中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司 四川 成都 610500
内容提要：随着我国交通事业的不断发展 ,公路隧道工程越来越多 ,公路设计等级和高等级公路对线型的要求都在不断提高。公路隧道的特点 ,设计断面大 ,服务年限长 ,地质地形变化大 ,施工工艺复杂 ,对工程质量要求高。特别是隧道进口和出口地段 ,施工难度大、安全隐患多 ,若施工方法得当 ,隧道开挖很快就会进入正规循环轨道。本文针对陕西宝汉高速公路坪坎至汉中（石门）段PH-2标隧道工程中的斜交偏压隧道的进洞方案施工应用作以总结。
关键词：大跨度；斜交偏压；半明半暗；施工工艺
1.工程概况
1.1工程概述
陕西宝汉高速公路坪坎至汉中（石门）段PH-2标隧道工程为3座，隧道全长2843延米，其中四、五级围岩1733延米，占隧道总长的61%，其中770米坪坎隧道，已顺利贯通。坪坎隧道位于坪坎隧道位于坪坎镇西北方向300m。隧道按左、右线分离式设计。左线隧道进口桩号ZK118+610，出口桩号ZK118+900，长380m，属短隧道；右线隧道进口桩号YK118+550，出口桩号YK118+940，长390m，属短隧道；设计为双向六车道，隧道进出口洞口轴线与地形等高线斜交，均为半明半暗偏压结构。
1.2地质条件
坪坎隧道左右线进出口地层围岩以强分化板岩为主，灰色，隐晶结构，块状构造，裂隙很发育，岩体破碎，岩芯呈块状，围岩稳定性差，初期支护不及时已产生坍塌，施工有滴水及线流现象。
图一 坪坎隧道进口地形、地貌
左右线进口端位于山体斜坡中下部，表层覆盖3m左右的粉质粘土，其下为碎石，碎石层之下为强风化板岩，该边坡目前处于稳定状态。线路走向与岩层产状大角度相交、节理、及坡向小角度相交。须考虑隧道施工引起工程性坍塌、边坡失稳等，应加强防护。
图二 坪坎隧道出口地形、地貌
隧道出口端位于山体斜坡上，植被发育，隧道出口右侧发育一滑坡H4，该滑坡目前处于稳定状态，对该隧道稳定性无影响。出口端表层覆盖8m左右的粉质粘土，目前稳定性较好，其下为强风化板岩，洞口开挖后注意表层的粉质粘土形成的土质边坡，土质边坡在遇水情况下稳定性急降，易发生边坡失稳，需预先采取有效措施防止。
2.隧道进洞方案确定
2.1隧道进洞重难点分析
隧道洞口施工一直是隧道施工的难点，隧道进出口围岩破碎、偏压较大、洞身穿越段地质结构复杂,高地应力、软弱带、断层破碎带较多的区域。
我们根据实际工程中的地形、地质条件不同,所采用的超前支护措施、洞内开挖方法、支护衬砌方案及参数的统计与分析,得出了在不同地形、地质条件下,隧道洞口“零开挖”的最佳进洞施工方法,使隧道施工能最大限度地附合自然、最小地改变自然。
2.2对本工程重点、难点的对策
(1)隧道洞口采用半明半暗的结构形式，既先少量清方，修建现浇混凝土套拱，套拱与岩体通过长锚杆连接。然后采用暗挖进洞方式，洞口段通过超前大管棚措施,洞内缩短开挖进尺、减少对围岩的扰动,洞内加强支护、及时封闭等综合措施来实现进洞安全。
(2)按照洞口地形条件的不同,可将隧道进洞方法分为以下四类,正交进洞法、斜交进洞法、侧向进洞法及单向进洞法，斜交进洞在坪坎隧道中采用的主要方法是“半护拱法”。
3.隧道进洞方案
3.1隧道设计参数
坪坎隧道按照“零开挖”的设计理念，组织专家进行隧道进洞方案的评审，确定半明半暗提前进洞。本文仅以偏压最严重的左线坪坎隧道进口进行施工描述，将坪坎隧道进口左线明暗交界里程桩号由原设计的ZK118+615优化为ZK118+609，按设计在洞门墙外侧县道右侧边坡做挡墙防护，洞口仰坡、永久边坡临时防护采用锚喷，Φ22砂浆锚杆间距1.2m×1.2m,长3.5m, Φ8钢筋网间距20cm×20cm,喷C20混凝土8cm；永久防护采用锚杆框架梁防护，具体形式同洞口外路基锚杆框架防护；
洞门端墙与拱圈用两排环向间距40cm，长80cm的φ22钢筋相连，洞顶采用回填碎石土分层夯实反压。
3.2隧道设计参数的进一步优化
坪坎隧道左线进口开挖至洞口ZK118+609，从开挖过程和开挖断面揭示的地质情况来看，洞口边仰坡及洞口ZK118+609～ZK118+649段围岩以强风化板岩为主、块状结构，岩体破碎，裂隙发育，围岩呈松散的堆积结构，自稳性极差，且洞口严重偏压。进现场考察，进一步优化方案如下：
1、沿核坪路靠山侧修建挡墙，挡墙与隧道耳墙连为一体，挡墙尺寸、长度根据实际地形测量断面及隧道偏压浅埋侧埋深确定。
2、隧道明暗交界里程不变，边、仰坡支护参数维持原设计。
3、将原设计的隧道拱顶108°范围45根40m长Φ108大管棚优化为隧道拱顶120°范围设置，环向间距40cm，管棚长度在施工中动态控制。
4、为固结松散岩体，隧道暗洞ZK118+613～ZK118+643段的Φ22早强砂浆系统锚杆调整为等数量的5m长Φ50×5mm径向注浆小导管。
5、洞门端墙优化加强由原设计的1.5m厚调整为2.5m，由1台阶优化为2台阶，降低边坡高度。
6、洞顶采用回填碎石土分层夯实反压调整为M7.5浆砌片石反压回填。
4.隧道进洞具体施工措施
4.1施工工序
截水沟施作→边、仰坡开挖及临时支护→套拱施作→长管棚超前支护→CRD工法暗洞开挖支护→偏压挡墙施作→偏压耳墙施作→端墙施作→M7.5浆砌片石反压回填→CRD工法开挖支护偏压较大一侧→初支封闭成环→施作仰拱、二衬→边、仰坡永久防护施作
4.2施工措施
4.2.1进洞方式
隧道进洞主要以降低边坡高度，减少开挖量，改善洞口视觉效果为原则。
明洞开挖施工完成及其顶部边仰坡刷坡及防护完成后，在明洞与暗洞交界处的明洞衬砌顶部施作的管棚套拱，套拱与岩体通过长锚杆连接。管棚套拱采用组合钢模进行浇筑，并预留好管棚孔，并不得使之堵塞，管棚套拱砼达到一定强度时按要求施作长管棚并注浆。在超前长管棚防护下，采用单侧壁导坑开挖，在进洞进洞后及时施作仰拱和二次衬砌，以利洞口软弱围岩的稳定。
4.2.2超前支护
4.2.2.1长管棚超前支护
隧道暗洞ZK118+603～ZK118+643段拱顶120°范围设置一排40m长φ108大管棚超前支护，环向间距40cm，暗洞径向设置5m长Φ50×5mm注浆小导管。
超前注浆一般情况下采用水泥浆，水泥浆水灰比1:1，注浆孔口压力初压0.5MPa～1.0Mpa，终压1.5MPa～2.5Mpa。
(1)管棚采用水平地质钻机钻孔，每钻完一孔便顶进一根节钢管，钢管接头采用丝扣连接，接头在同一横断面内不超过50%，相邻钢管的接头至少需错开1.5m。
(2)注浆采用注浆机，当每孔注浆终压达到1.5MPa～2.5Mpa，达到压力时持续15分钟且注浆量达到设计量的95%以上时，可结束注浆。
4.2.2.2超前小导管
（1）材料:钢管采用外径50mm、厚5mm的热轧无缝钢管，管节长度5m，管口段0.5m范围内钢管不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径10mm，呈梅花形布置。
（2）间距：钢管环向间距为40cm，相邻2排（3排）的搭接长度不小于100cm。
（3）外插角：12°，用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
（4）注浆技术要求：采用水泥浆液时，水灰比可采用1:1。
首先沿隧道外轮廓线用凿岩机向外钻孔，然后顶入导管，顶入长度不小于管长的90%，安设止浆塞，用注浆泵压入水泥砂浆，注浆压力不小于0.5MPa～1.0Mpa，砂浆达到设计强度的70%后方可开挖预支护下的围岩，每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架，初期支护完成后，再打另一排钢管。
图三 超前支护施工图
4.2.3隧道开挖方法
隧道V级围岩及洞口段采用CRD工法施工，每步开挖后,及时施做初期支护和临时支护,严格控制每循环的进尺长度0.5m,,每步台阶长度不宜过长,以3～5m为宜,以便尽早封闭断面。
靠近山体偏压侧施工时，严格按照人工配合机械开挖，开挖一榀，支护一榀，封闭成环后再进行下一循环施工。
4.2.4隧道初期支护施工措施
4.2.4.1径向注浆小导管
首先用凿岩机在钢架径向位置钻孔，然后顶入导管，顶入长度不小于管长的90%，安设止浆塞，用注浆泵压入水泥浆，注浆压力不小于0.5MPa～1.0Mpa，采用水泥浆液时，水灰比可采用1:1。整个过程连续不停顿，一次完成，观察到浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值，并保证压力持续15min即可停泵。
4.2.4.2喷射砼
逐层进行喷射，第一、二层喷射砼厚度不小于5cm，初喷后及早封闭围岩，挂设钢筋网，以后逐层喷射至设计厚度。喷射采用湿喷机，喷射料由洞外的砼拌和站拌合。
喷射砼分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。施喷时喷头与受喷面基本垂直，距离保持0.6～1.2m。设钢支撑时，钢支撑与岩面之间的间隙用喷射砼充填密实，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架被喷射砼所覆盖，保护层不小于4cm。如有大凹坑，先找平，喷射时注意控制回弹率，喷射回弹物不得重新用作喷射砼材料。
4.2.4.3挂钢筋网
钢筋网采用洞外加工成方格网片，纵横钢筋相交处点焊或用铁丝绑扎成一体。挂设时与钢支撑或锚杆焊接固定在一起，且随岩面起伏铺设，安设本榀型钢时要预留1-2个网格作为下一循环钢筋网片的搭接。
4.2.4.4型钢（钢筋）钢架
钢架在洞外加工厂加工成型，挂设钢筋网之后安装。为保证钢架置于稳固地基上，施工中在钢架基脚部位预留0.15～0.2m的原地基，架立钢架时挖槽就位，需要时可在钢架基脚处设刚性垫板，以增加其承载力。钢架按设计位置垂直隧道中线安设，钢架与喷射砼之间出现较大间隙时设置砼垫块，钢架与锚杆焊接在一起，同时利用锚杆定位；钢架安设好后尽快施作喷砼作业，并将其全部覆盖，使钢架与喷砼共同受力。
4.2.5通过回填反压消弱偏压
4.2.5.1偏压挡墙
偏压挡墙施工前进行基础开挖，要求地基承载力不得小于300KPa，如不满足，则需进行地基处理；偏压挡墙沿山体修筑，采用C25片石混凝土；采用大块钢模板，汽车泵泵送混凝土，φ50插入式振捣棒振捣，并在片石混凝土挡墙每10m设置一道沉降缝，上下贯通。
4.2.5.2偏压耳墙
偏压挡墙施工完成后，进行偏压耳墙的施作，根据开挖后的实际地质及地形情况确定耳墙施工长度，偏压耳墙采用C25钢筋防水砼，采用大块钢模板，汽车泵泵送混凝土，φ50插入式振捣棒振捣，偏压衬砌耳墙与套拱衬砌连接腋角处预留20%横坡的φ50泄水孔，以排出明洞顶积水。
4.2.5.3洞门端墙
经设计优化后的端墙厚度为2.5m，优化为两台阶式端墙，可降低边、仰坡高度，保证边坡的稳定，端墙采用C30 钢筋混凝土，模板采用大块平模，由于模型高度高，在外面加固施加支撑反力不容易，浇筑混凝土前，在设计泄水孔位置设置长锚杆，作为加固着力点，将模板外露面通长加固背木拉紧达到加固模型的效果，以保持模板的稳定；混凝土在拌合站集中生产，混凝土罐车运输至施工地，采用泵送入模，φ50插入式振捣棒振捣，混凝土采用洞门两侧对称浇筑（台阶式洞门每次按台阶厚度分层，放慢灌注速度）。待洞门混凝土浇筑后，及时关模，现浇帽石。
4.2.5.4明洞回填
明洞砼强度达到设计强度后，方可进行明洞回填，坪坎隧道左线进口采用浆砌片石回填，以堆载反压消弱偏压。
在进行明洞回填前，应按照设计要求沿明洞洞身周围挂设一道复合式防水层，明洞段顶部回填浆砌片石时应对称回填，回填完成后浆砌片石顶设置50cm厚粘土隔水层，坡面设置2%横坡利于排水。
5.现场监控量测
本标隧道地质条件较差，必须对施工全过程进行全方位监测，以便对工程结构的稳定性及其周围环境的影响适时评判，及时预测和预防施工中可能出现的不利局面，动态地组织和指导施工。
施工时按时准确进行现场监控量测，在对测量的数据进行整理与回归分析后，绘制出曲线，根据所绘曲线的变化情况与趋势，判定围岩的稳定性，及时预报险情，确定施工时采取的措施，为修正和确定隧道初期支护，二次衬砌施作时间提供重要参考依据。
当隧道喷射混凝土出现大量明显裂缝或隧道支护表面任何部位的实测收敛值已达到允许范围的70%。且收敛速度无明显下降时，及时根据实测值找出回归方程，绘出回归曲线，由回归曲线推算最终的位移值，若最终位移值接近或者超过净宽允许相对位移值时，及时采取补强初期支护措施，并改变施工方法和修正设计支护参数。
5.1量测点布置
(1)量测点的安设须保证初读数在爆破24小时和下一循环爆破前完成，并测取初读数。
(2)测点安设在距开挖面2m范围内，且不大于一个进尺，细心保护，不受下一循环爆破的破坏。
(3)各项位移的测点布置在同一断面内，测点统一在一起，测设结果相互印证，协同分析及应用。
5.2量测的管理与质量控制
5.2.1 量测的管理
隧道现场监控测量成立专门量测小组，制定详细的工作流程。量测组负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈给施工和设计。现场监控测量应该按量测计划认真组织实施，并与其他施工环节紧密配合，不得中断工作。各预埋测点应牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和遭到破坏。
现场监控量测与隧道施工易发生干扰，因此施工单位应与监控量测人员密切配合，相互支持，创造条件，提供方便，按量测计划认真组织实施。施工单位不应以任何理由中断量测，防止因抢工程进度忽视量测工作而危及施工安全。
5.2.2报告提交
由仪表量测的数据记录在专用的表格上，原始记录表格存档，以供需要时查用。监测报告一式5份提交给项目部，由项目部及时送达监理方和设计方。所有数据均输入计算机，用专门程序进行计算处理。
监测组每周出周报，每月出月报,必要时出专门分析简报。监测人员除做好每天的监测工作外，还需认真写好监测日记，内容包括天气、观察情况、监测情况、施工进展情况、仪表工作情况等。
监测技术负责人参加工程现场例会，汇报最近一段时期的监测情况，分析数据变化的趋势。
5.3.3量测的质量控制
一个监控量测计划能否顺利、优质的完成，在很大程度上取决于的管理体系是否健全、制度是否完善及各部门职责是否明确，基于该方面考虑，在本工程进行监控量测时，制订一套完整的量测管理体系，安全、文明量测。
5.4工程安全性评价及应对措施
根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策建议，以此作为设计施工变更最重要的依据，做到信息化设计与施工。根据位移管理等级，将工程安全性评价相应分为三级进行，并采取相应的应对措施，具体位移管理等级及应对措施。
根据监控量测结果所反应的不同情况及其对应的工程管理等级，可采取加强超前预支护、喷混凝土稳定开挖面、调整施工方法、调整初期支护强度和刚度并及时支护、降低爆破振动影响、围岩与支护结构间回填注浆等应对措施，确保施工的顺利进行。
5.5超前地质探测及预报
地质超前预报是做好动态施工的重要环节，施工过程中根据设计图纸和现场具体情况的要求做好地质超前预报工作，并及时反馈预报结果，以便修改支护参数或开挖方式，确保施工安全。
6.结束语
进洞施工是隧道施工的关键一步，进洞施工前要重视进洞方案的编制。针对大跨度、斜交、偏压隧道，施工前，需要全面分析偏压产生的原因，以及严重程度等，同时对各种影响因素进行综合考虑，在确保隧道“零开挖”进洞时的安全，制定具有一定可行性的施工方案。选择的开挖方法要科学、合理，按照“超前支护、弱爆破、短进尺、勤量测、强支护”的原则进行开挖。准备齐全各种施工用材料、设备等，快速、及时地进行初期支护。通过本隧道的成功实践证明，对于斜交、偏压、大跨度隧道，洞口边仰坡开挖高度较高时，采用长管棚、加长护拱、加强偏压衬砌耳墙形成半明洞的进洞方案是可行的，此项宝贵的施工经验将更有力的指导大跨度斜交偏压隧道的施工。
参考文献：
《隧道工程施工要点集》（[M]北京人民交通出版社2003），作者：关宝树。
《长管棚预注浆超前支护技术在浅埋偏压大跨度隧道洞口施工中的应用》（[J].公路2005（1O）），作者：高怀鹏、毛海东。
《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)，作者：人民交通出版社。
论文作者:麻凯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/5
标签：隧道论文; 偏压论文; 围岩论文; 钢架论文; 进洞论文; 洞口论文; 量测论文; 《防护工程》2018年第22期论文;