液浆，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃采用Ⅱ型水玻璃，重量为1.36 g/cm3，水玻璃浓度为38.4 Be°，水泥浆液水灰比为0.6∶1～1∶1；注浆压力0.5～1.2 MPa；浆液扩散半径0.5 m；施工中可根据实际施工情况调整灌浆压力。

需要注意的是注浆前应先进行现场注浆试验，参数通过试验后可适当调整。

2.3 洞身开挖及其一次支护施工

2.3.1 洞身开挖

洞身开挖遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则，爆破时严格控制炮眼深度及装药量，并按照规范要求进行监控测量，及时分析洞身结构稳定，为支护参数调整、二次衬砌的时机提供依据。

本工程采用全断面开挖方式进行开挖，由于5号支洞洞口浅埋段地质围岩主要为Ⅴ类，开挖爆破循环进尺基本控制在1.2 m以内，采取弱爆破施工，开挖前采用超前锚杆进行超前支护，开挖一轮，支护一轮，对于不良地质洞段，还采用了超前小导管注浆的支护方式。

开挖程序：施工准备、测量放样、超前支护、凿岩机就位、钻凿炮眼、装药连线、爆破网络检查、起爆、通风排烟、排险、出渣、喷锚加固。

2.3.2 一次支护施工要求及参数

洞身开挖之前先进行超前锚杆支护，开挖之后支护方式采用喷锚加立钢拱架。具体支护流程是：在隧洞开挖之后，喷射混凝土封闭岩面，再打设锚杆、架设钢拱架、挂钢筋网片，最后对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。

（1）超前锚杆：超前锚杆在顶拱135°范围布置，外露长度50 cm，外插角3°，搭接长度不小于1 m，锚杆的钻孔孔径应大于锚杆直径，全部采用“先安锚杆后注浆”的施工程序，注浆锚杆注浆管插至孔底，回抽3～5 cm，注浆管借浆压缓缓退出，直至孔口溢出。

（2）初喷：洞身开挖之后，尽快对受喷岩面进行处理，清理危石、浮渣，并迅速对施工掌子面及洞身部位进行混凝土初喷，初喷厚度不小于40 mm，防止碎石掉落，确保安全，减小洞身围岩变形。

（3）随机锚杆：在洞身拱部133°范围内布设直径20 mm锚杆，长度2 m，纵向间距1 m，锚杆布设方向与岩面垂直，锚垫板与岩面密贴，锚固密实。

（4）钢拱架：采用I18钢拱架，纵向间距0.5～1 m，初喷后及时安装钢架，采用与随机锚杆及锁脚锚杆方式固定，纵向采用直径20 mm钢筋连接，间距1 m，然后再复喷混凝土。

（5）钢筋网片：网片采用直径8 mm钢筋，网格尺寸为200 mm×200 mm，网片尺寸为2 m×2 m，网片之间采用点焊连接，搭接长度为1~2个网格，网片随初喷岩面的起伏进行铺设，与受喷面间隙不大于20 mm，与锚杆或其它固定装置连接牢靠。

（6）复喷：上述工序完成之后，进行分层复喷，复喷厚度每层不小于40 mm，后一层喷射时间应在前一层混凝土终凝之后进行，往复喷射至设计厚度120 mm。喷射过后应对喷射混凝土回弹率进行检测，拱部回弹率应控制在25%，边墙回弹率控制在15%以内。

（7）安全监测：安全监测是隧道施工的重要环节，隧洞开挖及一次支护完成之后，设置围岩收敛、沉降监测断面，浅埋段隧道沉降收敛监测断面间距应加密设置，间距为2～5 m，每个断面设置4～8个点，并严格按设计量测频率坚持观测，及时整理分析数据，绘制动态监测曲线图，若发现异常情况及时处理。

3 不良地质洞段施工

3.1 超前小导管施工

不良地质洞段施工时，开挖前在拱顶范围内，设置超前小导管注浆。超前小导管采用直径42 mm热轧钢管制作，管长5.0 m（预留止浆段不小于100 cm），钢管间距0.4 m。小导管孔位外插角度为3°，偏向洞外，钻孔孔径比小导管大20～30 mm。循环搭接长度1.5 m，掌子面外露0.5 m，管棚与下部钢拱架焊接，采用压注水泥砂浆进行围岩注浆加固（有堵水要求时可采用水泥—水玻璃双液浆或化学灌浆），注浆压力不大于0.2 Mpa。

通过灌浆可改善和增强围岩的力学性能，在预挖隧洞周围形成一层止水和承载体；同时管体又能起到超前锚杆的作用，从而提高开挖面周围岩体的自稳能力，保证施工安全。

3.2 底板换填处理

通过底板换填处理，减小后期清底及垫层浇筑。在开挖时，底板超挖20 cm，在进行立钢拱架时，底板设置I 14型工字钢横撑，采用C20喷射混凝土回填。

3.3 混凝土跟进衬砌

通过变形监测，若发现隧洞围岩变形速率急增，在采取一期支护及加强支护措施后，尚不能满足稳定要求时，及时进行二期混凝土衬砌。

在隧道洞口浅埋段施工过程中，选取洞口浅埋段施工方法时，应综合权衡施工现场的地质情况，选取切实可行的实施方案[2]，同时根据地质描述，针对不良地质情况可能产生的灾害后果，采取全面的安全支护措施。如采取大管棚、小导管注浆等超前支护；开挖后及时采取锚喷封闭，加密网片、钢拱架，增加喷护厚度等行之有效的安全措施，消除地质隐患，保证施工安全。

4 结语

隧洞浅埋段施工，普遍存在地质条件差的问题，为了保证工程的安全性和稳定性，施工过程中必须采取合理可靠的施工技术，严格按浅埋段施工技术要求，采取超前支护、短进尺、弱爆破、强支护、勤观测等措施，确保顺利进洞。