位于坡积体上的隧道进洞施工方案比选及实施

董俭召?张晓海

摘要 ： 虽然山区高速公路隧道目前普遍采用“新奥法”原理进行设计和施工，但在实际的公路隧道施工中，受制于设计惯性思维和建设单位控制投资造价的影响，却常常遵循晚进早出，缩短隧道长度，以节约造价，在洞口坡面进行大开挖，这样不仅破坏原生环境，使得原地貌植被很难恢复，且采用人工修整的边坡与隧道周围地貌不协调，与目前的“环保、绿色”设计理念不相符合。随着隧道施工和运营期的积累的经验，近年来提出了隧道洞口“零开挖”的设计施工理念。“零开挖”进洞和“早进晚出”的施工理念是一致的，只是“早进晚出”更加注重的是工程上的意义，即通过早进洞，晚出洞，减少隧道边仰坡高度，保证洞口山体稳定以及运营期的安全。本文依托十巫高速公路SWBY-2项目经理部负责的鸡公寨特长隧道进口端左洞洞口工程，采用隧道洞口加长套拱、分次落底的零开挖进洞施工方法，在洞顶存在坡积体和浅埋的情况下安全进洞，目前洞门以施做完成，隧道安全进洞，洞顶上方坡积体至今稳定。

关键词 ：隧道;坡积体;零开挖;洞口

一、 工程概况

鸡公寨隧道全长4828m，为上、下行分离式特长隧道，两洞轴线相距46～48.5m，隧道最大埋深约464m，洞门采用削竹式洞门。根据地勘文件，围岩为全～中等风化中元古界武当群双台组绢云钠长石英片岩，洞口段为浅埋隧道，同时在左洞洞口正位于坡积体内，松散堆积体长145m，位于斜坡坡脚，自然坡角约28°，物质组成为第四系崩坡积块石及碎石土。其平面呈U形，前缘宽约50m，纵长约150m，厚约8～12m，体积约3万m3。目前处于稳定状态，坡脚开挖后易失稳，对隧道进口边仰坡稳定性有一定影响。

二、进洞方案比选

原施工图设计中洞门采用大管棚+套拱进洞，洞门采用削竹式洞门，经过现场踏勘后，隧道的明暗交接里程已经进入坡积体内，且洞口边仰坡开挖高度达到5m，此种方式进洞上方坡积体存在很大的滑坡风险，为确保施工安全，对进洞方案进行比选，拟定以下三种比选方案。

（一）方案一：长管棚进洞法

按照原设计图纸给定的大管棚+套拱支护进洞施工，然后施做削竹式洞门的施工方案。按此方案实施洞口开挖，洞身右侧松散堆积体坡脚将形成15m左右的临时边坡，边坡采用临时支护，然后采用“三臺阶预留核心土法”进洞施工。

（二）方案二：套拱整体外移+长管棚进洞法

根据隧道工程“早进洞”原则及现场开挖地层出露情况，为减少松散堆积体坡脚开挖，通过实地测量考虑将明暗交接里程桩号往小桩号方向移5m，明暗交接里程桩号变更为ZK17+990;对已开挖临时仰坡维持现状，并及时施作锚喷支护。套拱呈直立状态，不倚靠山体，然后进行大管棚施工。

管棚注浆施工完成后，采用喷射混凝土和钢筋网片将山体和套拱间的空隙喷射密实。然后按照采用“三台阶预留核心土法”进洞施工。洞门结构形式更改为端墙式洞门。

（三）方案三：分次施做加长套拱+长管棚进洞法

1、套拱前移桩号、明暗交接里程桩号同方案二，此方案与方案二不同之处有以下两点：

1.1套拱靠近大桩号侧做成斜置套拱，直接倚靠在上体侧，即加长套拱，对山体侧形成一个反压效果;

1.2为套拱处一次开挖高度，采用靠近小桩号侧2m套拱不直接落底，采用两次落底的施工工艺。

2、主要的施工方法及步骤

步骤1：对已开挖临时边、仰坡按设计图纸进行锚喷防护;

步骤2：明洞套拱部位开挖预留核心土，施作套拱及护拱上断面①，套拱上断面具体至拱部180°位置;护拱上断面左侧拱脚至基岩，右侧拱脚落至山体即可;

步骤3：施作超前长管棚②;

步骤4：明洞套拱部位向下开挖，施作套拱下断面③（采用接长的方式将套拱落至设计标高）;

步骤5：套拱施作完成后，暗洞开挖进洞。采用机械按Ⅰ（前期已开挖部分）、Ⅱ、Ⅲ顺序环行开挖上断面，施作护拱右侧下断面④及初期支护⑤，一次开挖进尺0.6～0.8m;

步骤6：上断面支护完成，且喷射混凝土达到设计强度的70%以上时，将上断面的核心土与下断面一起开挖;下断面Ⅳ、Ⅴ采用跳槽开挖，初期支护⑥、⑦双侧交错落底，避免上半断面两侧拱脚同时悬空，下断面一次开挖长度应与上断面相同;

步骤7：全断面开挖完成后及时施作仰拱⑧并进行仰拱回填;仰拱采用全幅开挖，一次开挖进尺不得大于3m;

步骤8：12m仰拱施作完成后及时进行第一循环拱墙衬砌施工，进洞施工完成。

（四）方案对比分析

从方案安全、工程进度、材料设备投入、成本等方面，对三种方案的综合评价见下表：

从综合比选后，虽然方案一费用最低，在工程进度和材料设备投入中最少，但方案比选比仅仅要考虑施工费用的经济性，还需考虑施工风险性，如果隧道上方坡积体一旦滑动，处理费用将会非常巨大，同时严重影响隧道施工工期，为保证安全，综合比选选择方案三，作为最终进洞施工方案。

三、坡积体上隧道进洞施工关键技术

（一）分次开挖，分次落底;

在洞口廓线以内的开挖采用分两次开挖，第一次开挖洞口上半断面，完成后立即施做管棚，然后开挖下半断面，接长洞门端2m范围内的套拱。洞口边坡采用人工配合挖掘机按照设计坡率、尺寸进行开挖，应自上而下分阶段、分层进行。每层开挖高度不大于2m，开挖后立即进行防护，保证防护与边坡开挖同步进行。开挖时需时刻注意洞口段地质状况，确保边坡稳定性。

（二）加长套拱对应岩体开挖台阶状;

将靠近山体侧的岩体沿隧道轴线方向开挖成台阶状，形成反压，以有利于山体稳定，同时作为加长台阶形套拱的基础。

（三）套拱混凝土施工

开挖完成后，进行套拱内工字钢的位置放样，根据现场实际开挖形状，然后下料精确制作上半断面套拱拱架。采用型钢和模板制作套拱支撑体系，支立套拱拱架，并用纵向连接钢筋连接套拱拱架。按设计要求布置安装孔口钢管，孔口管的位置和角度准确，然后进行护拱混凝土的浇筑施工，待套拱混凝土强度达到设计图纸或规范要求强度后，进行长管棚的施工。

（四）管棚施工

采用潜孔钻无水干钻施工，潜孔钻安装固定在搭设加固的平台上施工，调整潜孔钻前后端高度、调整钻床倾角，以抵抗潜孔钻在钻进过程中钻头下挠，避免管棚侵入开挖线内，起钻仰角控制在2°左右，如管棚较长，可适当增加仰角。钻孔顺序为先钻拱顶位置的管棚孔，然后由中间向两侧间隔钻孔，在钻孔过程中，现场记录钻屑和钻进速度，用以分析围岩情况及类别。钻孔结束后采用高压风清孔，清孔后将三根直径22mm螺纹钢筋焊接成整体，注浆前放置在管棚钢管内，以提高管棚注浆体整体刚度，加强套拱与岩体的连接的有效性。

（五）洞口回填施工

洞口回填分两次施工，第一次在管棚完工，立即进行洞顶回填，主要是回填在套拱与岩体接触部分，回填施分层夯实，一是起到反压回填，稳定洞顶上方的覆盖层，二是夯实土体，防止雨水等从套拱与岩体接触面下渗至掌子面，软化岩体。在洞门完工后进行第二次洞顶回填，回填前及时施做防水层等防排水系统。

（六）明洞暗做施工

施工时结合洞口地形、地貌和地质条件，并针对洞口段工程施工的特点和难点，制定以“洞口开挖，超前预报，洞身开挖，加强支护，尽早封闭，监控量测，衬砌紧跟”为原则的总体施工方案。进洞开挖采用三台阶法，洞身开挖采用机械开挖;上断面进洞20m时，下断面开挖进洞;进洞30m时进行第一循环仰拱施作，12m仰拱（4个循环）施作完成后及时进行第一循环拱墙衬砌施工。暗洞下断面开挖进洞后，根据现场施工组织安排及时施作明洞仰拱;明洞衬砌在暗洞衬砌施作一环之后施作;明洞衬砌浇筑完成后，应及早完成端墙式洞门施工，再次按照设计图纸进行反压回填，保证洞口安全。

四、结语

2018年6月份鸡公寨隧道左洞进洞施工贯彻零开挖进洞理念，采用方案三：分次施做加长套拱+长管棚进洞法法进洞，隧道洞口正上方的坡积体至今稳定，同时很好地保护了隧道洞口的周围的自然景观。

参考文献：

[1] 崔玉武（1）元華梁（2）隧道零开挖进洞施工方法——斜置护拱 建筑工程技术与设计 2017， （14）

[2] 张朝明 浅谈隧道隧道零开挖进洞施工技术 广东交通职业技术学院学报 2017年6月

作者简介：董俭召 （1986--）   性别：男，民族：汉， 学历：大学本科，职称：工程师，研究方向：高速公路路桥隧施工;

姓名：张晓海，男，汉， 本科，工程师，研究方向：工程造价。