王 遠(yuǎn) 奇

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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山區(qū)公路隧道單向出洞方式施工技術(shù)

王 遠(yuǎn) 奇

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

簡(jiǎn)述了隧道施工中單向出洞方式的優(yōu)點(diǎn)，并以云南省富龍高速公路平耶隧道為例，從施工動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、輔助措施、開(kāi)挖方式等方面，探討了單向出洞的施工關(guān)鍵技術(shù)，指出該技術(shù)加快了施工進(jìn)度、節(jié)約了投資、提升了洞口形象。

隧道，單向出洞，暗洞，管棚

0 引言

隧道洞口一般穿越山體表層，周?chē)鷰r石往往風(fēng)化極為嚴(yán)重，巖體強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差。洞口處于淺埋地段時(shí)圍巖常破碎松散，難于成拱。同時(shí)，受地形影響洞口段常存在偏壓現(xiàn)象，且地表水的下滲對(duì)洞口圍巖的穩(wěn)定性影響較大。此外，洞口施工極易受地理環(huán)境影響，施工人員和設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)較大。因此隧道洞口往往是施工困難地段，也是整個(gè)隧道工程施工的關(guān)鍵，將直接影響到工程施工工期和施工安全[1，2]。隨著高速公路的發(fā)展，隧道洞口的景觀工程設(shè)計(jì)已經(jīng)提升到了一個(gè)前所未有的高度，土建工程進(jìn)行隧道施工的進(jìn)出洞方案將直接與之相關(guān)，施工方案如果選取不合理，洞口自然坡體的穩(wěn)定性及原生地貌就會(huì)受到破壞，再無(wú)法實(shí)現(xiàn)“無(wú)為更有為”及“不破壞就是最大保護(hù)”的自然之美。相關(guān)規(guī)范和指南要求隧道進(jìn)洞要執(zhí)行“零開(kāi)挖”進(jìn)洞理念，遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”施工原則，盡可能避免對(duì)山體大挖、大刷或擾動(dòng)[3]。但是實(shí)際施工過(guò)程中，因地勘資料不準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)方案無(wú)針對(duì)性，管理者重視程度不足，勞務(wù)隊(duì)野蠻施工等因素影響，致使洞口面目全非，甚至人為引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、發(fā)生安全事故、增加投資、延誤工期等失敗案例不勝枚舉。

相關(guān)指南要求采用單向開(kāi)挖的隧道，出洞前開(kāi)挖不少于30 m或不小于洞口超前管棚長(zhǎng)度，嚴(yán)禁在隧道洞口處貫通[4]。但鑒于部分山區(qū)隧道的洞口設(shè)置在懸崖、陡坡之處，工程施工時(shí)各施工要素很難就位，不具備進(jìn)洞條件。本文以平耶4號(hào)隧道單向出洞方式成功出洞為案例，對(duì)山區(qū)隧道單向出洞施工關(guān)鍵要點(diǎn)及合理性進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 單向出洞方式簡(jiǎn)述

當(dāng)隧道一端洞口處于陡峭、臨崖、偏壓等地質(zhì)條件較差，施工困難時(shí)，選用單向出洞法，即單向掘進(jìn)至距出洞口20 m～30 m處時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)調(diào)整支護(hù)參數(shù)、采取三臺(tái)階七步開(kāi)挖法或三臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法化大斷面為小斷面、延長(zhǎng)超前小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度和嚴(yán)格注漿等施工措施，可以從洞內(nèi)向另一端洞口直接出洞。單向出洞方式主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)節(jié)約投資。

可以節(jié)省新增一個(gè)開(kāi)挖面需增加的風(fēng)、水、電、駐地建設(shè)費(fèi)，以及施工機(jī)械、二襯臺(tái)車(chē)等一整套設(shè)備費(fèi)用。

2)加快施工進(jìn)度。

從邊、仰坡開(kāi)挖防護(hù)，截水溝施作，導(dǎo)向墻與管棚施工，直至具備進(jìn)洞條件，至少可以節(jié)約7 d～10 d時(shí)間。

3)減少人工痕跡。

通過(guò)選擇合理的明暗交界里程，延長(zhǎng)明、暗洞，優(yōu)化洞門(mén)的結(jié)構(gòu)形式，減少邊仰坡的開(kāi)挖量，有效地避免對(duì)洞口的擾動(dòng)與破壞。

2 單向出洞案例

2.1 工程概況

平耶4號(hào)隧道右幅長(zhǎng)457 m，最大埋深81 m，圍巖以中～全風(fēng)化硅質(zhì)巖為主。原設(shè)計(jì)采用套拱加長(zhǎng)管棚進(jìn)洞方法，設(shè)計(jì)有7 m的明洞，端墻式洞門(mén)。

2.2 選用單向出洞法出洞

平耶4號(hào)隧道進(jìn)口端(富寧端)洞口植物以高大喬木為主，植被茂盛，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，一旦大面積破壞，很難恢復(fù)。進(jìn)口端洞口地勢(shì)陡峭，機(jī)械設(shè)備很難就位，施工難度大。洞口又位于本項(xiàng)目唯一的進(jìn)場(chǎng)便道上方，即便能從該端進(jìn)洞，也勢(shì)必對(duì)進(jìn)場(chǎng)便道的運(yùn)輸造成非常大的影響。經(jīng)綜合考慮，從出口端(那坡端)進(jìn)洞后采用單向出洞方法出洞。

2.2.1 施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

從出口端開(kāi)挖掘進(jìn)至YK12+712處時(shí)，埋深約為6 m，掌子面圍巖以中風(fēng)化硅質(zhì)巖為主，松散，整體穩(wěn)定性隨埋深變淺逐漸變差。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控結(jié)果表明，YK12+712～YK12+692段圍巖從中風(fēng)化逐漸往全風(fēng)化過(guò)度，自穩(wěn)能力差，且按照SF5a施工完初期支護(hù)的YK12+712～YK12+720段拱頂沉降位移速度平均約為4 mm/d，累計(jì)沉降量達(dá)11 cm。為了確保安全出洞，避免因拱頂沉降和凈空收斂過(guò)大導(dǎo)致塌方冒頂或初期支護(hù)侵限，及時(shí)施作了YK12+712～YK12+720段的仰拱；YK12+712往小里程方向施工時(shí)，將預(yù)留沉降量由原設(shè)計(jì)的15 cm調(diào)整為20 cm；并加強(qiáng)支護(hù)形式：將原設(shè)計(jì)縱向間距為60 cm的Ⅰ18工字鋼調(diào)整為間距50 cm的Ⅰ20a工字鋼，φ25中空注漿錨桿間距相應(yīng)由原設(shè)計(jì)的100 cm×60 cm(環(huán)×縱)調(diào)整為100 cm×50 cm(環(huán)×縱)，防水鋼筋混凝土二次襯砌厚度由原設(shè)計(jì)的50 cm調(diào)整為60 cm，確保后沉降和凈空收斂速率得到了有效控制。

2.2.2 輔助措施用超前小導(dǎo)管代替管棚

考慮到從洞內(nèi)往洞外施工管棚，管棚機(jī)工作空間有限，管棚的角度很難掌控，施作的管棚很難達(dá)到預(yù)期的效果，因此從出口端開(kāi)挖掘進(jìn)至YK12+712處時(shí)，將輔助施工措施由原設(shè)計(jì)的管棚調(diào)整為超前小導(dǎo)管，即采用每環(huán)45根3 m長(zhǎng)(環(huán)向間距30 cm)的φ42×4 mm超前小導(dǎo)管作為輔助施工措施，每2榀施作一環(huán)，搭接長(zhǎng)度為2 m，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)注漿要求進(jìn)行注漿。

2.2.3 開(kāi)挖方法采用三臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法

為了確保施工安全，開(kāi)挖至YK12+712處時(shí)，將開(kāi)挖方法由上下臺(tái)階開(kāi)挖調(diào)整為三臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，每循環(huán)開(kāi)挖榀數(shù)不得超過(guò)2榀，并及時(shí)將初期支護(hù)閉合成環(huán)。施工至距出洞口小于10 m時(shí)，拱部開(kāi)挖盡量用人工或挖掘機(jī)開(kāi)挖，避免放炮或進(jìn)尺過(guò)大致使塌方冒頂和洞外的浮石滾至進(jìn)場(chǎng)便道造成安全事故。

2.2.4 延長(zhǎng)明、暗洞

在邊仰坡高速不大于3 m～5 m處出洞時(shí)，可以減少邊仰坡的開(kāi)挖及防護(hù)數(shù)量，以防破壞洞口的穩(wěn)定性和原生植被[5,6]。平耶4號(hào)原設(shè)計(jì)的明暗交界里程為YK12+692,但經(jīng)實(shí)測(cè)地面線，YK12+692處的埋深為4.92 m，YK12+684.5處的埋深為3.2 m，因此選取YK12+684.5處作為明暗交界位置，并將YK12+692～YK12+682.5段由原設(shè)計(jì)明洞調(diào)整為暗洞施工。原設(shè)計(jì)岜洪4號(hào)大橋與平耶4隧道之間有1.46 m的路基，具有延長(zhǎng)明洞的條件，因此延長(zhǎng)明洞至YK12+682.5處。經(jīng)延長(zhǎng)明、暗洞后，洞口幾乎無(wú)邊仰坡開(kāi)挖量，施工過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)洞口植被的保護(hù)，真正做到“不破壞就是最大的保護(hù)”。

2.2.5 端墻式洞門(mén)調(diào)整為明洞式洞門(mén)

平耶4號(hào)隧道右幅原設(shè)計(jì)的洞門(mén)為偏壓墻加端墻式洞門(mén)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況延長(zhǎng)了明、暗洞后，洞口邊仰坡，洞口的植被得到了最大程度的保護(hù)。為了較少人工痕跡，與周?chē)匀痪坝^相協(xié)調(diào)，將洞門(mén)結(jié)構(gòu)形式調(diào)整為簡(jiǎn)潔輕巧的直切式洞門(mén)[7]。

2014年8月16日，平耶4號(hào)隧道右幅采用單向出洞方式順利貫通，貫通誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，洞口的邊仰坡及植被得到了最大程度的保護(hù)。平耶4號(hào)隧道右幅順利單向出洞，為其余平耶隧道群的出洞積累了經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)施工的平耶1號(hào)～3號(hào)隧道均采用單向出洞法成功出洞。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)隧道洞口受坡陡、臨崖、偏壓、地質(zhì)條件差等環(huán)境因素影響使施工機(jī)具難以就位或難以形成開(kāi)挖面時(shí)，鑒于工期、投資以及洞口的自然景觀的保護(hù)等各方面的優(yōu)勢(shì)，可以選用單向出洞法出洞。云南省富龍高速公路平耶隧道群通過(guò)采用單向出洞法出洞，明顯縮短了工期，節(jié)約了投資，也在很大程度上保護(hù)了隧道口的原生植被，實(shí)現(xiàn)洞口美學(xué)上的“無(wú)為更有為”及“不破壞就是最大的保護(hù)”等理念。此方法可供其他類(lèi)似的隧道施工參考，特別是山區(qū)的中、短隧道施工。

[1] 楊林德.公路隧道施工手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2011:235-242.

[2] 洪開(kāi)榮.山區(qū)高速公路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2011:15-16.

[3] JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 公路隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化指南[M].北京：人民交通出版社，2012：18-19.

[5] JTG/T D70—2010，公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[6] 徐加民.隧道出洞的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2015(3)：73-76.

[7] 王夢(mèng)恕.中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010：58-62.

Construction technology of unidirectional unkennel of mountainous highway tunnel

Wang Yuanqi

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The paper briefly describes merits of unidirectional unkennel method in tunnel construction, taking Pingye tunnel on Fulong highway in Yunnan province as an example, starting from aspects of construction dynamic design, auxiliary measures, and excavation methods, it explores critical unidirectional unkennel construction technologies, and finally points out that: the construction technology speeds up construction schedule, saves investment, and improves tunnel entrance image as well.

tunnel, unidirectional unkennel, dark cave, pipe-shed

1009-6825(2016)13-0189-02

2016-02-26

王遠(yuǎn)奇(1993- )，男，在讀本科生

U455

A