２０１３年第２期 黑龙江交通科技 Ｎｏ．２，２０１３ （总第２２８期） ＨＥＩＬＯＮＧＪｌＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２２８） 高速公路隧道工程洞口段施工技术及施工监测分析 颜克欢 （怀化市公路桥梁试验检测有限公司） 摘要：以湖南吉首一怀化高速公路南山寨隧道工程为依托，对南山寨隧道洞口段施工特点进行了探讨，并 对洞口段的进洞方案进行了设计，分析了南山寨隧道洞口段的施工监测结果，监测结果表明：围岩变形值和 变形速率较大，对其监测３０ ｄ左右后，围岩变形逐渐稳定下来，而变形主要是由开挖洞口段隧道上台阶所引 起，甚至连拱顶沉降在开挖下台阶至量测断面时都超过总沉降的５０％，隧道水平收敛值经历了“急剧变化一 波动一基本稳定”的过程。 关键词：高速公路隧道；洞口段施工；监控量测 中图分类号：Ｕ４４５ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１３）０２～００８９—０２ １工程背景 （４）洞门施工 吉怀高速公路南山寨隧道为长隧道，左线位于公路测设 隧道洞门建筑设计和洞门形式分别采用墙背回填料与 里程ＺＫ１０２＋５０５一ＺＫ１０３＋７４０，右线则位于公路测设里程 明洞一样的ｃ。。混凝土端墙和削竹式。进行洞门施工必须在 ＹＫ１０２＋５００一ＹＫ１０３＋７４５。隧道洞室左线和右线分别长为 洞口明洞施工结束之后。在施工过程中，砂浆用机械现场搅 １ ２３５ ｍ和１ ２４５ ｍ，最大埋深分别为４４．２ ｍ和６Ｏ．５ ｍ。 拌，砌筑洞门墙采用挤浆法。 隧道施工工程量大，任务紧张繁重以及时间紧迫是在整 （５）洞内支护 条高速公路建设期间最为明显的特点。由于正、反方向缺乏 初期支护施工：选用中空注浆锚杆、药卷锚杆、钢拱架、 进洞条件而侧向的横向导洞又具备适度的修筑长度，并为确 钢筋网片、喷射混凝土和格栅钢架作为本合同段洞内初期所 保工期，以致只能变进洞为出洞，这样就只能采取修筑横向 需的支护材料。初期支护遵循开挖和支护同步进行的原则。 导洞和开挖左洞的方式，才能避免受到洞口不良地形的影 防排水工程：明洞衬砌外沿铺设土工布和防水板（双布 响，使洞口环境受到最周全的保护，防止爆破时掉落的石头 一膜），整个隧道埋设纵向排水管，可排水复合橡胶止水带 砸伤或损毁正在施工的人员和机械，这样才能提高进洞速 可设置在沉降缝、变型缝和环向施工缝处，并保持１０ ｅｍ的 度，并利用横向导洞作为出渣、通风等通道。 最佳间距，水将直接从明洞两侧纵向排水管排至隧道外，并 ２南山寨隧道洞口段施工特点分析 最后引入路基边沟中。 （１）进洞前施工 二次衬砌工程施工：在完成初期支护、防水卷材铺设施 采取以下工法和方式对南山寨隧道进行开挖。 工后再进行隧道的二次衬砌，为了避免仰拱施工影响二次衬 ①为加固进口段地表特实施注浆处理。 砌，仰拱至少超前二衬拱墙混凝土浇筑３０ ｍ。 ②为达到截排地表水体的目的，特修筑了截水沟和排水 ３南山寨隧道洞口段进洞施工方案 沟。 ３．１断面开挖方法 （２）暗洞进洞施工 采用上下台阶开挖法对南山寨隧道洞口段进行开挖，并 开挖隧道洞身，必须在洞口开挖成型之后进行，而且还 保持上下台阶２０ ｃｍ的错台。上下台阶开挖为ｘ隧道断面 要先对洞口进行加固，具体方案如下。 设计与开挖方案：（１）上台阶开挖。（２）上台阶初期支护。 ①在立模板浇筑ｃ 管棚混凝土套拱之前必须先架立四 （３）下台阶开挖。（４）下台阶初期支护。（５）仰拱及二次衬 榀钢对暗洞口进行支撑，钻孔之前也必须先保证套拱混凝土 砌浇筑。初期支护和结构设计分别为锚杆湿喷混凝土和复 强度达到设计要求。根据开挖轮廓线再对钢架的外轮廓线 合式衬砌，初期支护选用钢辅以支撑，如图１所示。 进行安装，安装钢拱架必须在隧道衬砌主体结构外。 ②长管棚注浆质量的前提条件和关键环节是钻孔精度。 采用的热轧无缝钢管的规格型号必须为１０８ Ｘ ６ ｍｍ，钢管 方向以及钻孔必须与水平面呈仰角，角度为１。一３。，且平行 于线路中线。管棚的数量保持在每环２７根，环与环之间的 距离以５０ ｅｍ为最佳。 ③长管棚注浆采用水泥水灰比为１：１的水泥浆液，注浆 压力以初压和终压分别为０．５—１．０ ＭＰａ和２．０ ＭＰａ为最 佳。为增强钢管刚度和强度，注浆完成之后用３０水泥砂浆 填充。 ④在长管棚套拱的掩护下，进行暗洞施工。 （３）明洞施工 采用明挖法对隧道明洞进行施工。鉴于场地较为狭小， 图１ 隧道设计断面与施工顺序 明洞施工前必须在暗洞施工结束后方能进行。采用模板台 ３．２洞口进洞方法 车拱墙整体浇筑法对明洞进行施工，先从暗洞口进行施工， 以隧道进洞方法分析为依据，初步拟定了开挖南山寨隧 然后再向洞外方向移动，待完成拱墙混凝土浇筑后再修筑防 道洞口段进洞的两种方案，具体方案如下。 水层，但在这之前必须将外模拆除。拱背填筑也要及时做 方案一：受侧向进洞开挖方式启发，既有中导横洞的进 好，对明洞拱脚以下部位和以上部位分别采用Ｍ， 浆砌片石 洞方式先对右洞进行开挖，右洞开挖一段距离后再从中开挖 和土石进行对称回填，回填厚度保持在０．５ ｅｍ以下为最佳， 中导横洞，左洞的开挖需利用中导横洞反向进行，左洞进口 分层夯实。 段的开挖采取以出洞代替进洞的方式进行，左洞进口段开挖 收稿日期：２０１２－０８—１２ ・８９・ 总第２２８期 黑龙江交通科技 第２期 完之后继续正向开挖左洞。 方案二：既无中导横洞进洞方式，正向开挖左、右洞。先 开挖右洞，右洞开挖一段距离后才开始正向开挖左洞进口 段，同时继续开挖右洞。两方案如图２与图３。 时，下台阶拱顶沉降量占总沉降量的５５％，达到３．４ ｍｍ。开 挖结束之后的短期内下台阶依然呈明显的下降趋势，但很快 平稳下来，总沉降量在６．１ ｍｍ左右浮动。 开挖出口段量测断面ＺＫ１０３＋７１０上台阶之后，有着较 大的拱顶沉降速率，连续几天出现小范围波动，因下台阶开 挖面的不断迫近明显增大，待开挖到量测断面时，其占总沉 降量的８３％，达到了４．３ ｍｍ，而开挖结束之后，其又经历了 先减小后增大的过程，但很快平稳下来，总沉降量在４．８ ｍｍ 左右浮动。 ４．１．２围岩收敛变化规律 图２隧道外围岩体示意图 （１）方案一 （２）方案二 图３隧道拟定开挖方案 在实际施工过程中，结合现场实际情况，具体情况如 下。 （１）处于偏压状态、位于山谷一侧以及较薄的覆盖层， 这是南山寨隧道左洞边界的主要特点。 （２）隧道通过两种围岩，隧道中部和进、出口段分别为 Ⅳ级和Ｖ级，且性质较差。在左洞进洞１２１周边爆破产生的落 石会伤害或损毁在路基和涵洞施工的人员和机械，由于大片 居民区导致隧道左线出口场地受限。而正向进洞难度又较 大，工程进度和施工安全受到严重影响。 因为出于对顺利和安全因素的考虑以及受到实际条件 限制，吉怀高速公路南山寨隧道现场施工只能采用方案一对 隧道洞口段进行施工。 ４南山寨隧道洞口段施工监测 ４．１拱顶沉降、围岩收敛监测结果分析 ４．１．１拱顶沉降变化规律 监测数据显示：开挖进１２１段量测断面ＺＫ１０２＋５３５上台 阶之后，在刚开始几天内拱顶沉降值比较大，而后出现小范 围波动，沉降值随着下台阶开挖面的不断迫近明显增大，当 开挖至量测断面时，下台阶拱顶沉降量占总沉降量的６０％， 达到２．８８ ｍｍ，下台阶开挖结束后几天内依然呈明显的下降 趋势，接着便很快趋于稳定，总沉降量４．７ ｍｍ左右浮动。 开挖出口段量测断面ＺＫ１０３＋７２０上台阶之后出现拱 顶沉降速率很大的状况，连续几天出现轻微波动，因下台阶 开挖面的逐渐迫近导致沉降值不断增大，当开挖至量测断面 ・９０・ 对进口段量测断面ＺＫ１０２＋５３５周边收敛时程进程监 测分析，得知因爆破震动和隧道开挖影响了水平收敛，导致 量测断面在结束上台阶开挖之后的短期内洞周收敛值增加 速率增大。等下台阶逐渐迫近监测断面时，收敛值减小，当 监测断面完成下台阶开挖后，收敛值先增大后减小，最终平 稳下来。最后收敛值和最大水平收敛值分别为一３．０３ ｍｍ 和一４．０７ ｍｍ。 以出口段量测断面ＺＫ１０３＋７１０、ＺＫ１０３＋７２０周边收敛 值为例，不难看出由于爆破震动和隧道开挖使水平收敛值产 生了较大的波动，以至于量测断面在上台阶开挖后短期内洞 周收敛值的增加速度加快。而当下台阶逐渐迫近监测断面 时，收敛值出现波动，待监测断面在完成上台阶开挖后，短期 内收敛值波动仍较频繁，并最终平稳下来。量测断面 ＺＫ１０３＋７２０最后收敛值和最大水平收敛值分别为一１．８２ ｒ啪 和一２．６ ｎｌＭ，而量测断面ＺＫ１０３＋７１０的最大水平收敛值和最 后收敛值分别为一１．３７ ｍｍ，一１．２８ ｍｍ。 ４．２围岩压力监测结果分析 （Ｉ）ＺＫ１０３＋７１０断面围岩与初支间土压力盒应力时程 曲线图。 （２）围岩压力分布特征。 （３）ＺＫ１０３＋７２０断面围岩与初支问土压力盒应力时程 曲线图。 （４）围岩压力分布特征。 ①量测断面开挖后的一礼拜左右内，初期支护和围岩的 压力增加速率在开挖初期非常大，具体表现两者间的接触压 力呈直线上升，但随着开挖的深入，其又逐渐趋于稳定。 （￣）ＺＫ１０３＋７１０ＺＫ断面围岩与初支间接触应力最大值为 ０．１５ ＭＰａ，位于拱顶位置，而ＺＫ１０３＋７２０断面围岩与初支间 接触应力最大值为０．３ ＭＰａ，同样位于拱顶位置。由于偏压 不明显，导致左洞出口段的围岩压力在左、右拱腰处只存在细 微差别，右拱腰处压力值比左拱腰处稍小。隧道上台阶开挖之 后，除了拱顶的增加幅度要较其他部位大，其围岩压力值也不断 明显增大，而其有所减小是在下台阶开挖之后，但变化幅度很 小，接着随着不断远离隧道开挖掌子面而趋于稳定。 ③也许因为６月份隧道所在地降雨时间过长，致使围岩 体内部应力增长，因此围岩压力值相应出现小幅度的增长波 动，具体表现为在六月份内有所波动，但逐步趋于稳定。 参考文献： ［１］王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论［Ｍ］．合肥：安徽教育出 版社，２００４． ［２］关宝树．隧道工程设计要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００３． ［３］ 李学森．东巨寺沟隧道洞口边坡、仰坡坍方处理［Ｊ］．铁道建 筑，２００２，（３）．