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摘要：以集安至通辽高速公路高台子隧道穿越碎石坡积体洞口工程为例，从实施方案论证，混凝土套拱施作，跟管钻进工艺，暗洞开挖方法，明洞及二衬施作，重点及难点分析，主要施工技术应用，论述了隧道穿越碎石坡积体进洞施工关键技术，对类似工程有鉴借、参考意义。
关键词：隧道进洞松散坡积体方案论证；施工技术
0引言
近年来，随着公路建设的快速发展，新建高速公路隧道日益增多，受线位和山区地形、地质限制，隧道进洞往往会遇到危岩落石、岩堆、滑坡、顺层、偏压、浅埋、软弱围岩、陡坡进洞等问题[1] 。隧道洞口历来就是施工的难点，尤其是洞口遇碎石坡积体时，施工难、进洞难的矛盾显得尤为突出。进洞时如方法不当，可能会导致边坡、老滑坡倒塌，古滑坡复活[2]。严重时引起洞口整体失稳破坏，甚至引发安全事故。因此，确定合理的进洞方案，是隧道施工首先面对的问题。目前，国内学者针对不同的地质条件和周围环境，对隧道进洞技术进行了多方面的研究。文献[3]以张花高速公路刘家院子隧道为依托，对隧道坡积体的稳定性进行了分析，提出了明洞加抗滑桩“零开挖”进洞方案；文献[4]针对隧道洞口穿越坡积体存在的风险，提出了超前管棚支护，接长明洞，加强洞内支护等多项综合措施，并利用数值模拟验证了设计方案的可行性，取得良好的效果。文献[5]介绍了隧道进洞过程中遇到的问题及其处理方法，提出了浅埋偏压、大范围松散堆积体条件下采取坡积体注浆加固、增设混凝土挡墙、增设钢管桩基础等进洞施工技术措施，较好的解决了施工难题。新建鹤大高速集安至通辽段高台子隧道（出口），在尝试这些成熟工法的基础上，针对洞口穿越碎石坡积体存在的风险，通过方案比选，采取隧道明暗分界点前移，加长混凝土套拱、延伸管棚长度、增设钢管桩基础，对坡积体注浆加固、坡面锚喷防护等整治措施，有效地解决了碎石坡积体进洞难、施工风险大的突出问题。
1.工程概况
高台子隧道全长2792m，采用分离式双向四车道，高速公路标准设计。隧道出口左、右洞口段，底部宽度80m范围内，高度20m范围内均位于崩坡累积碎石坡积体中，洞口地形坡面30～35度，坡积覆盖层厚度约6～9m。由于洞口位于山体较平缓的冲沟内，碎石堆积体顺坡呈半圆锥体，洞口段沟谷外侧地表植被发育，坡体稳定。
2016年9月11日在隧道明暗分界处开挖、清理碎石，准备施作管棚过程中，洞口堆积碎石出现下滑，经现场进一步勘查，堆积范围覆盖洞口的四周及仰坡，成松散状，当下方扰动时，坡面碎石有表层下滑现象，为避免引起浅层失稳破坏，立即停止了开挖，见图1。
2.碎石坡积体中隧道进洞施工难点分析
1）由于隧道洞口段位于松散坡积体中，洞口开挖清理易破坏坡积体的原有平衡状态，引起洞口上方坡体滑塌，施工过程风险较大；
2）洞口段埋深浅，围岩多为未固结的松散堆积物和分化岩层，普通管棚钻进困难，塌孔、卡钻不易成孔。洞口开挖易出现边坡滑塌；
3）隧道洞顶坡面30～35°，坡面较陡，坡顶存在松散岩体，施工中易发生落石，危及洞口施工人员的安全；
4）坡积体覆盖左右两个洞口范围，松散体数量较大，清理或固结整治费用高。
3.进洞方案比较及选择
3.1原设计超前大管棚+明洞（方案1，见图2）
隧道洞口设直径108mm长管棚30m，左幅明洞（MD）长度30m，肖竹式洞门DM10m，V级围岩段衬砌类型JQ5，初支为I18a工字钢，Φ42mm超前小导管预支护，喷混凝土厚度26cm。明洞段基础进行小导管注浆加固。隧道明暗分界里程K10+752（左幅），位于碎石坡积体内，开挖坡积体存在风险。
3.3套拱+管棚+注浆小导管方案（方案3，见图4）
考虑在碎石坡积体中施作钢管桩存在不易成孔，钻进困难，且工作量较大的问题，在方案2的基础上对套拱脚垂直钢管桩支撑进行调整，拱脚支撑由Φ108mm钢管，长度8～9m，调整为Φ42mm，长度5～6m便于操作的注浆小导管，其余同方案2。
3.4方案比选结果
经过以上三种方案比选（见表1），首先应着眼方案的可靠性，同时考虑现有机械设备、施工技术、经济上的合理性，工期是否满足要求等方面[6]，通过比较，并经过专家评估，决定采用方案3（套拱+管棚+注浆锚管）作为高台子隧道穿越碎石坡积体进洞施工方案。
4. 主要施工工艺及技术措施
4.1进洞施工工艺（见图5）
4.2套拱施作
C30混凝土套拱由原设计长度2m调整为6m（或9m），厚度60cm，设置里程为KK10+758～K10+752。套拱内采用I18工字钢，间距0.6m,内设单层钢筋网片。套拱基础落脚处设置宽1.1m，厚0.5m的混凝土扩大基础。基础下设置放射状小导管，注浆固结并深入碎石层。导向管采用Ф147×5mm钢管，置于套拱钢架外缘上与套拱同时施工，并按1～3°的倾角延伸，导向管由起始里程延伸至洞顶坡脚处，长度为6～9m，以防止碎石层影响管棚钻孔。在套拱钢架、钢筋网、纵向连接筋、导向管安装完成后，采用吊模板或土模支模，灌注混凝土。
4.3管棚施作
管棚施作里程部位：K10+758～K10+719（39m）考虑在碎石坡积体中使用普通钻机“钻孔送入”工艺，存在钻进困难，卡钻、塌孔等问题，钻孔改为全液压履带式钻机“跟管钻进”工艺，导管与钻机同时跟进，避免卡钻、塌孔问题，加快施作进度。
4.3.1.设计参数：
大管棚：Φ108mm，壁厚6mm，管壁按间距20cm，Φ12mm钻泄浆孔，钻孔呈梅花形布置。相邻管棚接头应错开，标准节长度6m/根，错接长度3m/根，采用丝扣套管连接。管棚环向间距40cm。仰角1～3°，设置范围120°。
跟管套管：采用DZ40高频淬火的无缝钢管，壁厚5 mm，反丝套管连接，丝扣长60 mm，每节长度1.5m。
4.3.2. 跟管钻进施工工艺：
1）钻机定位：钻机就位后，调整钻杆的仰角和水平角，将钻头对准预埋套管孔位置，经现场技术人员检查复核后方可开钻，钻孔顺序按照先钻奇数孔，后钻偶数孔，间隔跳孔作业。
2）套管钻进：钻进前应先开气泵，待压缩空气流通正常后，方可钻进，钻进时空气压力控制在0.6～1.0MPa，匀速钻进[7]。在第一节套管钻到位后，停止钻进，锁紧卡钎器，反转钻机，将套管从钻机连接套卸下，移开钻机，继续装入下根套管钻进，以此类推。当钻孔钻进到设计深度后 ，取出中心钻具，套管留在孔内。
3）管棚顶进：在套管钻进完成后，利用钻杆将高压风送入孔底，将套管内浮渣清理干净，然后用钻机旋转方式，将加工制作好的Φ108mm管棚，逐节顶入孔内并通过丝扣套管连接牢固。
4）拔出套管：当管棚按设计长度送入完毕，利用钻机液压拔出装置将之前钻入的套管拔出，以便下次再利用。将Φ108mm管棚留在钻孔内，置于设计弧形线位置，完成管棚钻孔及安装。
5）连接注浆设备：在管棚尾部安装注浆接头，连接注浆管路及注浆泵，配置浆液，开始注浆。管棚注浆采用全孔一次注浆，先注入1:1的水泥浆，注浆初压0.5～1.0Mpa，终压2.0Mpa，要求浆液扩散半径不小于0.5m。
4.4明洞及二衬施作
隧道洞顶坡面较陡，坡顶存在松散岩体，尽早施作明洞，可有效防止落石危及洞口施工人员安全，有利于边、仰坡松散堆积体稳定。在完成套拱施工后不急于进洞开挖，应尽快完成明洞段施工。当初期支护不能控制岩体变形与松弛，或初期支护无法达到稳定时，二次衬砌应紧跟，让二次衬砌与初期支护共同承担岩体变形与松弛带来的压力，确保施工过程安全及结构稳定。
4.5暗洞开挖及支护
在洞口边仰坡锚喷加固、明洞、套拱及管棚施作完成后，方可进行暗洞开挖。按照“短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则，暗洞开挖采取短台阶法开挖。通过缩短台阶长度，缩短仰拱封闭时间，采取非常规作业模式，完成松散围岩段开挖支护、衬砌等施工工序，达到控制变形、降低安全风险的目的。开挖松散体过程中需随时补强，采取超前和经向注浆方法，对松散体注浆加固。
5.0施工注意问题
1）套拱及管棚施工中，应尽可能少扰动碎石边坡，以不引起碎石滑动为原则，洞口附近靠山体边坡严禁擅自开挖清理，以免引起滑动，保持原有边坡的平衡状态。
2）考虑坡积体松散程度，根据以往施工经验，新增套拱与初支之间预留变形量32cm。当实际变形量与预留变形量相差较大时，应及时调整。
3）套拱及管棚施工过程中仍然存在安全风险，施工期间，坚持领导带班制度和安全员值班制度，遇碎石不断掉块或滑动，应迅速撤出工作面施工人员。
4）施工过程中应加强监控量测，并根据量测数据及时分析、反馈、指导施工。当沉降变形速率5mm/d时，累计变形量达到10cm时应发出预警。
5）洞口段施工前应对边仰坡及地表注浆加固，采用Φ42mm，长度4～6m，间距1.0×1.0注浆小导管，铺设φ6mm，间距20×20cm钢筋网， C20喷射混凝土，厚度15cm对坡面防护，防止松散体滑落。
结语
1.套拱延长、跟管钻进、注浆固结等综合施工进洞技术，在套拱保护下进洞，避免开挖坡积体，有效的保持了原有坡体的平衡状态。该项目9月11日开工，12月底套拱及管棚施工结束，实现安全进洞，顺利通过坡积体，较好的解决了施工进洞难的问题。
2. 普通钻机“钻孔送入”工艺与“跟管钻进”工艺，工程费用比例约为1:1.65，跟管钻进费用略高。导管与钻机同时跟进，能有效避免坡积体塌孔问题。管棚施工完毕排列整齐，角度、间距均匀，形成了完整的超前支护体系，对控制沉降、抵抗变形有利，是解决碎石坡积体管棚钻进困难的有效方法。
3. 洞口段松散碎石坡积体覆盖两个洞口范围，再加陡坡危石滚落，施工中安全风险较大，施工过程中需对危石防护、注浆加固等辅助措施进一步完善。基底放射状小导管注浆加固方法简单，对施工有利，但由于加固效果存在不确定因素，注浆过程质量需加强控制。
参考文献：
[1] 韩华轩，马志富，许占良，高速铁路隧洞口工程设计技术研究[J] 石家庄大学学报（自然科学版） [J] 2013年第S2期 13-17
[2] 何小波 坡积体中隧道“零”开挖进洞技术研究 [D] 中国优秀硕士学位论文全文数据库2012.02，工程科技Ⅱ辑.公路与水路运输
[3] 陈智慧 大断面公路隧道洞口段穿越堆积体设计 铁道标准设计 [J] 2014年12期 104-108
[4]宋志荣 公路隧道穿越浅埋偏压大范围松散堆积体进洞施工技术 铁道建筑技术 [J] 2015年02期 38-41+69
[5] 赵福善 半断面法超前周边注浆在煤层采空区治理中的应用 兰州交通大学学报 [J] 2014年2月 63-65
[6] 欧阳天武 跟管钻进大管棚施工技术 科技视界 [J] 2016年06期 137-138
作者简介：
姓名 陈靖楷；性别 男；出生年月 1983.01.01；学历 本科；职称 工程师。
论文作者:陈靖楷
论文发表刊物:《防护工程》2017年第3期
论文发表时间:2017/7/1
标签：洞口论文; 隧道论文; 碎石论文; 进洞论文; 松散论文; 注浆论文; 钻机论文; 《防护工程》2017年第3期论文;