山区隧道的浅埋段及洞口明洞模筑衬砌施工研究

张宪豪

(中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津 300308)

在山区隧道浅埋段施工中，经常会遇到软弱围岩，它大大增加了施工的难度，极易发生变形、坍塌、冒顶等险情。因此，在具体施工过程中，必须结合工程特性及地质勘探报告，选择和制定切实可行的施工方案，通过“动态设计，动态施工”的原则可大幅度降低施工风险，确保山区隧道浅埋段施工的安全性和质量。洞口明洞模筑衬砌施工是整个隧道工程施工的重中之重，其施工效果对隧道工程的质量、使用寿命、安全性、稳定性等方面兼有非常重要的意义。

1 工程概述

铜万高速－宜丰联络线工程位于宜丰县境内，标段起点k14+300、终点k16+500，线路全长2200米，为双向四车道高速公路，设计车速为80km/h。路基宽度为分离式路基12.25m。桥梁宽度为分离式12.25m。路面结构类型主线为沥青混凝土。汽车荷载等级为公路I级。设双峰隧道一为分离式短隧道，左侧长度445m，右侧长度425m。设双峰隧道二为分离式特长隧道，左侧长度3285m，右侧长度3265m。本标段的双峰隧道二长度为1305m。

2 山区隧道浅埋段施工方案分析

就案例工程而言，水文地质比较复杂，为保证施工的安全性和施工速度，在隧道拱部120°施工范围中搭设了Φ108mm，长度为10m/根的管棚。具体做法为：先预设Φ108mm的导向管，接着在开挖施工面上安装钻进设备，对其定位完成之后制作管棚，管棚间距控制在40cm左右，搭接长度控制在3m以上，每隔7m施工1环管棚并注浆加固[1]。在整个浅埋段需要设置8环管棚。按照在开挖撑子面前方注浆的施工方法，搭设1个注浆固结保护圈在初期支护之外，控制其厚度在0.8m～1.0m之间，结合超前小导管注浆施工技术完成综合施工。现场施工方法为台阶法，核心土依据设计标准的要求进行合理预留。洞身开挖时以人工开挖为主，辅助以破碎锤。在浅埋段洞身开挖完成之后，在施工现场搭设H175钢架和网喷支护，并利用注浆固结之后的围岩承载力，促锚喷支护和围岩加固共同形成一个整体的支护受力体系。并且需每天进行3～5次监控测量，详细记录监测的数据，通过分析监测数据来判断初期支护的稳定性和安全性，并及时向施工现场反馈，为现场施工提供真实有效的数据和理论指导。

3 洞口明洞模筑衬砌施工

3.1 洞口及明洞施工

在洞口施工中，为保证施工质量，本工程选择了从上到下明挖施工方法，由于工程洞口表层土为风化软岩，采用了机械开挖法。针对一些硬质岩石，机械开挖难以完成，采用了爆破开挖法。仰坡处则进行二次开挖，以人工配合机械开挖为主，石方进行二次光面爆破，通过此种施工方法，有效保证了洞口仰坡的平顺性和稳定性，为后期进洞施工奠定了坚实基础。在整个洞口明挖过程中，工作面控制在2%左右，并在坡脚位置设置了排水沟，可将工作面上的积水及时排出，使得整个开挖过程工作面都比较干燥，大大提升了开挖效果，在进行施工之前，为保证施工质量，降低安全事故发生的概率，先检查边、仰坡以上的山坡稳定情况，并进行不间断监测。

在洞口开挖时采用台阶法，先进行Ⅰ断面开挖，然后进行初期支护，再进行Ⅱ断面开挖，开挖完成后同样进行支护处理，待整个边坡都趋于稳定之后，再进行模筑二次衬砌。具体开挖示意图如图1所示：

图1 台阶法施工示意图

台阶法施工较适用于主洞所有的Ⅳ级围岩主洞段、Ⅲ级围岩主洞段和紧急停车带段，具体施工顺序为：a上台阶开挖Ⅰ；b上台阶初期支护Ⅱ；c下台阶开挖Ⅲ；d下台阶初期支护Ⅳ；e浇筑仰拱Ⅴ；f拱墙二次衬砌浇筑Ⅵ[2]。

下台阶开挖之前，要等喷射混凝土强度达到设计强度70%之后再进行开挖，如果遇到岩石不稳定的问题，可采取缩短进尺的施工方法，如果情况必要，需进行左右错开施工，施工完成后立即进行支护和仰拱操作。此外，在具体施工中，还要注意施工干扰问题，避免影响施工总体质量。施工过程中应加强监控量测，根据量测信息指导隧道施工，若围岩级别与设计不符，应立即调整施工方案。

3.2 超前支护施工

案例工程主要采用超前大管棚、注浆用小导管和超前锚杆等超前支护施工。其中，超前大管棚（φ108mm，壁厚6.0mm）3215m，φ22锚杆73370m，注浆小导管（φ42mm，壁厚4mm）61308m。隧道洞口大管棚支护时，采用了Φ108mm热轧无缝钢管，并借助型钢做加固处理，大管棚按照一环布置，导向墙通过C30防水混凝土施工，为最大限度上保证管棚施工的精度，在钢架外缘设置了Φ133×6mm导向钢管。浆液水灰比为1：1，注浆时要严格控制注浆压力，控制在0.5～2.0MPa之间为最佳[3]。为保证注浆的质量，需先在施工现场进行注浆试验，并依据现场实际数据确认注浆用参数，注浆量的计算公式如下：

Q=πR2Lη

其中R为浆液扩散半径，取R=0.6L0；L0为注浆钢花管的间距；L为钢花管长；η为围岩孔隙率。注浆按钢管施钻的顺序自下而上逐步叠加，压力由小逐渐加大。

3.3 格栅钢架制作与安装

格栅钢架在施工现场加工制作，按照明挖洞口实际情况，选择与之相适的断面，通过放样测量进行下料，分节段焊接。焊接误差控制在允许范围中，焊接完成后分类堆放，并做好防锈蚀工作[4]。通过专用的机械设备运输到现场进行安装，搭设人工作业平台，要注意安钢架的垂直度，避免发生倾斜，将锚杆和纵向钢筋连接为一个整体。

3.4 混凝土喷射

喷射混凝土是本工程施工建设的重中之重，为保证施工质量，需要严格按照相应的规范和标准对断面进行开挖和检验，采用湿喷工艺，湿式喷射混凝土施工工艺如图2所示：

图2 湿式喷射混凝土施工工艺图

选用高质量的硅酸盐水泥，控制细度模数低于2.5，砂石粒径控制在5～12mm之间，选择化验合格水作为混凝土拌合水，严格按照设计配比配制混凝土，配制好的混凝土每班至少进行2次坍落度检查，达到要求时可继续施工，如果超过设计标准，则要重新配制。在喷射混凝土之前，还要对隧道断面形式进行系统检查，对开裂、破碎的岩石处理干净，再用高压水枪清洗岩面[5]。喷射混凝土需要采取分段、分块施工，本工程施工顺序为先墙体后拱部，通过从下到上方法进行喷射。在整个喷射过程中，喷嘴需要做螺旋状反复运动，为保证湿喷效果，螺旋的直径控制在20～30cm之间，以提升混凝土喷射的密实性，此外，还要严格控制风压、水压及混凝土喷射间距，以降低喷射过程中形成的回弹量。

3.5 洞身衬砌混凝土

仰拱地段过程中，采用仰拱先行的施工方法，且采用全幅浇筑的方法一次完成浇筑仰拱，严禁半幅施工，以起到早闭合、防塌方的作用。仰拱施工时，为避免影响车辆通行，采用简易平台做过渡通道，以确保掌子面施工正常。填充采用4-8米模板，要先预留中心排水管位置。仰拱栈桥立面示意图如图3所示：

图3 仰拱栈桥立面示意图

在水沟底部位合理铺设钢轨，控制钢轨之间的间距在4500mm之间，通过倒链将平台上后坡道拉起，用装载机把仰拱平台全部托起，并缓慢托运到预定位置，人工清底。将平台下仰拱底部虚碴清理干净，抽出积水[6]。然后架立仰拱堵头模板。浇筑仰拱及隧道填充混凝土时，采用运输车将混凝土运送到仰拱平台，向中间及两侧倾倒，或直接用混凝土输送泵送至仰拱模板内。同时用混凝土振动棒将混凝土摊平、振捣。

4 结语

山区隧道浅埋段施工难度较大，施工风险也比较大，极易发生安全事故。任何一个细微的环节控制不当，都可能引发严重的安全问题和质量问题。文章从浅埋段施工方案、洞口及明洞施工、超前支护施工、格栅钢架制作与安装、混凝土喷射、洞身衬砌混凝土施工六个方面分析了浅埋段洞口明洞模筑衬砌施工要点，通过切实做好这几方面的工作，可大幅度提升浅埋段施工的安全性和质量，符合目前我国山区隧道施工相关标准和规范的要求，值得大力推广应用。