中交第一公路工程局有限公司
摘要：公路隧道施工建设在迅猛发展的同时也正面临着严峻的考验,洞口施工素来是隧道工程施工中的一个重难点,洞口段与其他地段相比有着自身的特点:隧道洞口段围岩一般风化较重,节理、断层、破碎带多且经常存在严重的浅埋偏压现象。随着我国高速公路、铁路等交通运输业的不断发展，其修建的范围也随之扩大，同时在修建过程中会遇到不同的地形和地质条件，其中复杂地形地质条件下的隧道进洞施工具有很强的技术性。通过对香山隧道进洞施工情况的总结和研究，本文将详细阐明在复杂地形地质条件下隧道进洞的施工技术和方案，提出控制开挖洞口时边仰坡稳定、选择合理施工方案及辅助工法,保证安全进洞,是洞口施工的关键。
关键词：复杂地形地质；隧道进洞；施工技术
前言
在高速公路设计选线时，需要考虑众多因素，因此洞口地质条件往往不是隧道选线的主要影响因素，这也就导致隧道洞口工程条件复杂的多样化，高边坡、大偏压、浅埋、坡积土等不利地质因素在隧道洞口施工中较为常见，因此，如何保证隧道顺利安全的进洞便成为隧道工程研究的重点之一。
一、工程概况
1.1 工程简介
香山隧道为一座高速公路小净距短隧道，麻城端为分离式，竹溪端为超小净距（测设线间距12.86m，中夹岩柱厚度仅8.7m)；隧道左右幅错幅36m，且竹溪端洞口位于斜坡同一侧，浅埋偏压段落较长。
隧址：香山进出口均位于保康县黄堡镇黄堡村五组，走向约251°，呈南西西向展布。左幅里程桩号：ZK84+860～ZK85+291，全长431m，最大埋深约54m；右幅里程桩号：YK84+884～YK85+280，全长396m，最大埋深约47.1m；
隧道平面：香山隧道右线进口（YK84+884）～出口（YK85+280）段位于圆曲线上，R=1100m；左线进口（ZK84+860）～出口（ZK85+291）段位于圆曲线上，R=1150m。
隧道纵断面：香山隧道右线进口（YK84+884）～出口（YK85+280）为-2.8446%的下坡；左线进口（ZK84+860）～出口（ZK85+291）为-2.800%的下坡。
1.2 自然条件
1.2.1地形地貌
隧址区属构造剥蚀溶蚀低中山区，地形起伏较大，植被较发育。隧道轴线经过地段地面高程约412.2m～561.7m，相对切割深度约90～120m。隧道进口斜坡较陡，约为40～50°，出口处较缓，约为20～30°。附近有省道305通过，交通较为便利。
1.2.2工程地质
隧址区区域上位于新华夏系第三隆起带与淮阳山字型西翼反射弧东段的复合部位，淮阳山字型西翼反射弧北西向至近东西向的褶皱带、断裂带斜贯全区，北部为青峰断裂带，南为荆当盆地，西为牛头山倒转复式向斜，东部为南漳断凹。新华夏系的北北东向构造带、北北西向构造的断裂和槽地带复合于山字型构造带之上，构造较为复杂。
1.3 工程特点
1.3.1地质条件差
香山隧道清表、便道开挖及边仰坡开挖揭露的地质情况较原设计差：实际覆盖层更厚，且为全强风化页岩地层，补充钻孔BCZK01、BCZK02、BCZK03共三个钻孔揭露钻孔30m深位置仍为强风化页岩：灰色，泥质结构，页理构造，裂隙较发育，岩芯破碎，多呈碎屑，采取率为80%～85%。隧道地质条件复杂多变，不良地质种类繁多，不稳定斜坡和滑坡体、岩堆、崩塌等地质灾害广泛分布于主线区域内。
1.3.2进洞难度大
香山隧道进、出口地质条件均较差，进口端不利于修建施工场地且易受河道洪水影响，综合考虑后，从出口端开始掘进。香山隧道出口端为小净距，左右幅中夹厚度为8.76m且偏压严重，在左幅出口ZK85+260～ZK85+270段落内存在一较大天然垭口，雨季汇水量较大，加上地质条件较原设计情况差，在进行出口端边仰坡开挖时，出现边挖边垮的现象，加上施工时下处于雨季，边仰坡出现大面积滑塌，山顶地表出现开裂，给进洞施工带来了极大的难度。
二、影响公路隧道洞口施工的原因
公路隧道洞口的方位通常受到地理条件的限制，隧道洞口边、仰坡处于工程地质条件较差的地段，常伴有高边坡、大偏压、埋深浅等不利因素，导致其在开挖后自稳能力较差，同时又受到隧道施工的影响，坡体易发生滑移破坏，对施工人员安全造成威胁并影响隧道工程的进程。
三、隧道进洞施工技术的难点
（1）隧道洞口段均处于山体表层，一般而言山体中的岩石越靠近表层风华越高，甚至很多以坡积土形式存在、这导致洞口段岩土强度低，力学性能差，开挖后自稳能力差，在受施工扰动改变其原有应力场后，易发生滑移破坏。
（2）隧道洞口段仰坡覆盖层厚度较薄，加之表层岩土体风化严重，在隧道开挖难以形成受力拱，因此常发生破坏，造成隧道衬砌开裂、甚至塌方。
（3）隧道洞口段施工相比洞身段而言受气候环境影响较大，雨水下渗和温度变化均可能对岩土体力学性能产生不利影响，导致工程地质条件更加恶劣。
（4）隧道轴线常常与山体斜交，这时就会形成洞口段偏压，斜交角度越大，偏压越严重，而偏压会对隧道支护结构稳定性造成极不利的影响，常常导致衬砌开裂破坏。
四、复杂地形地质条件下隧道进洞的施工方案
洞口以少开挖或不开挖为原则，严禁大挖大填。严格遵循“早进洞，晚出洞”的原则。
施工顺序：测量放样→截水沟施工→边仰坡开挖及防护→洞口管棚施工。
4.1测量放线
依据调整后的香山隧道出口端设计方案、地勘资料及便道开挖揭露的围岩情况，经过反复研究，最终确定剥离覆盖层的开挖坡比及开口线位置。
根据补勘地质资料及上山便道揭露的岩层情况，确定边坡坡比为1:0.75，边坡共7级半，每级高度为8m，基本能开挖至基岩。
测量人员根据确定的坡比及地表测量数据，准确定位出开口线位置，然后根据开口线位置及山顶地表情况，定位出顶截水沟位置，为截水沟开挖及边仰坡开挖作准备。
4.2截水沟
4.2.1开挖
根据定位好的截水沟位置进行截水沟开挖，截水沟纵坡必须保证水沟内不窝水。截水沟采用人工配合小型机具开挖，并按设计尺寸进行修凿。
4.2.2砌筑
砌筑之前，先对沟底和沟壁进行夯实整平，确保沟壁边坡稳定、沟底平整排水畅通，无阻水现象。截水沟砌筑采用M7.5浆砌片石，砌筑时要求砂浆饱满，勾缝密实，每隔50m设置一道伸缩缝，砌筑后进行洒水养生，防止开裂。
4.2.3施工要求
洞顶截排水沟在边仰坡开口线5m以外施做，根据实际情况确定具体位置，原则是能最大程度截断山顶地表水冲涮边仰坡、线形顺畅、具有足够的过水能力并与路基排水沟自然衔接。
4.3边仰坡开挖及防护
根据定位好的边仰坡开口线，从上而下分层进行边边仰开挖及防护。香山隧道边仰坡最高处为60m，边仰坡分台阶进行开挖防护，每台阶高度为8m，因此最高处为7级半台阶。
边仰坡开挖采用人工配合挖机分台阶从上至下进行，挖机开挖时预留10～15㎝用于人工修涮出平整坡面。为保证坡面稳定，每开挖2米左右高度进行一次坡面防护。边仰坡防护采用φ42×3.5mm导管注浆，长度为6.m，间距为0.5m×0.5m，水平打设、梅花型布置，挂φ6钢筋网，间距为20cm×20cm；C20喷射混凝土厚10cm。涮仰坡时留下套拱下面的土体。
4.4洞口段地表加固
由于隧道洞口可能处于软弱围岩浅埋地段等因素，造成地表下沉、拱顶下沉等不良后果，所以在施工前要进行隧道洞口地表的加固工作。隧道洞口地表加固可采用钢花管采用φ42×3.5mm热轧无缝钢管制作而成。钢管每周钻2个φ6mm压浆孔，纵向间距为15cm，梅花型布置，尾部1m范围不钻孔，为预留止浆段，头部做成10cm长锥形尖头。注浆作业在喷射砼施工完毕后进行，喷射砼施工时注意不要将钢花管尾部堵塞。拌制水灰比为1：1的425#水泥浆液。均能取得良好的加固效果。
4.4.1高边坡监测
由于隧道左洞出口边坡较高，山体风化严重，虽进行了坡面防护，但仍不能确定边坡是否已稳定，因此对高边坡进行监测是有必要的。
布设监测点
每级边坡防护完成后，在台阶上每隔30m布设一个监测点。监测点采用Φ22钢筋上贴反光标做成，钢筋打入喷射砼面以下50cm，外露长度为保证在边坡底适当位置观测到即可。同时在适当位置埋设3个不动点（1个作为备用），测定此3点坐标平面。
监测
观测仪器采用全站仪，能满足精度要求。每天对各监测点的高程和平面坐标进行测量记录。
数据分析
采集到数据后，对数据进行对比分析，发现位移大于2mm/天时应立即将监测结果上报项目部并对位移变化较大点进行复测。
4.5套拱施工
斜交套拱采用C25钢筋砼。
用全站仪放样出套拱内轮廓线，按设计要求进行环向、纵向及箍筋绑扎，并用全站仪复核钢筋位置，符合要求后进行导向管安装及定位。导向管仰角设计为1°～3°，考虑到右洞管棚长达30m，且前方围岩松散破碎，为防止钻孔时钻杆下沉导致后续管棚下沉侵入初支，仰角选定为3°。经检查符合要求后，进行封模，准备浇筑混凝土。模板采用木模板，由于木模板刚度较小，因此必须加固后方可进行混凝土浇筑，若浇筑时出现胀模，将导致明洞和初期支护厚度不够。为避免出现上述问题，可在模板下方加支撑，支撑落脚于核心土上。进行混凝土浇筑前，先将导向管两端封闭，防止混凝土进入导向管堵塞导向管。浇筑混凝土时，应振捣密实，保证套拱强度。拆模后须进行洒水养生。
4.6洞口管棚施工
套拱达到设计强度后进行长管棚施工。
4.6.1钻孔
钻孔机械采用潜孔钻，定位后进行钻孔作业。钻杆第节长3m，根据安装的钻杆数确定钻孔深度，达到设计深度后进行退钻头清孔。为防止钻好的孔出现塌孔现象，钻孔宜间隔进行并每钻完一孔便顶进钢花管。
4.6.2送管
超前长管棚采用φ108mm热轧无缝钢管加工成的钢花管，壁厚6mm，管壁四周钻φ12mm压浆孔，尾部2.5m长范围内不设压浆孔，管头加工成10cm长锥尖。第一节钢管安装时采用3米长度钢花管，以后安装均采用6米长钢花管。送管长度要求不小于设计长度。
4.6.3注浆
注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，而后再做压水试验，以冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液充塞的密实性，核实岩石的渗透性，浆液扩散半径不小于0.5m；
浆液配制：水泥浆采用强制式搅拌机拌和。注浆参数水泥与水玻璃体积比为1：0.5，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度为35Be，模数为2.4，注浆配合比由试验室现场试验、监控。
配制浆液时，要注意加料顺序和速度，防止浆液结块。浆液应随配随用，用多少配多少，以免造成浪费。配制好的浆液，需经过滤后方可进入泵体，以防杂物堵塞管路或泵体。
注浆施工：清孔后，按由下至上的顺序施工，浆液先稀后浓、注浆量先大后小的程序注浆，如遇串或跑浆则隔孔灌压。
注浆压力控制：注浆压力按分级升压法控制，由注浆泵油压控制调节。为防止由于压注速度过大，造成上压过快返浆、漏浆待异常现象，影响注浆质量。注浆初压0.5～1.0Mpa。
结束标准：采用终压和注浆量双控制。一般以单管设计注浆量为标准，当注浆压力达到设计终压（2MPa），持续15分钟方可结束。
达到结束标准后，停止注浆，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并用清水清洗干净。以保证下次注浆顺利进行。并用M30砂浆紧密填充。
注浆异常现象处理：
发生串浆现象，即液浆从其它孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；
注水泥浆压力突然升高时，即可能发生了堵管时，立即停机检查。水泥浆液进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间；
4.7中夹岩加固
小净距隧道（隧道测设线距离8.5-18m范围内）Ⅴ级围岩地段采用中夹岩注浆加固，中夹岩辅助施工分为成洞面正面注浆和暗洞斜前方注浆，洞口成洞面临时防护完成后，先正面对中夹岩柱超前导管注浆；当注浆达到设计强度70%以上进行正洞开挖，正洞向前掘进3m后改为斜前方45°注浆导管注浆。成洞面正面注浆钢管间距100×100cm，梅花型布置。超小净距暗洞段斜前注浆钢管纵向间距为120cm，普通小净距暗洞段斜前注浆钢管纵向间距150cm，环向间距100cm，平插角均为45°，每施作一环，搭接至少1.0m。施工时左、右侧暗洞导管在空间上应错开布置。钢管采用外径50mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长为5m，前端加工成尖锥状，尾部焊φ8加劲箍，管壁四周按15cm间距梅花形钻设φ8mm压浆孔。
施工采用风动凿岩机钻孔，注浆泵注浆。富水段采用双浆液，贫水段采用单浆液，其配合比根据试验确定。
注浆参数如下：
水泥浆水灰比为：1：1；
水玻璃浓度：35Be，模数：2.4；
注浆压力0.5～1.0Mpa，注浆前孔口处需设置能承受规定的最大注浆压力和水压的止浆塞。
注浆施工前，进行注浆试验，以调整注浆参数。
4.8进洞开挖
香山隧道从出口端独头掘进，由于围岩条件较原设计差，洞口段一定范围内衬砌类型由SCX5+调整为SCX5++，右洞为先行洞。
右洞洞口Ⅴ级围岩浅埋段采用留核心土环形开挖法开挖，左洞洞口Ⅴ级围岩浅埋段采用单侧壁导坑法开挖，左、右洞施工距离错开50米，每循环进尺控制在0.5米。洞内侧壁导坑临时支护采用喷射C20砼，厚20cm，挂φ6钢筋网、I16型钢支撑，其纵向间距同主洞钢支撑 。钢筋网间距为20×20cm，Φ22砂浆锚杆长度L=2.5m，间距1.2×0.5m（环×纵）。
SCX5++支护参数：
（1）φ42×3.5mm径向注浆钢花管，L=5.5m，环向间距50cm，纵向间距50cm，全断面打设；
（2）双层φ8钢筋网，间距为15cm×15cm；
（3）初期支护为26cm厚C25喷射砼，初支内钢拱架I20b型，榀间距为50cm（包括仰初支）；
（4）C25防水钢筋混凝土，厚度50cm（包括仰拱，仰采用普通C25混凝土）。
4.9施工顺序
（1)开挖右洞上半断面，采用弧形导坑法，导洞超前5-10m，超前支护应先期施作。
（2)施作右洞拱部初期支护；
（3)交错开挖右洞下半断面的两侧；
（4)施作右洞两侧边墙初期支护；
（5)开挖右洞核心土及仰拱；
（6)施作右洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填；
（7)开挖左洞内侧上导坑，如果需要爆破应采用预裂爆破，超前支护应先期施作；
（8)施作左洞上导坑初期支护与侧导坑初期支护；
（9)开挖左洞内侧下导坑，如果需要爆破应采用预裂爆破，超前支护应先期施作；
（10)施工左洞内侧下导坑与侧导坑初期支护；
（11)开挖左洞外侧上导坑；
（12)施工左洞外侧上导坑初期支护；
（13)开挖左洞外侧下导坑；
（14)施作左洞外侧下导坑初期支护；
（15)施作左洞仰拱二次衬砌、仰拱回填；
（16)施作左洞拱墙部二次衬砌，要求一次性浇筑完成。
*
五、施工要点
5.1隧道进洞的钻爆施工
进行洞口开挖，首先要对洞口进行钻爆施工。对于洞口的钻爆必须要经过专业精心的设计，测量放样布眼并采用钻孔台车或风动凿岩机进行钻眼。施工时要根据施工地段具体情况，控制好炮眼的深度、角度以及密度，从而保证良好的爆破质量。
5.2隧道洞口弃渣装运
在完成隧道进洞的钻爆施工后，要及时将弃渣运出洞口。弃渣通常采用隧道专用挖掘装载机运出，从而进行隧道进洞的下一步施工。
5.3隧道进洞的支护
隧道进洞的初期支护由隧道施工中的“新奥法”而来，根据围岩的自身承载能力，设置相应的支护。首先，隧道进洞的初期维护，通常采用喷射混凝土的方法，但由于隧道施工处于复杂的地形地质条件下，所以建议采用湿喷罚喷射混凝土;其次进行锚杆施工，以作为基坑支护用;最后是钢架和钢筋网的制作，以确保隧道进洞钻爆施工后，洞顶及四周围岩的稳定，为隧道的深层施工起到了重要的保障作用。如此施工过后，复杂地形地质条件下的隧道进洞施工就得以完成了，为后序的隧道施工奠定了坚实的基础。
六、结论
综上文所述，复杂地形地质条件下隧道进洞施工前，应根据掀起的设计做好相应的准备工作，以确保隧道进洞施工的安全性，并且积极做好洞口仰坡的清除与支护工作。由于复杂地形地质条件带来的诸多不便，都会对隧道进洞的施工安全和施工质量造成严重的影响，因此我们有必要不断的分析探究出更好的隧道进洞施工方案。通过不断的实践证明，在复杂地形地质条件下进行隧道进洞施工，都应根据施工地段的具体情况，经过全面有效的分析和总结，制定出相应的隧道进洞施工方案，从而确保隧道施工的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]范廉明.浅谈隧道进洞施工方案.山西建筑文献.2007.06.
[2]王广德.复杂条件下围岩分类研究.成都理工大学.2006年
[3]隧道施工组织设计.2014.12
[4]JTGF60-2009，隧道施工技术规范[S]
论文作者:李强,赵利强
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/5
标签：隧道论文; 洞口论文; 注浆论文; 导坑论文; 进洞论文; 浆液论文; 香山论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;