双脖山隧道入口浅埋段进洞施工技术

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一、工程概况

双脖山隧道位于辽宁省庄盖高速公路庄河市境内，公路等级为高速公路，采用分离式单向行车双车道隧道（上下行）。隧道净宽10.45m，净高7.10m，洞口开挖宽度12.50m，开挖高度10.25m。隧道全长610米，采用削竹式洞门。隧道进口47米为浅埋，埋深最浅处为0.9米，洞口处为强风化变质砂岩，地表上覆盖粘土及松软土。洞口地形右高左低，属缓坡地貌地形坡角在15°～32°，洞口左侧有一条季节性流水沟谷顺线路方向发育，平常无水。

进洞施工方案

隧道洞口段是隧道施工的薄弱环节，洞口上方为强风化砂岩，主要为坡积土和冲积土层，靡凌破碎，夹泥量大，大部分富水，有的成饱和状态，在大雨季节汇水非常大，表层植被因施工破坏后形成小型泥石流，水土非常容易流失，而且洞顶覆盖层很薄，在洞口左侧拱腰偏上部位覆盖层仅90cm厚，且有偏压现象，大部分位置覆盖厚度为2m左右，为典型的隧道浅埋段。洞内围岩为强风化，夹泥，加上山坡汇水面积相当大，开挖后地表水直接渗入洞内，使得超挖及跨塌非常严重，洞口段施工条件相当困难。

根据特殊条件，决定对双脖山隧道洞口施工分如下几项工作来进行：洞口段开挖及防护、辅助施工（管棚施工）、洞内初期支护、围岩超前地质预报4个方面，并结合开挖控制爆破，运用围岩量测技术，加强监测，保证了洞口的施工安全。

1、洞口段开挖及防护

（1）边仰坡开挖：全站仪测量放样，根据实际地形情况，在边仰坡开挖前及时进行截水沟施工，将地表水从截水沟排出，确保边仰坡稳定，避免雨水冲刷坡面。利用挖掘机至上而下逐段开挖坡面，每层高度控制在2米左右，没开挖一层必须检查边仰坡坡比，控制坡面成型，清除洞口有可能滑塌的表土，局部人工配合修整。

（2）洞口边仰坡刷坡完成应及时进行检查，检查合格后为保证山体稳定，对边仰坡部分山体以及洞口段范围的洞顶土体进行整体性防护，采用Φ22砂浆锚杆，锚杆按1米梅花形布置，挂Φ8钢筋网（20cm x 20cm），钢筋网与锚杆焊接成整体，挂网完成后喷射C20混凝土15cm厚，封闭洞口边仰坡坡面。

2、辅助施工

为了便于施钻和提高钻孔精度，在明暗挖交界处施作C25砼套拱，套拱径向厚度0.6m，底部纵向长度2.09m，顶部纵向长度2.85m。管棚施工：管棚施工前，利用核心土作为工作平台直接架设上断面套拱钢拱架，拱架设置3榀，导向孔内预埋38根φ127×5mm钢管作导向管，钢管长2.09-2.85m。钢管轴线与隧道轴线夹角为1°，钢管中心线距开挖外轮廓线30cm,在拱架上支模浇筑套拱混凝土。钢拱架及定向钢管在安装过程中位置必须准确，以免侵入洞门及衬砌净空。管棚超前支护采用Φ89*6无缝钢管,环向间距40CM，单根长19米，共设一环。

钻孔采用风动潜孔钻，严格按照测量方向施钻，确保管棚施做精度。钻孔时及时对孔内吹出岩粉及土样进行分析，对探明洞内地质情况提供依据。钻孔完成后应及时顶入钢管，钢管视地质情况采用挖机顶入，钢管必须顶入设计深度，如遇塌孔应拔出钢管重新钻孔。大管棚有关参数

ａ.大管棚材料：为Φ89×6㎜热轧无缝钢管。管壁加工注浆花孔，孔径Φ8mm，间距15㎝，一周4排呈梅花形布置。

b.管棚环向间距为40cm。

c.管棚仰角为1°。

d.注浆参数

注浆采用水泥-水玻璃双液浆，根据以往施工经验暂定以下参数，施工时根据实际情况由试验室试验确定。

水灰比：水：水泥=1：1

水泥、水玻璃浆体积比：1：0.5

注浆初始压力0.5～1.0Mpa，终压1.5Mpa

浆液初凝时间：60～300S

浆液扩散半径：R0=40cm

注浆后用10号水泥砂浆充填。

e.止浆

注浆口管棚和导向管间隙采用CS麻丝胶泥堵塞后，用电焊封死。

钢管外漏端头用钢板焊接封堵，钢板中间焊接注浆用八分管，并安装球型止水阀门。为了保证钢管注浆饱满，注浆注意事项

（a）注浆前检查注浆泵、管路及接头的牢固程度，防止浆液冲出伤人。

（b）注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理。

（c）注浆注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆要停止注浆，分析原因随时解决。

（d）注浆时先注单号孔,后注双号孔。

（e）做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。注浆时严格按照从下至上的顺序分错进行压注，待第一次结束2小时后，在对检查孔进行注浆。

管棚施工（图1）

3、施工工艺

3.1地表加固

隧道进口5m段左侧拱腰处埋深仅90cm左右，为浅埋并且存在偏压现象，隧道成型后极易引起拱顶岩层冒顶，或者在爆破工作中因冲击波影响造成岩体失稳，进洞前必须对洞顶范围岩体进行加固，防止开挖后造成坍塌，保证洞口段施工安全，加上喷射混凝土喷面，形成隔水层，使得地表汇水顺着临时排水排走，不致渗入岩体影响施工安全。具体方案如下：1、锚杆采用Φ22钢筋，间距1.0m×1.0m,梅花形布置,注浆水灰比1：1；2、锚杆施工后，用Φ8钢筋挂钢筋网，钢筋网间距20cm×20cm，网片与锚杆绑扎联结；3、采用C20喷射混凝土封闭该范围坡面，而在洞口仰坡坡面先初喷一层C20混凝土3cm-5cm厚，封闭岩面后挂钢筋网，再喷一次喷至设计厚度。

3.2洞身开挖

隧道开挖采用“短进尺、弱爆破”，辅以人工和挖掘机开挖，开挖方式采用上下台阶法开挖法，上台阶开挖高度为6m，一次开挖高度超过覆盖层厚度（洞口近距离覆盖层厚度仅为0.9m～5m，因此开挖时必须对炸药用量及开挖进尺进行合理的计算和控制。为保证上台阶开挖不会出现冒顶和塌方现象，开挖每循环炮眼深度控制在1m以内，采用先掏槽，后周边的爆破方法，爆破进尺控制在80cm以内，可加大开挖临空面和减少对拱顶覆盖层的作用力。

上台阶每循环开挖完成后马上喷射混凝土进行封闭，保证不落石不掉快后，再架立工字钢拱架，施作初期支护。

3.3围岩监控量测

围岩监控量测是指导施工、确保安全的重要手段，通过施工前和施工中收集的数据和工程地质资料，及时分析判断爆破后围岩松动范围及围岩与初期支护受力的稳定状态，预测变形的发展趋势，预报险情，以指导安全施工，指导开挖作业与支护作业。围岩量测的项目有以下几项：

1、水平位移收敛量测

每循环开挖完成后，在每个断面拱脚处布一对测点，用专用收敛仪量测。

2、拱顶下沉

每循环开挖完成后，每个断面拱顶处设一个点，用水准仪和塔尺进行测量。

3.4拱顶地表下沉

在隧道地表拱顶部位每1m做一个观测点，用水准仪和塔尺进行测量。

三、地质预报

为了及时掌握开挖面前方地质情况，根据需要采用如下地质预报措施，以便指导施工，保证安全。

1、长距离预报。采用TSP-202超前地质预报系统(即地震雷达)，在开挖段布置地震探测的激发和反射波接收装置，根据地震反射波的强弱等判断隧道前方岩体的破碎程度和范围，还可探测溶洞、地下水等情况。

2、中距离预报。利用地质钻钻孔取岩芯，钻孔深度30--40m，可准确预报前面围岩和地下水情况。

3、短距离预报。利用钻孔台车在开挖面钻Ф102大孔，深10--15m。根据钻孔的岩屑、钻速、水质等变化情况，综合判断预报前方地质及水文条件。大孔还可作爆破掏槽大空孔。

四、结语

隧道施工宜“早进晚出”，即在保证安全生产的原则下越早进洞越好，越晚出洞越好。隧道洞口段施工是工程的关键环节，尤其浅埋隧道能保证洞口安全进洞，不但是整个工程进出的要道，也为隧道施工安全提供了保证。

洞口开挖除必须保证洞口稳定外，还必须考虑爆破开挖对岩体破坏而引起丧失承载力坍塌的问题。桃花源隧道洞口段埋深浅、浅埋段长、开挖断面较大且存在偏压现象。通过对该隧道洞口段施工结果来看，既保证了安全进洞，又保证了洞内施工安全，效果良好。

1.浅埋、大断面、不良地质条件的隧道施工应坚决执行“管超前、短进尺、弱爆破、强锚喷、快封闭、勤量测、早成环”的施工原则。

2.超前管棚支护及超前注浆加固地层时隧道能否安全开挖的关键。

3.选择精良的管棚、注浆、喷锚机械设备是提高支护体系质量，实现有序、快速施工的保证。

4.超前及锚喷支护施作质量的提高，可以选择高效的开挖方法，减少开挖步骤，减少工序间的相互干扰，提高了施工进度。

5.地质预报工作是确定合理、有效支护技术参数的重要依据。