坡积体位置隧道出洞施工关键技术

2021-10-30海大鹏况月超

智能城市 2021年18期

王丹李毅海大鹏李辉况月超蒋权

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

1 工程概况

大马沟隧道工程出口浅埋段围岩由第四系全新统坡积碎石及二叠系下统第三岩性段强风化、中风化石灰岩组成，右线出口为基岩，左线出口为崩坡积物及强风化石灰岩，围岩级别为Ⅴ级，山体陡峭，不具备修筑便道和施工平台的条件，无法从外部展开进洞施工。

从隧道内部进行出洞施工需要穿越风化严重的山体表层，特别处于浅埋地段的洞口处存在坡积体时，围岩松散，强度低、稳定性差，极易产生失稳、冒顶坍塌等事故[1]。从隧道内部开展的出洞施工是整个隧道工程的重点和难点，必须结合现场地质条件制定安全有效的方案。

2 隧道出洞施工总体方案的确定

该隧道右洞出口为稳定性相对较好的基岩，依据隧道洞口设计和相关施工规范，结合现场实际地质条件，综合考虑隧道施工质量、进度、安全、成本和生态保护等因素，从内部先对右洞进行贯通，再到洞外整理出施工平台，修筑重力式偏压墙，从内部对左洞进行贯通。对右洞施作贯通工作，洞内超前大管棚完成后，洞内采用环形开挖预留核心土法开挖至出口里程，由上台阶开挖小导洞至出口进行贯通，仰拱、二衬紧跟掌子面。右洞贯通后及时施作临时边仰坡，确保右洞稳定。贯通的右洞口外开挖施工平台并修筑临时施工便道至左洞口。施工左洞半明半暗段偏压墙，再施作导向墙及孔口管，管棚作为超前支护辅助工程，采用环形开挖预留核心土法由洞内上台阶开挖微台阶小导洞至出口进行贯通。

3 施工控制要点

3.1 右洞施工控制要点

（1）导向墙施工。

该隧道出洞段为强风化灰岩，岩体破碎，为保证隧道右线出洞段施工的安全性和稳定性，坚持支护紧跟掌子面，随挖随防的原则，采用双层小导管对前方岩体进行注浆加固。根据设计要求，出洞段需要设置超前大管棚，混凝土导向套拱是确保管棚方向、角度的施工精度达标的有效方法。

洞内开挖采用环形开挖预留核心土法，当右洞向前开挖至距出洞端23 m位置时，将断面按导向墙和初期支护的设计厚度之和扩大开挖，扩大段长度为5 m，初期支护紧跟开挖，待断面初支完成后开始施作导向墙及孔口管。导向墙起拱线及以下位置设置C15片石混凝土基础，导向墙沿纵向长2 m、拱厚0.5 m，内设3榀I18型工字钢拱架，钢拱架顶部120度范围内每隔0.4 m布置一根长2 m的Ф140热轧钢管作为孔口管。孔口管与钢拱架按管棚规定方位焊联固定，安装时严格控制钢管仰角，确保孔向正确。洞内导向墙混凝土浇筑前先按断面尺寸要求，采用Ф22钢筋沿拱架确定底模位置，采用4 cm厚木板对导向墙底模加固，木板采用Ф42小导管支撑，焊接拉杆加固底模与拱架，浇筑C25混凝土，如图1、图2所示。

图1 隧道右线出洞段超前支护施工（单位：cm）

图2 套拱施工断面（单位：cm）

导向墙施工完成后对上台阶进行适当高度的回填、粗略整平处理，作为潜孔钻机的工作平台，大管棚作为超前支护辅助工程，确保洞内初支不变形、不下沉。导向墙内部按原设计开展后续施工。

（2）超前管棚。

采用外径108 mm的热轧无缝钢管，壁厚6 mm，环向间距40 cm，外插角为2°，在拱顶120°范围内均匀布置；采用潜孔钻机跟管施作，干法钻孔，压力风辅助清孔，跳孔施工，按事先排好的孔位编号，先将单号孔全部施工完成后，再施工双号孔。由于钢管较长，为确保外插角度准确和便于施工，将钢管设置成多节段形式。钢管接头采用长15 cm的丝扣连接并错开布置，即在设置第一节钢管时，将编号为奇数的管长置为3 m，编号为偶数的管长设置为6 m，其他每节钢管长度均为6 m。每根钢管按梅花形设置注浆孔，孔径16 mm，孔距0.2 m，距孔口3 m范围内不钻孔作为止浆段.

管棚导管断面如图3所示。

图3 管棚导管断面

在管棚内增设钢筋笼，采用4根主筋为22 mm的螺纹钢筋，每隔1.5 m设置一个直径42 mm、长40 mm、壁厚4 mm的短管节作为固定环与主筋焊接。

（3）微台阶小导洞.

洞内开挖采用环形开挖预留核心土法，开挖至距离洞口里程约5 m处，从上台阶掌子面开挖微台阶小导洞至出口先行贯通并结合现场实际情况设置钢支撑加强支护，保证安全的情况下，快速贯通。小导洞贯通后，其他部分依然采用环形开挖预留核心土法施工步骤逐步向前开挖掘进，慢慢扩挖断面实现安全出洞。出洞段采用机械开挖施工，每次进尺不超过1 m，遇到挖机难以破碎的大块岩石，采用微弱爆破将岩石破碎、松动后再使用机械挖除。注意施工全过程必须实时监控测量已支护段的小沉降和收敛变形以及地表沉降和位移，及时反馈量测信息，坚持监控量测信息有效指导施工。

（4）临时边仰坡。

为了便于后续工程顺利开展，需要利用右洞的明洞空间施作临时便道至左洞口，暂缓对右洞明洞和洞门的施工，先修筑右洞临时边仰坡，保证有洞口在后续施工过程的稳定。隧道右洞洞口临时边仰坡土石方开挖前，先清除表面浮土、危石，做好排水设施，防止地表水冲刷失稳[2]。按照设计坡度1∶0.5的要求测量放线，采用破碎锤机凿打洞口周边大块孤石，清理处施工平台，采用挖掘机自上而下进行开挖，同时配备1台装载机配合清渣。边仰坡开挖施工必须充分结合实际地形地质，尽量减少挖方量，避免扰动坡体原状土。开挖后自上而下分层设置喷锚网防护，每层厚度不大于3 m，锚杆采用长3.5 m的Φ22早强砂浆锚杆垂直坡面呈梅花状布置。喷射混凝土由下而上以螺旋状沿横向一圈压半圈往复移动分层喷射，螺旋半径控制在0.2～0.3 m，喷头与受喷面保持0.6～1.0 m的垂直距离，一次喷射厚度不超过5 cm，待初喷混凝土终凝以后再进行复喷。

3.2 左洞施工控制要点

半明半暗段出洞施工流程：临时边仰坡开挖及防护→施工重力式偏压墙→施工套拱→施工大管棚→半明部分拱顶回填→开挖及支护半暗部分→防水、二衬施工[3]。隧道左线出洞口浅埋段存在坡积体且出洞段属于受推型半明半暗段[4]，左洞出洞段的施工控制要点是在保证坡积体稳定的条件下安全顺利开展半明半暗段施工。

（1）边仰坡。

存在坡积体的边仰坡，稳定性极差，贸然开挖容易发生坍塌或滑坡现象。开挖施工前先清理自然边坡表面植被和大块孤石并对坡面注浆硬化处理，再采用人工配合机械的方式按设计要求分层开挖，尽量减少对周边原状土的扰动。按照自上而下的顺序分层开挖至明暗交界处，施工过程中保证监控量测实时跟踪，每层开挖结束后及时对边坡进行修整、处理再进行喷锚网防护[5]，确保每步工序施工前后边坡稳定。

（2）半明部分套拱。

为了保证半明半暗段的断面稳定性和整体性，半明半暗段重力式偏压墙施工完成后，开始进行清渣施工，将混凝土套拱嵌入临时开挖边坡坡面内部0.5m以下。明暗交界处套拱内拱架采用锚杆固定在基岩上，并采用法兰盘与暗挖部分拱架连接牢固后再焊接饱满，纵向采用连接钢筋固定。

（3）半暗部分出洞开挖。

右洞贯通后清理出的施工平台窄小，不便于左洞半暗部分从外部直接贯通，且经过现场勘察发现隧道出洞段存在部分泥夹石。大块球形孤石极易在进行石方爆裂时过度炸裂，引起超挖甚至威胁隧道整体稳定性。待半明部分及超前支护完成后，采用环形开挖预留核心土+微台阶小导洞法从内部出洞，开挖遇到大块球形孤石时，适当使用潜孔弱爆破方法将岩石震松、震裂，人工配合挖机慢慢挖除。注意爆破施工的炮眼必须密集且药孔浅，间隔装药，严格控制装药量。

（4）反压回填。

隧道重力式偏压墙墙背处基坑及套拱顶在防排水施工完成后，分层回填M10浆砌片石至设计高程，与重力式偏压墙共同抵抗来自半暗部分洞顶偏压产生的侧压力，使隧道整体受力达到平衡。墙背处填筑的浆砌片石按设计要求夯实处理，形成永久边坡；套拱顶部填筑的浆砌片石上表面加铺一层50 cm厚黏土层并植草绿化。