浅析山区土石堆积松散体隧道的施工

摘 要: 本文论述了土石堆积体地质的软弱隧道从山体加固、进出口边仰坡处理、洞口加固、安全出洞等的施工措施。

关键词: 山区；土石堆积；松散体；隧道；施工

Abstract: This paper discusses the construction measures of the reinforcement, import and export from the mountain slope treatment, reinforcement cave, and security holes for the weak tunnel that is the debris accumulation geological.

Key words : mountain; debris accumulation; loose body; tunnel; construction

中图分类号: U455文献标识码 A文章编号：2095-2104（2012）

1 工程概况

某高速公路第10合同段全长2.72km，线路分左右双福，主要工程项目包括: 特大桥2座 (长度1099m) 、大中桥 12 座: 最长210m、最短 60m；隧道 6 座: 最长373m、最短 119m；棚洞 6 座:最长79m；最短 33m。本文 1 号棚洞原设计线路右侧为棚洞，左侧为隧道；但是因隧道顶面覆盖层为土石堆积体，并且较厚，为了防止棚洞施工开挖山脊坡脚，导致山体滑坡，后全部变更为隧道。该隧道设计为双线 6 车道分离式隧道。隧道位处距坡脚垂直高差 35m 的半山腰，中线相距 26m，小净距隧道，左洞全长48.77m，右洞全长 39.27m，单洞净宽 14.25m，净高 8.045m。沿线路前进方向断面位置详见图 1。

图 1 隧道中心里程断面图

左右线隧道均位于松散的堆积体，并且在隧道进洞口开挖施工场地时，进口侧山体曾发生滑塌。进出口处边仰坡陡峭、岩层破碎，节理发育、从断面图可见隧道整体处在浅埋、偏压严重的山体下。隧道围岩按级别划分均属于 V 级洞口加强段。右线隧道沿洞身方向右侧护体单薄，最大埋深只有 7.3m。隧道下方约 20m 处有县级公路围绕通过，进出洞口施工难度巨大。

2 隧道进洞前辅助方案及措施

为了防止左右线隧道出现滑坡、坍塌、塌顶，进洞前隧道进出口边仰坡处理，洞身范围堆积体加固，洞口进行加固、以及洞身开挖等施工均制定了科学、准确、严谨的施工方案。

2.1 进出洞口边仰坡施工处理

2.1.1 进洞口边仰坡施工处理

2.1.1.1 在洞口边仰坡顶部施作截水沟、排水沟、避免雨水对边仰坡冲刷。

2.1.1.2 进洞前对左侧山体滑坡面从上至下清理危石，并对坡面进行挂设钢筋网片并喷射 15cm 厚 C20混凝土进行封闭。防止雨水冲刷造成土石流失。

2.1.1.3 边坡坡脚施做混凝土重力式挡墙，挡墙基底挖至岩石后施做22 竖向砂浆锚杆。

2.1.1.4 挡墙施工完成后，顺山体坡面每 6m 高度台阶型施做 C25 混凝土护面墙，坡率 1：0.5，护面墙厚度 0.5m。

2.1.1.5 护面墙上设置锚索。间距 3.0×3.0 布置;锚索单根长 20m预应力锚索。由于孔径较大，此种地质又不易成孔，故采用跟管成孔工艺。

2.1.2 出洞口边仰坡施工处理

由于出口侧山体岩石，故先清理危石，再用SNS 主动柔性防护网防护。

2.2 隧道顶山体加固方案

2.2.1 注浆范围为隧道全长及左右开挖线两侧各10m 区域，注浆采用 Ф50 × 5 小导管进行地表注浆，钢管深度至隧道仰拱以下 2m 范围、注浆管间距2m ×2m 梅花型布置。具体详见图 2。

图 2 地表注浆加固处理断面图

2.2.2 注浆钢管采取丝扣连接，在孔口接长，使用钻机送入孔内。管口高出地面 15cm 以上，以便连接注浆泵管，注浆结束后齐地面割除管头。

2.2.3 注浆使用 BW-250/50 型注浆泵，采取套管封孔全孔一次注浆工艺，按 “先后内部、自下而上，逐渐加密”的原则进行先注最钢管，同排序采取间隔跳孔注浆，在注浆加固体外边线形成防渗帷幕，防止后序注浆孔浆液向外流散过远，提高浆液利用率。

2.2.4 注浆压力按 “一次升压法”控制，注浆液水灰比采用1：1。停注标准按注浆压力及注浆量进行双控，初压可作无压注浆，终压为1MPa，即可封孔停注。

2.2.5 注浆工艺流程图。见图 3。

由于山体内空洞太多，注浆量较大，通过观察流失量也较大；由于没有开挖无法对注浆效果进行鉴定，再注容易增加隧道上部荷载; 同时浆液凝固后强度不高。故暂时停止注浆，待开挖后再定。

2.3 隧道洞身处理方案

为防止右线隧道偏压，洞身开挖坍塌，实现隧道顺利进洞及洞身开挖施工，具体采取了有效措施。隧道受力状态见图 4。

2.3.1 洞口设置护拱

2.3.1.1 隧道进口段按半明半暗施工，在明洞部分设护拱。护供详见图 5。

2.3.1.2 护拱拱圈采用 I16 型钢，型钢之间用钢板和M20 螺栓连接，型钢连接处钢板采用焊接。钢拱间距60cm，拱内预埋 133×4 导向钢管。拱架之间采用@ 1.0Φ22 钢筋联接。钢拱架右侧落脚处每榀用 2 根22 长度 3. 5m 锁脚锚杆卡位固定。

2.3.2 偏压处理措施

2.3.2.1 在进口段右侧设 C25 混凝土偏压挡墙，宽度 2m，高度施工至隧道拱顶，偏压墙基础必须嵌入稳固的基岩，偏压墙基础及挡墙与山体接触面必须采用22 砂浆锚杆加强连接，锚杆间距 1×1m，长度4m，入岩 3m，外露 1m。具体布置如图 6。

图 3 Φ50 ×5 钢管注浆工艺流程

图 4 隧道受力状态

图 5 半明半暗护拱

2.3.2.2 进口半明半暗护拱拱背采用麻袋进行反压。

2.4 洞口管棚方案

针对隧道处不良地质，浅埋偏压严重，自稳能力差等特点，采用超前大管棚导向护壁加强开挖围岩的预加固处理、减少因大断面的开挖爆破对围岩的超震扰动、有效的改善和控制不良地质条件下地表超设计的沉降数值与速度。

在明洞部分设护拱，护拱内工字钢上沿环向布设133×4 导向管，环向间距 40mm，控制导向 108 长管棚施工。

2.4.1 跟管法施工原理

“一次性导向跟管钻进法”施工大管棚，即成孔打管一次完成。跟管施工的最大优点就是钻杆钻进后能外侧有钢管护壁，管棚注浆，能将散碎岩石、砂卵石堆积体等凝结成整体，提高围岩的密实度、增强围岩自身强度，自稳能力。同时跟管支撑长度和强度均较大。

图 6 洞口加固方案图

2.4.2 管棚施工

2.4.2.1 大管棚规格与钻孔角度: 管棚钢管采用108×8 无缝钢管，钻孔仰角 1～2°。

2.4.2.2 顺序是: 套拱工字钢安装套拱 133X4 导向管安装套拱混凝土浇注管棚钻孔管棚安装管棚注浆。

2.4.2.3 注浆采取1：1 水泥浆液，注浆设备为 KJB-3 /100 型挤压式注浆泵。注浆压力: 初压控制在 0.5～1.0MPa，终压为 2.0～3.0MPa。

3 隧道开挖掘进施工工艺

3.1 双侧壁开挖施工顺序法(见图 8)

图 8 双侧壁导坑开挖顺序图

3.2 环向锚杆施工工艺

3.2.1 进洞后开挖轮廓范围内岩石破碎，虽然在开挖面能观察到地表注浆的浆液，但是因分散不均，强度不高，只能起到部分作用。洞内环向系统锚杆钻孔无法成孔，故采用 32 中空自进式锚杆替换洞内环向系统锚杆。

3.2.2 中空自进式锚杆钻头和钻杆一体化，并且钻杆是空心的，钻头前有眼，可通过钻杆注浆加固钻头前端山体并对钻杆形成锚固，抗拉。但此种锚杆不宜作山体加固中，原因是沿锚杆长度没有间隔设置注浆孔眼，无法对锚杆长度范围内松散体进行注浆加固。

3.2.3 锚杆注浆，可以凝结松散岩石及堆积体颗粒，使开挖轮廓周围岩体凝结成整体，亦固定钢拱架。

4 施工要点

4.1 开挖先后次序及位置的选择

隧道开挖后会引起围岩的卸荷回弹、应力重分布，偏压状态的隧道受到斜坡应力场的影响，围岩的拉压应力的集中部位也发生变化，经相关偏压典型模型有限元计算可知道: 最大主应力部位集中在隧道偏压侧的上角和另一侧的下角，拉应力集中在偏压侧的上角，最大剪应力集中在偏压侧的上角和另一侧的下角。

4.1.1 在隧道开挖时，先开挖左洞，在左洞进洞完成部分仰拱混凝土后，并根据左洞围岩收敛和沉降量基本不变时再开挖右洞。

4.1.2 左洞开挖时把单侧导坑选在进洞方向的左侧，先封闭开挖左侧，防止开挖过程中应力集中作用下造成塑性破坏挤出，避免开挖时对左侧山体的破坏而产生安全隐患。

4.2 临时钢支撑的拆除

中壁工字钢临时支撑的拆除一定要等围岩变形稳定后才可拆除，防止围岩变形加速，导致失稳；具体施工步骤应严格按照 《公路隧道施工技术规范标准》(JTJ0042-94) 的要求执行。在中壁作业的施工管理中，最重要的是判定中壁拆除的时间和中壁拆除后的安全性，施工中通过拱顶下沉和净空收敛来判定。在施工按照以下标准来判定:

4.2.1 基准值

拱顶下沉量:7天的增量 ＜2mm，

净空收敛值:7天的增量 ＜4mm (拱顶下沉量的2 倍)

4.2.2 安全性

根据计算，中壁拆除的拱顶下沉量是 12mm，以拱顶下沉量 12mm 作为管理水平 II，并制定中壁拆除的管理基准。

表 1 中壁拆除的安全评价基准

4.3 开挖原则

右侧山体单薄，开挖原则只能采取“短进尺、弱爆破、早封闭、强支护”，开挖进尺控制在 1m 以内，爆破炸药量也控制在 0.56kg/m3。为保证出渣速度，出渣时间严格控制在 2h 内完成; 出渣完成后立即进行临时支撑的安装。双侧壁先行导坑开挖进尺到50m 时，立即进行后行导坑的施工，全断面开挖距离到 50m 时立即进行二衬钢筋混凝土的施工，严格开挖面与二衬面过长外露，导致初支结构因受力位移或沉降带来的负面影响。

5 监控量测

隧道监控量测是为了掌握施工中围岩程度与支护受力、变形的力学动态或信息，以判断设计、安全与经济，来采取正确方案指导施工。在洞口段每 5m 设一个断面，每个断面分别在洞顶地表、洞内拱顶及 2 侧边墙上各设置观测点，并定期进行拱顶下沉和周边位移监控观测，绘制相应的曲线图，来指导设计变更和施工，根据回归分析看出:洞口段开挖后开始产生位移，后逐渐增大，并最终数据表明: 地表下沉 ＜26mm，拱顶下沉 ＜32mm，周边水平位移＜33m，该结果证明: 隧道经变更设计最终确定的开挖支护施工方案是合理可行的。

参考文献:

［1］ JTGD70 －2004，公路隧道设计规范．

［2］ JTGF60 －2009，公路隧道施工技术规范．

［3］ JTGD70 －2004，公路隧道施工要点集．