特长隧道洞口浅埋段施工技术

张 英

（中铁十二局集团第一工程有限公司 西安 710038）

摘要:福州京台高速公路天龙山隧道出口为薄层残坡积粘土层及较厚层强风化花岗闪长围岩段，选用合适的进洞方案对保证隧道施工安全和快速进洞有重要意义， 文章就该条件下隧道洞口段进洞施工方案进行介绍。

关键词：特长隧道 浅埋 洞口

1.概述

天龙山隧道位于京台高速公路段，设计为双洞分离式隧道， 隧道间距 19.8m； 左线长6521 m ，右线长6551m， 隧道开挖断面较大。 隧道出口位于福州市闽侯县荆溪镇关西村， 洞口为薄层残坡积粘土层及较厚层强风化花岗闪长围岩段， 洞口段埋深约为2～ 25 m； 隧道区位于侵蚀剥蚀高丘陵-中低山区， 地质构造存在5条岩性接触带、2条节理裂隙带及2条断层； 洞口表层为全风化- 强风化带， 围岩为全风化花岗闪长岩， 岩体较破碎，呈镶嵌碎裂结构。 以左线为例， 详见图 1

图1

2.施工难度

天龙山隧道开挖跨度较大；洞口为薄层残坡积粘性土层，花岗闪长岩风化严重，岩体较破碎，自稳能力差，易坍塌，开挖不当会出现大坍塌，隧道工期比较紧张， 洞口段要求要安全快速展开施工。 选择合理的进洞方案， 防止坍方， 安全快速进洞就成为承建天龙山隧道的首要课题。 3.施工方案比选

洞口段施工应在确保安全的前提下稳步推进。经过几种可实施性方案的比较， 确定了洞口段的施工方案如下: 总体上维持设计方案； 明洞段采用拱部明挖，墙部暗挖施工方案； 加强地表排水和边仰坡防护； 洞口段设套拱、钢支撑及 40 m 超前大管棚注浆； 进洞后改为超前小导管注浆； 洞身开挖采用CD法开挖，拱墙仰拱格栅钢架封闭成环支护， 间距 0.5m/榀； 边墙设系统锚杆，钢筋

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网喷砼支护， 厚度 0.24 m； 防水和衬砌采用原设计。 此方案得到了业主监理组织的专家论证组的认可， 几种方案的比选情况如下。 3.1明洞开挖方案比选

明洞开挖有拱部拱墙明挖法和拱部明挖，墙部暗挖两种方法。 拱墙明挖法有影响范围宽、 边仰坡刷方及支护面积大、 开挖数量大、 边仰坡易坍方等弱点， 因此本隧道洞口明洞采用拱部明挖、墙部暗挖施工方法。 3.2超前支护方案比选

目前隧道超前支护主要有超前大管棚注浆支护、 超前小导管注浆支护、 超前锚杆支护 3 种形式，对比如表 1。

表1 超前支护形式对比表

支护形式 工法安全性 地质适应性 机械适应性 支护时效性 围岩控制 施工工序 进度造价 适用范围 超前大管棚 很安全 较强 专门机械 好 较差 多 进度慢、 造价高 超前小导管 较安全 强 普通机械 较好 较好 较多 进度较快、 造价较高 超前锚杆 安全 不强 普通机械 一般 好 较多 进度较快、 造价较低 洞口段，围岩差，安全度要求高 围岩稍好，安全度要求高 围岩较好，安全度要求较高

为安全保险起见，本隧道洞口段采用套拱及40 m 大管棚注浆超前支护， 平稳进洞； 洞内软弱围岩段采用施工较为方便的小管棚注浆超前支护。 大管棚采用φ108壁厚 6 mm 的热轧无缝钢管， 管棚环向间距中至中为 0.5 m； 小管棚采用φ50 的超前小导管， 小导管长 3.5 m， 环向间距 0.5 m， 纵向间距2.8m。 3.3洞身开挖方案比选

该隧道洞口段开挖宽度13 m 左右， 开挖高度10 m左右， 开挖后应力分布变差， 底脚处应力过度集中， 拱顶承压很大， 加上开挖形成较大的松弛地压， 使洞身很不稳定。 根据目前的施工技术水平， 适合大跨度隧道施工的方法主要有:台阶法、 CD 法和双侧壁导坑法等。 这 3 种工法比较如表2。

开挖方法 工法安全性 地质适应性 机械适应性 支护时效性 掌子面稳定 台阶法 不够安全 较强 大、 中型 好 差 CD法 较安全 强 中、小型 较好 较好 双侧壁导坑法 安全 不强 小型 好 好 2

围岩控制 地表沉陷 工程造价 适用围岩 较差 较大 较高 Ⅲ、Ⅳ级 较好 较小 较高 Ⅳ、Ⅴ级 好 小 高 Ⅳ、Ⅴ级 表 2 3种特大隧道洞身开挖方法比较表

考虑到隧道洞口段已采用大管棚和超前小导管注浆支护， 支护效果较好， 因而开挖采用进度快、地质适应性强且工程造价不是很高的CD法开挖。 3.4边仰坡防护方案比选

本隧道出口采用削竹式洞门，出口右洞成洞面为减少边仰坡开挖，洞口成洞面均采用正交进洞，仰坡采用喷射砼、水泥砂浆锚杆及挂网加固设计；隧道出口仰坡和边坡两侧采用液压客土植灌草进行植物防护，其防护形式是根据边坡坡率和圬工防护形式等具体确定的。 4施工方法、工艺及要求

4.1 洞口段施工工序流程框图（见图 3）

地表排水与加固 明洞开挖与支护 超前支护 环向开挖 安挂装 网 拱喷部 砼 钢 架 复喷支护 开挖核心土 中槽开挖 边墙仰拱开挖安装边墙仰拱钢架喷锚支护 监控量测 防水与二衬施工 图3 洞口段施工工序框图

4.2地表排水和边仰坡防护施工工艺及要求 4.2.1地表排水

由于地质松散， 围岩裂隙，岩体极破碎，遇水后围岩的强度和稳定性必然降低， 故必须采取有力的排水系统， 在洞顶仰坡以外及边坡两侧设置底宽50cm，深度60cm，厚度20cm的C20混凝土截水沟和急流槽，并且沟底抹浆， 防止大自然降水冲刷隧道边仰坡及地表水渗入地层。 4.2.2边仰坡防护

对仰坡进行锚喷网加固, 见图 4。

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图4 边仰坡加固示意图

仰坡加固参数如下：

锚杆：采用 Φ 22 水泥砂浆锚杆， 长度 5 m， 间距 1.2 m×1.2 m梅花形布置， 大致垂直于岩层走向安设于围岩内。

钢筋网: φ 6钢筋网， 网格尺寸 20 cm× 20 cm。施工时按 4 m× 4m 加工好成网片， 钢筋间点焊连接， 每两片钢筋网搭接≥25 cm。

湿喷混凝土: 采用混凝土湿喷机械手喷浆，总厚度 10 cm， 锚杆锚入后喷 5 cm， 挂网后再喷 5 cm。 4.3超前支护简要工艺及要求

洞口段利用洞口管棚及超前小导管来确保拱顶部分的稳定。 4.3.1大管棚施工简要工艺及要求

采用C25混凝土套拱作为管棚导向墙，套拱内埋设3榀工18型钢工字钢与管棚钢管焊成整体，拱部设一环长40 m 的大管棚， 环向夹角为144° 。 长管棚采用的是φ 108壁厚 6 mm 的热轧无缝钢管， 管棚环向间距中至中为 50 cm，钢管轴线与衬砌外缘线夹角1～3°， 管棚管加工成钢花管 ( 注浆孔孔径为 15 mm， 间距为 20 cm，呈梅花型布置) ， 管内注0.5:1 的水泥浆液， 注浆压力 0.5～1MPa。施工中根据现场情况，必要时可加大至2.0MPa。

工艺程序: 施工准备→搭设钻孔平台→架立钻机→确定孔位→预设导向管→套管钻进→顶入钢管→取出套管→管内注浆→进入下道工序。 4.3.2小管棚施工简要工艺及要求

在洞顶 150 度范围内设φ 50的超前小导管， 小导管长5 m， 钢管环向间距50 cm，纵向间距2.8m，在其前部钻注浆孔， 孔径8 mm，，孔间距15 cm，呈梅花形布置， 前端加工成锥形， 尾部长度100 cm， 作为不钻孔的止浆段，注浆采用 0.5∶1 的水泥浆液，注浆压力0.5～1MPa。 4.4洞身开挖施工工艺及要求

待超前支护注浆强度达 85%后， 方可开挖。 洞身开挖采用CD法， 严格控制超欠挖， 拱部、 边墙超挖部分需采取措施 ( 如留注浆管注浆等) 回填密实， 喷射混凝土必须密实， 不得留有空洞。 4.4.1开挖方法及步骤（见表5）

隧道分为左、右导坑进行开挖，每侧导坑又分为两步台阶。为保护好围岩，围岩尽量采用机械辅人工开挖，每循环进尺按每榀钢架间距0.5m。

超前支护

网喷砼+钢支撑系统锚杆6中隔壁临时支护4

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Ⅴ级围岩中壁法施工示意图

中壁法开挖施工步骤图

序号 图 示 施工步骤说明 ⑴施作左洞室拱部φ50超前注浆小导管 1 1 ⑵开挖左洞室上台阶(循环进尺0.5m) ⑶及时施作初期支护，设置中隔壁临时 钢支撑(设置临时仰拱) ⑴开挖左洞室下台阶（循环进尺0.5m）， 2 2 滞后于1部3～5m。 ⑵及时施作下台阶初期支护及接长中隔 壁临时钢支撑 ⑴施作右洞室拱部φ50超前注浆小导管 ⑵开挖右洞室上台阶(循环进尺0.5m)， 3 滞后于2部10～20m。 ⑶及时施作初期支护(设置临时仰拱) 3 ⑴开挖右洞室下台阶（循环进尺0.5m）， 4 4 滞后于2部10～20m。 ⑵施作下台阶及仰拱初期支护，及早形 成封闭受力环 5 ⑴分段拆除临时中隔壁，每次拆除长度6m

4.4．2中隔壁拆除

在CD法中的一个关键问题是拆除中壁，据以往经验，中隔壁拆除时间应在全断面成环后，各部位位移充分稳定后，才能拆除，其要求如下。 4.4.2.1 中壁拆除参数

(1)拱顶下沉量：7d的增量小于2mm。

(2)净空收敛值：7d的增量小于4mm（拱顶下沉的2倍）。 4.4.2.2安全管理参数

管理水平 1 2 3 管理阶段 安全 注意 危险 中隔壁拆除中位移量（mm） 3 6 12 中隔壁拆除后位移量（mm） 6 12 24

4.5初期支护施工工艺及要求

（1）初喷： 洞身开挖后， 立即喷射第一层 4 cm 厚的混凝土进行封闭， 减缓围岩的变形。 （2）系统锚杆：采用Φ25正反循环中空注浆锚杆，环向间距1.0m，纵向间距1.0m， 锚杆安设垂直于围岩， 注M30泥砂浆。注浆后安装锚垫板，锚垫板与岩面密贴，间距均为 0.75 m×1.0 m ( 环×纵) 。

（3）双层钢筋网：φ 6 钢筋， 间距 20 cm× 20 cm，钢筋网事先按 2 m× 2 m 规格制作成网片， 初喷后再安装。

（4）钢架：采用格栅钢拱架，纵向间距 0.5 m， 钢拱架全环按单元安装。 初喷后安装钢架， 拱

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墙仰拱封闭成环， 安装时应加打锁脚锚杆； 背后要用混凝土楔形垫块垫实； 垂直于隧道中线， 其倾斜度不大于 2°，钢架与定位锚杆焊接在一起， 各钢架之间用设纵向连接筋连接。

（5）复喷： 锚杆、 钢筋网、 钢架施工后， 进行喷射混凝土覆盖， 每层喷射厚度 5～ 6 cm 至设计厚度 24 cm。 4.6监控量测

根据新奥法施工原理， 监控量测是隧道施工的重要环节， 施工中将围岩监控量测作为一道重要工序纳入到整个施工过程中。施工中必测项目： 洞身净空水平收敛和拱顶下沉、 洞口段地表下沉量测。浅埋地段地表下沉量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内横断面方向应在隧道中线两侧每隔2～5m布设地表下沉测点，每个断面设置7～11个点，测量范围在隧道开挖影响范围之内。地表下沉应与顶量测频率相同，按设计量测频率坚持观测， 及时进行数据处理， 绘制相关时态曲线， 进行回归分析， 反馈信息和提出相应对策。

地表沉降横向测点布置图

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1#2#拱顶沉降2#对测点1#对测点周边隧道监控量测

4.7防排水

结构防排水：“以排为主， 防、 排、 截、 堵相结合”综合治理原则。

防水： 隧道采用复合式衬砌， 初支喷砼封闭岩面裂隙， 二衬模筑 S8 防渗混凝土实现结构自防水；初期支护与二次衬砌之间设置复合防水层， EVA防水卷材的厚度为 1.2 mm， 土工布单位质量

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为300 g/m2。 明洞防水除混凝土结构自防水外， 在结构外铺设 EVA 防水层+无纺布， 回填土夯实， 并在表面铺一层黏土隔水层。

疏排：在初支与二衬间沿隧道环向设置Φ50HDPE单壁波纹管盲沟， 隧道两侧墙底设置Φ10cm双壁打孔波纹管纵向贯通全隧道， 环向排水管均与墙底两侧纵向排水管相连， 然后通过Φ10cmPVC横向排水管将水引入两侧Φ32.8cm双壁打孔波纹管侧式排水管或Φ44.3cm双壁打孔波纹管中央排水管排出洞外，路面水通过路缘通逢式排水沟排出洞外，与洞外的天沟、排水沟、截水沟形成完整的排水系统。

沉降缝、 施工缝防水: 除施工缝外, 在围岩类别变化部位预留沉降缝； 在沉降缝用橡胶止水带防水,在施工缝处用遇水膨胀止水条防渗。 4.8衬 砌

隧道洞口段采用加强衬砌, 拱墙及仰拱均设置双层钢筋,拱墙采用C25防水混凝土,仰拱采用C25普通混凝土， 二次衬砌采用移动式全液压模板台车和泵送砼整体浇筑。仰拱是保持隧道稳定的重要部分, 应尽早施工, 施工中采用仰拱栈桥引导交通, 仰拱先于边墙 施工, 及早成环。 5结 语

①隧道洞口段一般围岩软弱破碎, 地质情况复杂, 浅埋段更是如此； 长大隧道施工工期一般较紧,洞口段施工顺利与否直接关系到隧道施工形象进度的快慢； 选择合适的进洞施工方案至关重要, 能够确保隧道施工安全, 加快施工进度, 合理控制成本, 做到事半功倍。

②长大隧道在选择进洞方式时更应结合隧道洞口特点和地质情况, 比较各种进洞方式的各自特点, 选出适合本隧道特点的进洞施工方案, 这一过程中听取专家的意见尤为重要； 地质条件复杂的隧道组织专家评审论证进洞方案十分必要, 也非常可行。

③隧道洞口浅埋软弱围岩段要遵循“超前支护、 短进尺、 弱爆破、 强支护、 勤量测, 早闭合” 的新奥法施工原则

④施工中, 将超前支护与锚喷支护紧密结合, 超前大管棚、 短管棚均与钢架联接成整体, 能更好地发挥联合支护作用。

⑤像地质预测预报一样, 重视监控量测在隧道施工中的作用, 将其作为一道工序纳入施工管理过程中, 根据数据处理反馈的信息调整支护参数, 指导施工。

参考文献

[1]关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011. [2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010. [3]徐锦栋. 大跨度隧道的施工监控研究[J] . 公路与汽运，2006(5)

作者简介

张英，男，出生于1993年2月，就职于中铁十二局集团第一工程有限公司，大学专科学历，主要从事土建工程建设类工作，包括隧道、路基等。

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