巨口隧道单向掘进小导洞出洞施工技术
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【摘 要】本文结合巨口隧道单向掘进超前小导洞出洞方案实例，介绍在地质及环境条件受限条件下，采用小导洞出洞后反向扩挖的施工技术避免了直接出洞的安全风险，并对施工过程中遇见的问题及注意事项进行分析探讨，为类似隧道工程施工提供参考。
【关键词】单向掘进隧道;超前小导洞出洞;反向扩挖
1.工程概况
巨口隧道为双线隧道，隧道起止里程为DK717+950～DK718+365.32，全长415.32m。隧道出口明暗交界里程为DK718+349.32。隧道出口位于陡坡之上，且下方为当地公路。受地形限制，隧道出口便道修筑困难，无法开辟工作面，相连标段桥台施工也需利用本隧道作为运输通道，故本隧道采取由进口往出口方向单向掘进施工。
隧道出口表层为第四系残坡积（Qel+dl）粉质黏土，硬塑，厚1～2m。下伏J3n凝灰熔岩，全风化～弱风化，全风化厚3～10m，强风化厚3～5m，下为弱风化，岩质较硬，节理裂隙发育。地下水为基岩裂隙水，较发育。节理面倾向洞外，覆盖层较薄，施工时需加强支护及防排水措施，坡面有风化岩块散落，施工前应对危石进行清除或进行加固处理。
2.施工方案的确定
巨口隧道出洞前采用台阶法开挖，上台阶施工至里程DK718+340，下台阶施工至里程DK718+305，即进入Ⅴ级围岩出洞段。巨口隧道出口洞口段为浅埋地段，且地表边坡较陡，为确保洞口出洞安全和边坡稳定，采取短进尺、强支护、弱爆破、勤测量设计原则。原设计采用三台阶临时仰拱法加超前小导管支护直接出洞，由于超前支护在大里程侧为浅埋偏压软弱围岩，掌子面受爆破扰动后极易失稳出现塌方，极易给下方公路交通造成重大影响。因此，根据现场详细踏勘及综合各方因素分析，必须严格控制开挖断面，防止出现失稳塌方，采用超前导洞先出洞后，在做好边仰坡防护再反向扩挖成洞，可以很好解决这一难题。同时在施工过程中加强监控量测，以数据指导施工，最大限度地控制安全风险。具体施工顺序：超前导洞出洞—出口边、仰坡支护—反向扩挖成洞。
3.施工步骤
3.1超前导洞出洞
DK718+340～DK718+349.32采用导坑法开挖至贯通里程DK718+349.32，根据现场围岩情况并考虑贯通后机械设备及风水管能直接到达出口，提供施工通道，超前导洞断面尺寸拟定为4m*5m，为有利于结构稳定导洞顶部采用半径2.5m圆弧设计。同时考虑后期扩挖操作空间及增大超前导洞覆盖层，导洞顶距正洞拱顶预留1.5米。超前导洞加强支护设计考虑到出口段围岩较差，围岩破碎，裂隙发育，地下水丰富，自稳时间较短，早期围岩压力增长快等不利因素，为了抑制围岩过大的变形，在超前小导管预支护条件下，开挖后采用锚杆、钢筋网联合喷射混泥土初期支护基础上增加格栅钢架加强支护，确保围岩及出口处边仰坡稳定。支护参数为：锚杆采用Φ22砂浆锚杆L=3m,间距1.5m×1.5m梅花形布置，喷射混凝土为C30喷射砼，厚25cm，钢筋网采用?准6mm，网格20×20cm。在锚网支护的基础上增设?准22@160格栅钢架支护，钢架间距100cm, 两榀钢架之间设置?准22纵向钢连接钢筋，环向距离1米，钢架连接采用螺栓上紧，其拱脚及底脚置于基岩上，不能有悬空现象，并用锁脚锚杆将钢架与岩体紧密焊接。导洞开挖及支护尺寸设计见图一：
图一 超前导洞加强支护断面图
导洞拱顶超前支护采用?准42超前导管，导管长4m，间距40cm，纵向间距搭接不小于1m。导洞超前支护设计详见图二。
图二 超前导洞超前支护断面图
导洞格栅钢架加强支护设计详见图三：
图三 加强格栅钢架轮廓
3.2出口边、仰坡支护
隧道贯通后，立即进行出口边、仰坡的开挖支护，隧道出口边坡及回填后的仰坡采用骨架护坡，隧道再次进暗洞前应对拱顶开挖线外2～3m范围采用喷锚网防护，同时对临时边坡采用喷锚网防护，锚杆采用?准22砂浆锚杆，L-4m，间距1.5×1.5m梅花形布置，钢筋网采用?准8钢筋，网格25cm×25cm，喷射混凝土采用10cm厚C25网喷混凝土。对洞口段存在危岩落石，设计考虑对部分危岩落石进行清除，并进行M7.5浆砌片石嵌补及锚索加固处理，并按设计设置被动SNS防护网，网高5m、长60m。
3.3反向扩挖成洞
待出口边、仰坡施工完毕后再由DK718+349.32反向施作双层小导管后，按设计三台阶临时仰拱法扩挖施工至设计断面。扩挖过程中应严格遵守短进尺、强支护、弱爆破、勤测量原则，围岩破碎且因超前导洞增加临空面，扩挖时开挖进尺控制在0.6米左右，如需爆破需预裂爆破，尽量减少对围岩扰动。周边岩间距控制在30cm,辅助眼控制在45cm左右，严格控制装药量，对爆破后少量欠挖采用人工风镐凿除。开挖后及时按设计做好支护，确保洞身稳定。
4.监控测量
4.1洞内监测
围岩及支护状态观察：采用观测的方法，对围岩的岩性、岩质节理裂缝发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落、掉块现象、有无漏水等；初期支护状态包括喷层时候产生的裂缝、剥离和剪切破坏、钢支撑是否圧屈等。观察分析，一一进行描述、记录，以此作为支护参数选择的参考与量测等级选择的依据。
拱顶下沉、周边位移及收敛量测应布置在同一断面，导洞内监测断面间距加密至5m。拱顶下沉量测测点布置应在拱顶。周边位移量测点以初期支护上个点的绝对位移为主，同时增加水平及斜向收敛量测，以便校核水平位移结果。
拱顶下沉、周边位移及收敛量测在开挖后尽早进行，拱顶下沉、收敛量测起始度数宜在12h内取得，其他量测读数在开挖24h内且在下一循环开挖前读取。测点应牢固可靠，易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。沉降较大时，应加大观测频率。
4.2地表监测
洞口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段施工安全，应进行地表沉降监测。地表浅埋段设置地表观测点，观测点与洞内量测点尽量布置在同一断面上，以便反应量测数据的关联性，地表量测断面间距为5m，每个量测断面上测点为2m，每日量测两次。
每日对观测数据进行统计分析，特别是洞口范围内外监测数据，要进行综合分析，通过分析成果及时反映围岩下沉、收敛动态，正确指导施工，及时调整支护参数。
5.安全控制
为了将不可测因素掌握在可控范围之列，保证工程安全顺利的完成施工前制定安全生产措施及应急预警方案，设立专职安全员，分班组实施24h跟班制度。加强安全技术交底工作，同时加强与相邻标段沟通协调。由于巨口隧道出口处与武步溪特大桥0#台人工挖孔桩交叉施工，故当隧道贯通施工前，应先将出口危石清除，按设计做好出口防护工程，施工坚持弱暴破短进尺原则，并及时通知武步溪特大桥0#台挖孔桩施工人员，做好安全防护措施。同时应做好隧道出口下方当地公路的警戒防护工作，确保施工安全。
6.施工注意事项
(1)施工前安排专人对洞口围岩进行观察，对存在的安全隐患及时采取加固措施。
(2)开挖出洞时应加强陡坡下方道路协调及安全防护措施，并在洞口附近设置防护网，确保道路通行安全。
(3)小导洞施工过程中，每循环钻眼时增加2~3个探眼，探眼深度5m，探明具体剩余距离，便于安全出洞。
(4)在爆破后进入掌子面施工前，应先对掌子面周边围岩进行详细调查，将因爆破震动产生的危石清理干净后方可继续进行正常施工。
(5)开挖后及时进行初喷和初期支护，并加强对掌子面附近围岩的巡回找顶工作，以防落石伤人。
(6)出洞时应加强监控量测及超前地质预报，步步为营，稳扎稳打，及时支护，确保施工安全。建立安全施工保证小组，并对洞内外作业进行24h巡查，确保施工安全。
7.结语
巨口隧道单向掘进、小导洞出洞及反向扩挖施工，已在巨口隧道软弱围岩且为浅埋偏压的出洞施工中成功实施。取得成功关键在于严格按照既定的施工方案进行施工，并坚持了“短进尺、强支护、弱爆破、勤测量”施工原则。通过对本工程从方案确定到实施全过程的总结，希望为今后类似工程再采用单向掘进小导洞出洞的施工提供借鉴参考。
【参考文献】
［１］《巨口隧道设计图》图号：合福施（隧）185.中铁第四勘察设计院集团有限公司,2010,06.
［２］《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设[2010]241号.