谷柏森，吳 行，王 偉

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017）

1 工程概況

四川省綿竹至茂縣二級公路某特長隧道進口里程K9+750，隧道全長3 420 m，最大埋深500 m。

隧道進口位于綿遠河左岸崖腳的緩坡帶上，該緩坡帶由崩坡積塊碎石土構成，結構松散已坍塌。洞口圍巖為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，巖層陡傾，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，薄層狀結構，層間結合力較差，呈塊狀及碎裂狀鑲嵌結構，巖體較破碎，圍巖整體性較差。由于場地條件限制，線路軸線走向與斜坡走向呈47°斜交，存在明顯偏壓，掛口施工條件很差，施工難度較大。崖壁右側與隧道中線相交里程為K9+750，與左側開挖線相交里程約為K9+769.5，左右側開挖線在崖壁上前后相差19.81 m，如圖1所示。

2 隧道進洞掛口施工方案設計

2.1 施工方法選擇

由于場地限制，隧道走向與山體小角度斜交，根據(jù)設計K9+750~K9+762.6為明洞，隧道右半斷面采用暗挖，開挖線在基巖上，左半斷面大部分地面線低于拱頂為明挖段，左側明洞底部懸空，采用3根矩形樁上頂托梁作為明洞左側的基礎。同時，由于夏季為汛期，故必須嚴格控制工期，盡快掛口進洞。

圖1 山體與路線軸線斜交示意圖（單位：m）

根據(jù)隧道洞口施工常用的幾種施工方法特點，結合現(xiàn)場實際情況進行類比，確定了2種較為合理、安全的進洞施工方案。

（1）反壓回填正交進洞法。常用于偏壓地段，對于偏壓地段，先施工明洞樁基、托梁、耳墻，后對回填部位進行清表處理，并采用注漿錨桿等對偏壓地段進行一定的加固；然后采用碎石土進行回填，注漿固結；最后采用同暗挖隧道一樣的施工方法進行隧道開挖［1］。

（2）中隔壁法（CD法）。CD法適用于圍巖較差的大跨度隧道中，施工時將大斷面劃分為小斷面，先開挖隧道一側并施作中隔壁，然后再開挖另一側。因斜交地段地層壓力和襯砌受力較為復雜，如一次性斜交進洞斷面跨度大，施工難度較高安全風險大，采用CD法較為合適。

各進洞方式綜合對比如表1所示。

表1 斜交偏壓隧道進洞方式對比

通過對上述2種進洞方式的綜合對比，在該擬建隧道洞口地質(zhì)較差、場地條件有限的情況下，2種施工方法均有很好的適應性，都能滿足工程建設需求，然而當必須考慮工期因素影響時，CD法開挖具有明顯的優(yōu)勢。因此，本隧道進口端掛口施工選擇中隔壁法（CD法）施工。

2.2 施工工藝流程

洞口邊仰坡清理→邊仰坡防護→洞頂截水溝施工→超前支護→測量放線（開挖輪廓線）→左半斷面開挖支護→隧道正常段施工→明洞樁基施工→明洞基底換填→耳墻施工→右半斷面擴挖→明洞初支施工→明洞施工→明洞回填［2］。

2.3 施工方法

（1）施工前期準備工作

在進行左右半斷面開挖前，需做好必要的前期準備，包括邊仰坡的清理及其噴錨網(wǎng)防護、洞頂截水溝施工、洞口超前支護施工以及開挖輪廓線測量放線，以保證斷面開挖順利實施。

（2）斷面開挖及支護設計

① 開挖方案設計

根據(jù)中隔壁法施工特點，將洞口劃分為左、右2個斷面分別施工。掛口進洞時假定山體與路線軸線斜交的斜面為正面，先開挖隧道左半斷面，采用上導坑單側壁法進行開挖。左半斷面順應地形先正交進洞按設計線開挖，右開挖線向前直進開挖，當開挖至標準斷面時按設計斷面施工，此時斷面及鋼拱架為異型斷面，進洞時輔以小導管超前支護，進洞后逐步過渡成標準斷面［3-4］。斷面開挖示意圖如圖2所示，左側壁上導坑套拱、臨時支撐拱架圖如圖3、圖4所示。

圖2 隧道中隔壁開挖法示意圖

圖3 左側壁上導坑套拱、臨時支撐拱架圖(首榀)

圖4 左側壁上導坑套拱、臨時支撐拱架圖(末榀)

② 初期支護設計

初期支護設計包括注漿錨桿、雙層鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土、I20b拱架以及超前小導管，具體參數(shù)見圖5。圖中所示為斜交淺埋進洞地段襯砌斷面設計，適用于異型斷面到標準斷面的過渡段。

如圖6所示，開挖斷面及鋼拱架為異型斷面，鋼架在由斜交斷面向正交斷面過渡過程中，鋼架的形狀不規(guī)則，設計稍復雜，左半斷面是按設計一次性開挖到位的，所以拱架按設計加工，右半斷面是過渡漸變段，拱架加工時按現(xiàn)場實際半徑制作。鋼架與圍巖之間有間隙時，用混凝土墊塊楔緊，并用噴射混凝土封閉空隙，使鋼架能立即并較好地承受荷載［5］。

（3）右半斷面擴挖

右半斷面擴挖采用的是反打出洞的方法，即由內(nèi)向外按75 cm進尺控制開挖，逐榀拆除中隔壁，支護按設計參數(shù)施工。值得注意的是，右半斷面進行反打出洞施工需要具備2個前提條件：一是隧道正常段開挖掘進施工完成50 m以上；二是洞口工程全部完成（明洞樁基施工、明洞基底換填、耳墻施工）。

圖5 斜交淺埋進洞地段襯砌設計圖

圖6 斜交淺埋進洞地段襯砌設計圖（單位：m）

（4）隧道正常段施工

小斷面進洞漸變過渡到設計標準斷面時，施工按正常工序、工藝進行。

3 現(xiàn)場施工要點

（1）本隧道洞口掛口施工由于斜交面寬度太大，故采用Ф42 mm熱扎無縫鋼管短管棚（即小導管）注水泥漿液，進行超前支護代替原設計Ф108 mm長管棚。

（2）洞口采用小斷面向大斷面的過渡方式進洞，主要依靠小導管、鋼架形成的支護體系控制圍巖變形，從而確保進洞安全。

（3）開挖采用光面爆破施工，每一循環(huán)進度控制在75 cm左右，即一榀鋼架間距。由于該隧道洞口拱頂圍巖比較薄弱，若爆破用藥量過大，極易破壞圍巖的整體性，因此施工時必須注意嚴格控制用藥量，增強超前小導管支護措施。施工中必須堅持“管超前、弱爆破、短開挖、強支護、早封閉、勤測量”的原則，確保進洞時的施工安全［6］。

（4）右半斷面反打出洞進行中隔壁拆除前，須確保初支變形趨于穩(wěn)定，每榀拆除，每榀閉合，仰拱及時跟進。拆除過程中加強監(jiān)控量測，如有變形突變現(xiàn)象，立即停止拆除，并進行加固。為加強開挖時初期支護的穩(wěn)定性，要嚴格施作鎖腳。

4 洞口施工數(shù)值分析

本隧道進口施工主要難點在于左邊斷面由斜交向正交的扇形過渡開挖，重點在于保證異形斷面支護體系的支護效果，通過數(shù)值模擬方法分析初支結構受力和圍巖變形特征，結合施工中監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反饋，可初步驗證“CD”法結合反打出洞方法的施工效果。

洞口施工模擬采用了Midas有限元分析軟件，計算采用了彈塑性理想化模型并作如下假定：（1）假定圍巖為連續(xù)介質(zhì)，采用平面四邊形單元模擬，在沿隧道長度方向上斷面大小及內(nèi)力不發(fā)生變化；（2）錨桿采用桁架單元模擬，只傳遞軸向拉力或壓力；（3）初期支護采用梁單元模擬，鋼拱架支承作用和注漿加固作用可采用“等效方法”加以考慮。

在整個洞口開挖過程前期，由于開挖擾動，圍巖初始應力場改變，導致洞內(nèi)周邊位移變化速率較快；后期支護結構發(fā)揮支承作用，周邊位移值趨于穩(wěn)定，最終累計值為9.51 mm，如圖7所示。拱頂沉降最大變化梯度出現(xiàn)在開挖前期，支護結構與圍巖產(chǎn)生變形協(xié)調(diào)節(jié)段，沉降量增加較快；后期整個斷面開挖成型后趨于穩(wěn)定，如圖8所示，拱頂沉降最終累計值為4.53 mm，支護結構可滿足后續(xù)襯砌結構施工。

圖7 洞內(nèi)周邊位移

圖8 拱頂沉降

由數(shù)值模擬分析來看，施工中所擬定支護體系能較好承受圍巖形變壓力，發(fā)揮良好支撐作用，“CD”法結合反打出洞的開挖方式能較大限度地避免圍巖擾動、控制圍巖形變量。

5 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測能較為準確、完整地收集開挖爆破及臨時支護拆除的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過分析掌握圍巖和初期支護位移變化情況, 及時反饋信息，為施工提供科學依據(jù)［7］。該隧道進口段現(xiàn)場監(jiān)測設置了3個監(jiān)測斷面，對應里程分別為K9+774、K9+778、K9+800，監(jiān)測項目及數(shù)據(jù)見表2。

表2 各監(jiān)測點監(jiān)測項目及數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)時態(tài)曲線，監(jiān)控后期15 d左右時間內(nèi)，各監(jiān)控量測點拱頂下沉變形、隧道凈空收斂變形趨于穩(wěn)定，形變速率趨于0，隧道拱頂下沉變形量、周邊位移變形量處于安全可控范圍內(nèi)。洞內(nèi)初期支護完成后，未發(fā)現(xiàn)明顯塌方征兆，初期支護噴射混凝土表面未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫或掉塊現(xiàn)象。

6 結論

文章對綿茂公路某隧道進洞掛口方案的設計和施工全過程進行全面闡述，并結合數(shù)值模擬以及施工監(jiān)控量測進行分析和研究，得出以下結論：

（1）受場地條件限制，隧道軸線與山體小角度斜交時，采用“CD”法進洞與反打出洞技術相結合，能很好地滿足隧道掛口進洞施工的技術要求，既避免了對邊仰坡的大刷大挖，減少了對植被的大范圍破壞，又能保證隧道開挖的安全。

（2）采用“CD”法開挖時，運用了小斷面向大斷面過渡的方式進洞，開挖面及鋼拱架采用了異型斷面設計，逐漸過渡到標準斷面，較常規(guī)設計復雜程度有所增加，但結構總體優(yōu)勢明顯增加，對洞口淺埋偏壓地形具有較高的適應性，可盡早閉合支護結構，提高工程質(zhì)量。

（3）采用“CD”法開挖進洞，可有效縮短建設工期，加快工程進度，該隧道進口段施工總耗時約35 d，建設總工期縮短了近2個月，避免了隧道洞口段在汛期施工的風險。

（4）監(jiān)控量測工作貫穿洞口施工全過程，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)結果綜合分析，該隧道初期支護完成后，圍巖發(fā)生少量位移變化，支護結構有少量收斂變形，但均在可控范圍內(nèi)，并且施工后期均趨于穩(wěn)定，驗證了“CD”法掛口進洞施工方法的科學合理性和可行性，可為其它相似工程提供一定的參考。

［1］ 廖朝華，郭小紅.公路隧道設計手冊［M］.北京：人民交通出版社，2012：383-450.

［2］JTG/T F60—2009公路隧道施工技術細則［S］.

［3］荀其迅.隧道穿越地表松散地段施工技術［J］.鐵道標準設計，2007（11）：81-84.

［4］何偉奇. 新鯉魚溪二號隧道洞口高仰坡滑坡體的防護論證［J］.現(xiàn)代隧道技術，2003，40（2）：13-17.

［5］許青風.黔桂鐵路那馬隧道施工方案淺析［J］.隧道建設，2007，27（1）：65-69.

［6］鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊（隧道）［M］.北京：中國鐵道出版社，1999：82-139.

［7］JTJ042—94公路隧道施工技術規(guī)范［S］.