隨著國家基建重心向西部轉(zhuǎn)移，鐵路建設(shè)中出現(xiàn)了較多的山區(qū)隧道。根據(jù)施工經(jīng)驗，山區(qū)隧道地質(zhì)條件大都復(fù)雜多變，特別是洞口段圍巖一般較為破碎，地質(zhì)條件差，開挖邊仰坡又破壞了山體原有平衡，因此洞口往往是地質(zhì)條件極為復(fù)雜的地段。采取有效的施工方法實現(xiàn)順利進(jìn)洞，對于確保隧道施工和運營安全具有至關(guān)重要的作用。

　　國內(nèi)外工程技術(shù)人員都非常重視隧道洞口段的施工，許多國家的隧道設(shè)計、施工規(guī)范中，都對洞口段的設(shè)計與施工設(shè)有專門條款。近年來國外大多提倡隧道進(jìn)洞順延山坡坡度，盡量不擾動洞口段巖體的穩(wěn)定性，采取無洞門的“趨自然狀態(tài)”形式。國內(nèi)設(shè)計和施工時著重強調(diào)“早進(jìn)晚出”及“保持邊仰坡穩(wěn)定”，要求及時施做洞門，通常采用在預(yù)加固結(jié)構(gòu)保護(hù)下進(jìn)行施工。

　　水昭(水富至昭通)段位于國家“九五”重點工程—內(nèi)昆鐵路北段，其間共有94座隧道，總長約121 km，其中36座隧道位于巖堆體中。洞口段大多埋深淺且位于巖堆、滑坡、順層、泥石流溝、厚層碎石土、塊石土、堆積層等不良地質(zhì)地段。由于地質(zhì)復(fù)雜，有關(guān)專家把該段稱為“地質(zhì)百科全書”。施工時，又適逢長期雨季，為隧道洞口施工增加了很大的難度。針

　　對以上特點，進(jìn)行統(tǒng)籌安排，依靠科技，精心組織施工，實現(xiàn)了94座隧道的順利進(jìn)洞。

　　本文將著重對水昭段隧道洞口段的開挖方法、支護(hù)措施、施工要點等進(jìn)行總結(jié)和分析。

　　2 洞口段主要預(yù)加固措施

　　根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，洞口施工大多是在預(yù)加固的支護(hù)系統(tǒng)下進(jìn)行的，尤其是在淺埋、偏壓、破碎、軟弱、地下水豐富并具有軟弱夾層、順層等極易發(fā)生滑移、坍塌的地段，更需要采用綜合預(yù)加固體系。水昭段隧道洞口段采用的預(yù)加固措施主要有地表錨桿加固、抗滑樁、擋土墻、錨索(樁)、減載、填土反壓、地表注漿、超前錨桿、大小管棚、預(yù)注漿、套拱、水平旋噴樁、錐形短樁加固隧底等方式。

　　2.1 常用預(yù)加固措施

　　常用的預(yù)加固措施在施工中已得到廣泛應(yīng)用，在此僅列出施工參數(shù)(表1、表2)。

　　2.2 水平高壓旋噴法

　　水平高壓旋噴法(圖1)是針對淺埋隧道圍巖破碎段嚴(yán)格限制拱頂下沉而采用的新技術(shù)。這項新技術(shù)的主要原理是：在隧道開挖前采用特殊機(jī)械鉆孔，利用超高壓(400---600 MPa)流化劑向管體內(nèi)高壓噴射水泥漿液，使其在掌子面前方沿拱部外輪廓線形成高強度的拱狀剛性圓柱體，從而減輕地表傳到掌子面和支護(hù)上的荷載，起到控制地表下沉和掌子面坍塌的作用。

　　主要施工工序

　　(1)平整鉆機(jī)場坪，根據(jù)圍巖穩(wěn)定程度確定兩側(cè)邊坡開挖坡率，一般采用1:0.2；采用網(wǎng)噴防護(hù)，混凝土噴射厚度為10 cm;采用邦鋼筋，間距20 ~25 cm深用必22短錨桿，L=1-V1.5 m，間距1.5 m,梅花型布置。

　　(2)開挖上部，在洞口2m段采用"4 2超前小導(dǎo)管注漿(設(shè)2環(huán)，外插角150，每根長3.5 m，環(huán)向間距0.4 m)和噴錨支護(hù)，架設(shè)格柵鋼架，掌子面開挖成1:0. 2的斜坡面，噴射混凝土(10~20 cm)封閉，并加設(shè)25 cm X 25 cm鋼筋網(wǎng)，在拱部范圍內(nèi)以30^-60cm間距布設(shè)X40 cm鉆孔。同時進(jìn)行旋噴試

　　驗，確定最佳的旋噴速度、拔出速度、旋噴壓力等參數(shù)。

　　(3)鉆機(jī)就位后，在預(yù)加固范圍內(nèi)分段鉆孔，每段長度為10~20m，鉆孔盡量平行隧道軸線，最大外插角不大于7}。鉆孔完畢，開啟旋噴裝置，自孔底噴射漿液，邊噴邊旋轉(zhuǎn)，采用后退法旋噴注漿，注漿壓力由小增大，注漿量由大變小。距孔口2m范圍內(nèi)不旋噴，以防止損壞工作面。當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計值時，停止旋噴。旋噴材料采用425“普通硅酸鹽水泥，水灰比為1 " U.8^'1.5 " 1.0，旋噴壓力為5 ~,3;>MPa(壓力根據(jù)地質(zhì)情況、旋噴孔深度等調(diào)整)，單孔注漿量按照為旋噴孔直徑，I.為旋噴孔深度)計算。

　　(4)拔出噴嘴，用木栓塞住鉆孔口，防止?jié){液流失。同時對注漿過程中的記錄予以整理、分析、總結(jié)，并調(diào)整制定下一段旋噴注漿參數(shù)。

　　(5) 5~7天后，漿液固化，強度達(dá)1. 5~2.0MPa時進(jìn)行開挖，進(jìn)尺控制在1~2m，采用噴錨、格柵鋼架支護(hù)，進(jìn)人一下一開挖循環(huán)。

　　(6)兩次旋噴段的搭接長度不小于2 m。

　　實際施工過程中通過對地面沉陷及洞內(nèi)支護(hù)變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，水平旋噴法拱部加固對控制淺埋段拱頂位移非常有效。開挖下部臺階時，采用常規(guī)支護(hù)參數(shù)支護(hù)的邊墻、仰拱有局部開裂現(xiàn)象。

　　2.3 注意事項

　　(1)在圍巖特別差的地段，本著“寧強勿弱”的原則，在確定施工方案前應(yīng)優(yōu)先對大管棚、水平高壓旋噴法、小管棚等方法進(jìn)行比選，避免采用一般加固措施帶來的隱患。

　　(2)采用預(yù)加固措施后，施工中發(fā)現(xiàn)有邊墻開裂、仰拱隆起現(xiàn)象，說明拱部加固后，邊墻、仰拱受力增大，因此，施工中在進(jìn)行拱部預(yù)加固的同時應(yīng)加強邊墻、仰拱支護(hù)強度，如增加錨桿的數(shù)量和長度、增設(shè)格柵鋼架及先行施做仰拱等措施。

　　(3)在采用水平旋噴法施工中，控制漿液水灰比、旋噴壓力、單孔旋噴量等是決定該施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在，而在注漿前通過試驗確定有關(guān)參數(shù)是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

　　3 洞口段施工方法

　　目前國內(nèi)對洞口段的設(shè)計大多考慮了預(yù)加固措施，但對施工方法不夠明確，施工規(guī)范也僅簡單闡述了洞口的施工原則。筆者認(rèn)為，施工方法的選擇對洞口防坍和施工安全具有重要作用。

　　在制定內(nèi)昆線隧道洞口段方案時，充分考慮了地質(zhì)和施工條件、埋深和斷面尺寸、圍巖類別、坡面情況、地表建筑物結(jié)構(gòu)、地下水及氣候條件、施工進(jìn)度與圍巖承載拱形式的關(guān)系、材料供應(yīng)、隊伍施工水平、方案經(jīng)濟(jì)性、工期要求、突發(fā)事件應(yīng)對措施等因素，主要采用了正向施工法和反向施工法兩種方式。

　　3.1 正向施工法

　　正向施工法包括臺階法和分部分區(qū)法兩部分。

　　(1)臺階法適用于B,班類圍巖且含軟弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段，配置有簡易開挖臺架、支架式風(fēng)鉆、小型運輸設(shè)備。特點是:隨著臺階長度的縮短，拱頂位移、地表沉降等明顯減小，根據(jù)圍巖破碎程度，可調(diào)整臺階長度。

　?、匍L臺階法.上臺階超前5倍洞跨，但不宜大于60 m，主要應(yīng)用在單線隧道淺埋段、短隧道和位于8度地震區(qū)的隧道施工。特點是：施工干擾小，通風(fēng)設(shè)備簡單，三管兩線布置方便，抬高開挖斷面可較為準(zhǔn)確地探明前方地質(zhì)情況，便于下臺階調(diào)整施工方法。

　　②短臺階法.上臺階超前小于5倍洞跨，但大于5m，主要應(yīng)用在單線隧道類圍巖段、軟弱偏壓段、雙線隧道淺埋段且工期要求不緊張時。特點是:進(jìn)尺較短，支護(hù)及時，可探明前方地質(zhì)情況，但施工干擾較大，翻碴工作量大。

　?、鄢膛_階法.上臺階超前不大于1倍洞跨或3^-5 m，主要應(yīng)用在多線隧道軟弱淺埋段或偏壓段及受地表建筑物影響的單線隧道。特點是:隧道穩(wěn)定性明顯增加，拱頂位移、地表下沉減小，圍巖變化時容易變更施工方法，但施工干擾大，管線布置困難。

　?、芰艉诵耐练?由臺階法變化而來，上臺階超前2倍洞跨，主要應(yīng)用在采用短臺階法開挖遇到土質(zhì)、涌水、掌子面坍塌等段落。特點是:施工方法調(diào)整不大，在遇到短距離圍巖變化時可優(yōu)先采用，能較快提高施工的安全性，但工序增多，進(jìn)尺較短(一般不超過1 m)o

　　(2)分部分區(qū)開挖法

　　主要應(yīng)用于軟弱圍巖中大跨多線淺埋洞口段或‖一I類圍巖土質(zhì)松軟段。特點是:先固后挖，支護(hù)必須牢固可靠、施做及時，施工過程中，必須對中壁進(jìn)行支護(hù)，開挖仰拱時應(yīng)采取有效措施防止邊墻受擠內(nèi)移。中壁支護(hù)是此法的關(guān)鍵技術(shù)，一般采用X22錨桿(1. 5)-3 m),噴混凝土(10~20 cm)、四肢小25格柵鋼架、18”工字鋼橫撐等支護(hù)。

　　該方法由傳統(tǒng)的蘑菇形開挖法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、品字形導(dǎo)坑法等演化而來，同時考慮了復(fù)雜的地質(zhì)條件、大跨隧道的施工難度、施工技術(shù)水平等，施工中主要采用單側(cè)壁導(dǎo)坑和雙側(cè)壁導(dǎo)坑兩種形式。

　　①單側(cè)壁導(dǎo)坑法(即CD法或CRD法).適用于圍巖較差、地表沉陷難于控制或淺埋多線隧道。特點是:單側(cè)導(dǎo)坑超前，中壁和另側(cè)正臺階法施工，極大地降低了拱頂和邊墻位移，但仰拱為薄弱環(huán)節(jié)，施工中易出現(xiàn)開裂，且圍巖變化時不易調(diào)整施工方法。

　　主要施工工序:單側(cè)導(dǎo)坑超前一臺階法開挖~開挖拱部(進(jìn)尺不超過1. 5m)~自進(jìn)式G32錨桿、格柵鋼架、噴混凝土支護(hù)一中壁支護(hù)一拱腳架設(shè)工字鋼一開挖下部~初期支護(hù)~中壁支護(hù)~邊墻腳橫撐一仰拱開挖~灌注仰拱混凝土~灌注邊墻混凝土~灌注拱部混凝土~下一個循環(huán)。

　?、陔p側(cè)壁導(dǎo)坑法(即眼鏡法).適用于淺埋大跨、地表下沉量要求嚴(yán)格、圍巖特別差的多線隧道。特點是:采用小型機(jī)械，對圍巖擾動小，安全可靠，但工序復(fù)雜，速度慢，管線布置困難，造價高，適合在三線隧道困難段使用。施工中既要拉開工序，又要防止圍巖暴露過久而松弛坍塌，故兩側(cè)壁導(dǎo)坑平行掘進(jìn)時保持7 ^' 10 m的距離。采用側(cè)壁導(dǎo)坑短臺階法施工，臺階長度不超過3m。下臺階施工到lOm時，開挖邊墻腳，灌注墻腳混凝土;當(dāng)強度達(dá)到2. 5MPa時，灌注墻身混凝土;強度達(dá)到70%時，開挖上半斷面，隨開挖隨灌注拱部混凝土;隨后開挖核心土和仰拱。

　　3.2 反向施工法

　　適用于橋隧相連處或洞口外為懸崖陡坎段以及無施工場地、且邊仰坡覆蓋層極度破碎的隧道。為盡早完成洞口段工程，在進(jìn)行洞口段地表預(yù)加固和施工相臨橋臺的同時，增設(shè)橫洞，開挖至正洞里程，反向挑開洞口。特點是：可以與邊仰坡封閉、橋臺施工同時進(jìn)行，避免直接接觸破碎的邊仰坡，但增加了施工費用。

　　4 結(jié)束語

　　隧道洞口段施工對于隧道施工的重要性顯而易見，按照新奧法理論，初期支護(hù)及預(yù)加固措施是隧道結(jié)構(gòu)的一部分，而二次襯砌僅起安全儲備和飾面作用，因此重視預(yù)加固措施和初期支護(hù)對隧道施工是工作之本。各項措施不是孤立存在的，根據(jù)圍巖情況、施工環(huán)境、工期要求等進(jìn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性比較，因地制宜采取綜合手段才是確保施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在。綜合起來，內(nèi)昆線隧道洞口段施工有以下經(jīng)驗可供借鑒：

　　(1)重視各項準(zhǔn)備工作.進(jìn)洞前施工單位制定完整的進(jìn)洞方案(場地布置、預(yù)加固措施、施工方法等)，方案經(jīng)審核批準(zhǔn)后開工，施工中不得隨意變更方案。重點隧道配備專職地質(zhì)技術(shù)人員，及時掌握地質(zhì)變化情況，并提出施工建議。

　　(2)貫徹“早進(jìn)晚出”原則，盡量減少對邊仰坡的擾動，提倡“趨自然狀態(tài)進(jìn)洞”，盡早完成洞口周圍排水系統(tǒng)。邊仰坡處理與路基施工、場地布置、便道施工、橋涵工程統(tǒng)一安排。

　　(3)先固后挖，嚴(yán)格執(zhí)行“先治水，管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，弱爆破，強支護(hù)，早封閉，勤量測，搶做門”27字方針。

　　(4)襯砌盡量先墻后拱，不提倡先拱后墻，有仰拱的必須先做仰拱，盡早成環(huán)。

　　(5)洞口段采用臺階法施工時，盡量縮短臺階長度以確保隧道穩(wěn)定性。

　　(6)對于偏壓、淺埋的多線隧道，優(yōu)先采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，在地表預(yù)加固措施到位的前提下，可考慮采用臺階法。

　　(7)拱部采取預(yù)加固措施的同時，加強對邊墻及仰拱等部位的支護(hù)措施。

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文章來源： 永年加固公司
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