賴友烽

摘要? 通過介紹福建省廈蓉高速公路改擴(kuò)建工程龍巖段第7合同段京源口隧道右洞進(jìn)洞施工過程，詳細(xì)闡述了施工中淺埋、富水、偏壓及殘積土等問題。介紹了“明拱暗挖”、地表小導(dǎo)管注漿、井點(diǎn)降水及洞內(nèi)開挖三臺階臨時(shí)仰拱施工等方式及施工控制要點(diǎn)，確保了開挖施工安全及山體的穩(wěn)定性，也減少了對周邊山體的擾動(dòng)，為后期山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)高速公路隧道建設(shè)項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞? 淺埋富水；明拱暗挖；地表注漿；井點(diǎn)降水；進(jìn)洞開挖

中圖分類號 U452.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）24-0057-04

0 引言

隨著高速公路建設(shè)里程數(shù)的增加，在建設(shè)過程中特別是山區(qū)高速公路隧道洞口段常遇到許多復(fù)雜多變的地質(zhì)，如淺埋、富水、偏壓及坡積土等復(fù)雜地質(zhì)隧道洞口進(jìn)洞難的問題。通過結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)情況，采用成洞面前移、套拱與大管棚明挖暗作、增設(shè)側(cè)墻反撐、井點(diǎn)降水、地表注漿及三臺階臨時(shí)仰拱的施工技術(shù)，解決了淺埋、富水、偏壓及殘積土等隧道進(jìn)洞難的問題。

1 工程概況

隧道位于龍巖市新羅區(qū)龍門鎮(zhèn)賴坑村至小池鎮(zhèn)京源口之間，設(shè)計(jì)為高速公路四車道雙下行線分離式兩車道隧道。隧道右線設(shè)計(jì)樁號YK162+111～YK164+082，長1 971 m，最大埋深245 m。該合同段負(fù)責(zé)施工進(jìn)口段，右線里程YK162+111～YK163+000，長889 m；位于直線及R=3 500 m的圓曲線上，縱坡坡度2.3%。隧道進(jìn)口均用端墻式洞門，右洞洞口里程YK162+111，設(shè)10 m明洞，明暗交界里程YK162+121。隧道進(jìn)口處南西向山坡坡底，右線進(jìn)口位于坡腳山坳，洞口左側(cè)山坡自然坡度約23°～32°，上覆粉質(zhì)黏土及殘積黏性土，分布于洞頂及洞身上臺階，洞身中臺階以下主要為全風(fēng)化花崗巖。

2 工程實(shí)施難點(diǎn)

工程實(shí)施難點(diǎn)主要表現(xiàn)為地質(zhì)、水文條件復(fù)雜。京源口隧道右洞進(jìn)洞口YK162+111～YK162+221段圍巖、全右洞洞口段穿越山坳原老龍長高速隧道棄土區(qū)，洞口段路基為原龍長高速棄土場，人工填土范圍長約95 m，最大填土厚度達(dá)15 m，填土主要成分為坡殘積黏性土、砂巖的碎塊石及坡積（含碎石）粉質(zhì)黏土，2005年堆填，現(xiàn)基本完成固結(jié)，坡頂平坦；YK162+145處洞頂有常年儲(chǔ)水的天然水潭，地下水量豐富，山坳匯水由地表下滲至洞身范圍，存在水量較大、易出現(xiàn)流泥坍塌、支護(hù)不易穩(wěn)定等安全風(fēng)險(xiǎn)，且洞口左側(cè)原地面坡度約23°～32°，隧道從坡腳處通過，洞身偏壓非常嚴(yán)重，并且洞口段（134 m）為Ⅴ級圍巖，圍巖為坡殘積黏性土、全-強(qiáng)-中風(fēng)化花崗巖，見有裂隙帶F101A通過，巖體呈散體結(jié)構(gòu)，土質(zhì)松散，[BQ]＜250，隧道地下水豐富。

3 進(jìn)洞方案選定

3.1 開挖方案1

由于隧道洞口樁號為YK162+121處左側(cè)坡設(shè)計(jì)高度為28 m，且坡頂往大里程方向140 m均為原京源口隧道棄碴，采用常規(guī)的明挖法進(jìn)洞施工，需要進(jìn)行大面積的邊坡開挖和防護(hù)，開挖過程大量破壞山體的原狀土，影響了原有的山體自然平衡，再加上防護(hù)措施不及時(shí)、降水以及地表雨水等影響，極易造成邊仰坡滑塌、順層滑坡等嚴(yán)重的工程隱患，影響隧道的施工安全。且臨時(shí)性支護(hù)作業(yè)數(shù)量多，施工周期長，安全性風(fēng)險(xiǎn)較大，施工費(fèi)用高[1]。

3.2 開挖方案2

考慮隧道施工應(yīng)按“早進(jìn)洞早安全”原則，將京源口隧道右洞成洞面里程樁號調(diào)整至YK162+111，接長明洞10 m，洞口里程調(diào)整至YK162+091；洞口段為解決右側(cè)淺埋與左側(cè)偏壓荷載的平衡問題，提出進(jìn)洞新理念——“局部反壓、明拱暗墻”施工技術(shù)。采用“荷載-結(jié)構(gòu)”模型對明、暗洞初期支護(hù)進(jìn)行計(jì)算，其中暗作支護(hù)結(jié)構(gòu)和明洞初期的支護(hù)結(jié)構(gòu)完全相同，明作支護(hù)結(jié)構(gòu)和暗洞結(jié)構(gòu)相近。明作部分是通過用錨固措施將三周山體圍巖充分地連接起來，用于抵消此處山體的偏壓和應(yīng)力，也可以為暗作部分提供一定的預(yù)支撐。該隧道洞口淺埋側(cè)原狀范圍巖沒有得到足夠阻力用于抵抗偏壓側(cè)邊坡滑移的能力，采取了增設(shè)右側(cè)擋土墻的措施用于增加抵抗力，類似于邊坡路塹式擋土墻。洞頂洞身處堆積洞渣采用小導(dǎo)垂直注漿固結(jié)及洞側(cè)兩邊井點(diǎn)降水后，洞身開挖采用三臺階臨時(shí)仰拱法施工。既減少了對邊坡土體擾動(dòng)，又減少了開挖方量，解決了右側(cè)穿跨淺埋松散坡積土與富水等問題，確保了洞口安全。結(jié)合洞口設(shè)計(jì)圖及以往施工經(jīng)驗(yàn)，對兩種方案的優(yōu)劣進(jìn)行對比，該項(xiàng)目采用方案2進(jìn)行施工。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

施工整體布置如圖1所示。

4.1 明洞前移、套拱采用先做明拱后施工暗墻的施工技術(shù)

4.1.1 成洞面前移

右洞路塹清表開挖至YK162+121，其中YK162+091～

YK162+221段上覆層為原龍長高速隧道煤矸石棄碴，覆蓋厚度3～9 m，該段路基設(shè)計(jì)為三級挖方邊坡，煤矸石棄碴的不穩(wěn)定性可能影響日后營運(yùn)安全。成洞面YK162+121處仰坡設(shè)計(jì)高達(dá)22 m，且坡頂往大里程方向140 m均為原龍長高速棄碴，邊仰坡開挖后將極不穩(wěn)定，危及隧道施工安全?？紤]隧道施工應(yīng)遵循“早進(jìn)晚出”原則且明顯降低了邊坡的高度，將京源口隧道右洞成洞面里程調(diào)整至YK162+111，接長明洞，洞口里程調(diào)整至YK162+091。

4.1.2 套拱、大管棚的明挖暗作

洞口段的圍巖主要是坡殘積黏性土、砂巖的碎塊石及坡積（含碎石）粉質(zhì)黏土，在施工前針對洞口段的地表和左側(cè)邊坡先采用截排水進(jìn)行了施工，可以大量減少降雨等路面水直接進(jìn)入隧道，增加隧道圍巖的自承強(qiáng)度，減小施工的難度和危險(xiǎn)性。

ZK162+091～ZK162+111混凝土護(hù)拱作為大管棚的導(dǎo)向墻，洞口明洞段開挖套拱在開挖廓線以外施作，斷面尺寸縱向長度×厚度：10 m×0.6 m。洞口段明作部分上覆土開挖并修整支護(hù)范圍內(nèi)的圍巖，開挖深度范圍不大于0.8 m，開挖后的輪廓界邊拱作套拱混凝土澆筑的底模，將套拱內(nèi)部安裝采用C25模筑混凝土，環(huán)向布設(shè)I20b工字鋼縱向間距為0.7 m（與設(shè)計(jì)初期支護(hù)參數(shù)相同），環(huán)向主筋采用Φ22鋼筋，縱向間距為0.25 m，縱向鋼筋采用Φ12鋼筋，間距為0.25 m，箍筋采用Φ10鋼筋，間距為0.5 m[2]。套拱內(nèi)埋設(shè)鋼筋支撐，鋼筋與管棚孔口管連接成整體。該隧道采用壓雙排φ108鋼管柱縱向0.5 m加固基礎(chǔ)，確保其基礎(chǔ)穩(wěn)定性；采用Φ50長4.5 m注漿小導(dǎo)管錨入套拱周圍3.5 m土體內(nèi)，要求小導(dǎo)管注漿飽滿，套拱拱腳分三個(gè)不同位置重點(diǎn)錨固，砂漿錨桿末端深入到鋼筋混凝土套拱0.5 m內(nèi)，并控制抗拔力目標(biāo)值爭取達(dá)到150 kN且不小于80 kN，以確保套拱與圍巖的整體性，以便承載山體偏壓作用力。如圖2所示。

導(dǎo)向墻鋼架施工完后，馬上進(jìn)行管棚導(dǎo)向鋼管（Φ127×4 m）施作，管棚安裝應(yīng)考慮隧道縱坡及曲線影響，在工字鋼上標(biāo)出平面位置；孔口管定位一般采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行設(shè)定傾角；外插角按1°～3°控制。導(dǎo)向管與鋼架工字鋼焊接在一起上，防止混凝土施工時(shí)產(chǎn)生導(dǎo)向管跑位[3]。

暗作部分先施作大管棚，管棚沿拱部開挖輪廓線外設(shè)置，環(huán)向間距40 cm。管棚設(shè)計(jì)長度40 m，管棚采用Φ108 mm×6 mm每節(jié)長4～6 m的熱軋無縫鋼管。大管棚施工完畢后，把明作部分套拱工字鋼腳外露20 cm，與中導(dǎo)工字鋼按暗挖段設(shè)計(jì)要求順接。中下導(dǎo)施工時(shí)兩側(cè)都增設(shè)Φ42的鎖腳錨桿，控制每開挖一榀閉合一榀的循環(huán)步驟逐步往洞身推進(jìn)。

4.1.3 側(cè)墻反撐技術(shù)

在明作套拱右側(cè)施工衡重式擋土墻，利用擋土墻自身重力來抵消偏壓所產(chǎn)生的荷載，從而大幅度提高隧道支撐結(jié)構(gòu)的抗形變能力。順著隧道右側(cè)前進(jìn)方向布置擋土墻，樁號于YK162+091起共22 m；在側(cè)墻的上墻身與套拱明作部分之間施作1 m×1 m鋼筋混凝土支撐梁結(jié)構(gòu)，支撐梁間距2 m一道，使套拱與側(cè)墻形成一體，削弱套拱的直接受力，使來自偏壓山體的側(cè)壓力大部分直接有效地傳遞給側(cè)面擋墻。擋墻的泄水孔采用Φ50 mm，2 m×2 m梅花形布設(shè)，坡度為2.5%，在擋墻內(nèi)側(cè)掛土工布并用級配碎石做反濾層。

隧道套拱明作部分回填采用透水性材料，按15 cm一層來控制回填厚度，用小型機(jī)械夯實(shí)，到回填標(biāo)高后，對地表土進(jìn)行整平壓實(shí)，再采用厚20 cm的C30防水混凝土澆筑封閉層。

4.2 地表注漿加固技術(shù)

YK162+111～YK162+250段位于龍長棄渣堆積體，地表進(jìn)行初平并采用厚25 cmC20混凝土加間距為200×200 mm雙層鋼筋網(wǎng)片的止?jié){盤，注漿的范圍為邊線外不得小于1 m。地表注漿范圍為洞頂至洞左右兩側(cè)各寬5 m，左右兩側(cè)5 m范圍為加強(qiáng)注漿區(qū)域，注漿深度范圍為地表至仰拱中心底標(biāo)高以下5 m，間距0.8 m，梅花形布置；其他注漿范圍在淺埋側(cè)的套拱明作部分施工。如圖3所示。

注漿初期壓力控制在0.5～1.2 MPa，后期壓力為1.5～2 MPa。以單孔注漿量Q=0.75 L，注漿壓力達(dá)到終壓，進(jìn)漿量且小于30 L/s，維持注漿壓力30 min可結(jié)束。

開挖時(shí)如發(fā)現(xiàn)地表注漿效果較差，應(yīng)對局部效果較差位置進(jìn)行洞內(nèi)注漿補(bǔ)強(qiáng)。

4.3 隧道井點(diǎn)降水技術(shù)

采用潛孔鉆鉆進(jìn)成孔，井孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度35 m，洞身左右兩外側(cè)邊8 m，沿洞縱向每隔8 m設(shè)置井，孔驗(yàn)收合格后，進(jìn)行清孔。利用抽渣筒來測量泥漿內(nèi)沉渣率。如果沉渣率過高，易引起進(jìn)孔的堵塞，導(dǎo)致井點(diǎn)降水的整體效果差。清孔含渣率合格后，先預(yù)拼裝各井管然后依次吊裝。節(jié)段要求中心對齊，注意焊接質(zhì)量，裹濾網(wǎng)層包裹在焊接頭處。所有井管吊裝并安裝完畢后，安裝抽水泵，排到現(xiàn)場施作的排水溝，把井口位置用混凝土封堵。要求每個(gè)降水井獨(dú)立安裝水表及水位監(jiān)測點(diǎn)，對降水情況實(shí)時(shí)監(jiān)測，每6 h記錄并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而指導(dǎo)現(xiàn)場開挖施工[4]。

4.4 進(jìn)洞開挖技術(shù)

進(jìn)洞后洞身三臺階臨時(shí)仰拱法施工，該法適用于各類淺埋松散坡積土與富水地帶施工，可以保證安全又可以提高施工效率。如圖4所示。

（1）開挖上導(dǎo)坑并支護(hù)，在上臺階拱腳設(shè)I14鋼架臨時(shí)仰拱，使上臺階初期支護(hù)封閉成環(huán)，待隧底仰拱澆筑完成后拆除臨時(shí)仰拱。每個(gè)部位開挖前先做臨時(shí)支撐（拱腳部連接盤下臨時(shí)支撐小導(dǎo)管）。

（2）開挖左側(cè)中臺階并按設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)。所有中、下臺階及仰拱必須錯(cuò)開落底、支護(hù)；鋼拱架拱腳連接盤加寬6 cm（22 cm×30 cm），螺栓外移1 cm。

（3）開挖右側(cè)中臺階左側(cè)，施工距離控制在2～3 m，采用人工開挖并施作周邊的初期支護(hù)，錯(cuò)開2 m，完成后施作中臺階臨時(shí)仰拱（臨時(shí)仰拱采用I20b工字鋼架），鋼架連接采用U形Φ22螺紋鋼，間距控制在1 m，噴射28 cm厚C25混凝土[5]。仰拱施工的長度不得多于6榀，且嚴(yán)格控制開挖1榀同量封閉成環(huán)。仰拱初支模筑混凝土改為噴射混凝土（快速提升仰拱初支強(qiáng)度），仰拱及仰拱填充一次性澆筑完成[6]。

（4）開挖左側(cè)下臺階并支護(hù)。拱架制作及安裝嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施作；鋼架拱（墻）腳應(yīng)架設(shè)槽鋼上，提高工字鋼架拱腳的穩(wěn)定。若鋼架和初噴混凝土間隙大，采用楔形墊塊塞緊。

（5）開挖右側(cè)下臺階并進(jìn)行支護(hù)。

（6）仰拱開挖及初支，拆除臨時(shí)仰拱，澆筑仰拱混凝土。初支嚴(yán)格控制開挖長度，開挖完成后，先進(jìn)行3～5 cm初噴混凝土進(jìn)行開挖面封閉，再進(jìn)行立架；重點(diǎn)注意鎖腳錨桿施工，鎖腳錨桿尾部預(yù)留彎頭，與鋼架連接板焊接。開挖時(shí)控制鎖腳錨管角度，一根向下35°，一根向下65°（角度偏差控制在5°以內(nèi)）。

（7）通過全斷面儀測量，合格后鋪設(shè)防水層，并澆筑二襯。

（8）所有工作面嚴(yán)禁積水，拱腳嚴(yán)禁浸泡在水中，臨時(shí)支撐小導(dǎo)管（向下75°）位置，距鋼拱架往洞中心方向50 cm范圍內(nèi)進(jìn)行噴射混凝土封閉。

（9）初支變形超出預(yù)警值時(shí)，加做臨時(shí)支撐（4個(gè)板凳形臨時(shí)支撐架子，采用工字鋼支腿，槽鋼橫托，腳部采用22 cm×30 cm連接盤找平固定，放置于上臺階核心土頂部）；用三排直徑50 mm長度3.5 m打孔小導(dǎo)管進(jìn)行邊墻注漿，控制注漿壓力1 MPa與初期支護(hù)鋼拱架焊接牢固，以增強(qiáng)整體剛度。

5 結(jié)束語

京源口隧道右洞洞口段巖層為坡殘積土，穩(wěn)定性差，側(cè)向偏壓嚴(yán)重，且洞口水量大，施工難度大。針對以上施工存在的難點(diǎn)，該項(xiàng)目采用明洞前移、“明拱暗墻、反壓擋墻”技術(shù)，減少了邊仰坡開挖量，保證了偏壓開挖的安全，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。采用地表小導(dǎo)管注漿、井點(diǎn)降水及洞內(nèi)開挖三臺階臨時(shí)仰拱等施工技術(shù)，通過注漿加固坡殘?jiān)瓲钔粒⒉捎镁c(diǎn)降水有效降低了地下水位，該隧道于2018年順利貫通。有效固結(jié)隧道圍巖提高了強(qiáng)度，節(jié)約了施工成本，保證了施工進(jìn)度、安全，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益；也為山區(qū)此類高速公路隧道傳統(tǒng)明挖進(jìn)洞大挖方、邊坡防護(hù)工程量大、偏壓、富水嚴(yán)重導(dǎo)致進(jìn)洞難穩(wěn)定等難題提供了參考。

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