論山嶺區(qū)中短隧道“零開挖 單向出洞”施工工法在懷陽項目中的應(yīng)用

陳東陽

摘 ?要：目前在中短隧道施工中采用“零開挖，單向出洞”的施工工法較少，為打破傳統(tǒng)的隧道貫通方式，結(jié)合現(xiàn)場實際，取消設(shè)計長管棚，對洞口邊仰坡實現(xiàn)“零開挖，單向出洞”工法，該工法節(jié)約工程成本，技術(shù)可靠，安全和使用效果皆能滿足要求，節(jié)約工期，減小洞身初支結(jié)構(gòu)的變形，最大限度保護生態(tài)環(huán)境，對類似的工程具有重要參考意義，具有顯著的社會、經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：“零開挖，單向出洞”;工法特點;施工操作要點

中圖分類號：U455.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）22-0172-03

Abstract： At present， "zero excavation" is adopted in the construction of medium and short tunnels， and the construction method of "one-way exit" is seldom adopted. In order to break the traditional tunnel connection mode， according to the field practice， the design of long pipe shed is cancelled， and the construction method of "zero excavation， one-way exit" is realized for the slope of the entrance of the tunnel. This construction method can help save the project cost， reliable technology， safety and use effect can meet the requirements， shorten the construction period， and reduce the deformation of the initial branch structure of the tunnel. The maximum protection of the ecological environment has important reference significance for similar projects and has significant social and economic benefits.

Keywords： "zero excavation， one-way exit"; characteristics of construction method; key points of construction operation

前言

隧道按長度可分為特長隧道、長隧道、中隧道、短隧道。一般而言，單線長度在1000m以下的隧道，可稱為中隧道或短隧道。山嶺區(qū)中、短隧道，洞口段圍巖一般為V級圍巖，圍巖主要表現(xiàn)為全風化粉質(zhì)粘土、全風化粉砂質(zhì)土、全風化砂巖或全風化花崗巖，掌子面圍巖較干燥，不會出現(xiàn)涌水或突泥等特殊地質(zhì)情況。對于洞口段為V級圍巖隧道，為節(jié)約工程成本，可采用從一端向另外一端單向掘進，在洞口處實現(xiàn)單向貫通，即“零開挖，單向出洞”。

1 工程概況

懷陽高速公路TJ10標段（K91+500～K98+560）石眉山隧道位于云浮市郁南縣都城鎮(zhèn)境內(nèi)，屬中低山地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程80.5m～216.9m，最大高差約136.4m。山體自然坡度17°～35°，植被較發(fā)育。進、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，洞口進口段、出口右段偏壓淺埋隧址區(qū)兩端洞口附近僅有狹窄山路通過，通行條件較差，該隧道為V級圍巖段，根據(jù)掌子面圍巖情況，結(jié)合施工監(jiān)控量測和地質(zhì)超前預(yù)報結(jié)果，為確保出洞過程中的結(jié)構(gòu)、人員、機具安全，減小洞身初支結(jié)構(gòu)的變形，節(jié)約成本，工期成為本次施工的難點，重點。

2 方案設(shè)計

本工程為了節(jié)省工期，節(jié)約洞口臨建設(shè)施費用，采用雙層超前小導管替代設(shè)計長管棚，用保留核心土三臺階法進行開挖，單向掘進，直至在覆蓋層基本為零處貫通，實現(xiàn)“零開挖，單向出洞”，本工法具有以下特點：

特點一：考慮山嶺區(qū)隧道洞口段圍巖一般為V級圍巖，掌子面較干燥，采用雙層超前小導管作為超前支護措施。小導管規(guī)格型號為，長4.0m，在開挖支護過程中，每2榀鋼拱架打設(shè)一環(huán)，打設(shè)方式為第一環(huán)12°，第二環(huán)30°，第三環(huán)12°……，交錯施工，超前小導管壓注1：1水泥液漿。

特點二：根據(jù)隧道施工技術(shù)規(guī)范和施工作業(yè)標準化要求，隧道嚴禁在洞口處貫通。本施工工法采用單向掘進，采用保留核心土三臺階法開挖，直至在隧道的一端出洞，實現(xiàn)零開挖，單向出洞。

特點三：對于山嶺區(qū)雙向四車道隧道，在隧道洞口處，圍巖較差，一般為V級圍巖，本工法采用保留核心土三臺階法。該工法開挖斷面小，能保證施工安全，施工進度較快。

特點四：零開挖出洞要求在洞口地表覆蓋層基本為零處出洞，洞口基本沒有仰坡，只有少許邊坡需處理，大大減少了仰坡和邊坡的開挖量和支護工程量，既節(jié)約了工程成本，又極大限度的保護了生態(tài)環(huán)境。

特點五：運用本工法出洞，在隧道的出洞端，節(jié)省了施工便道工人生活區(qū)、加工廠、拌合站、空壓機房、倉庫、接通高壓電等大量的臨建設(shè)施。

3 “零開挖，單向出洞”施工操作要點

3.1 嚴格按照開挖方案施工

該隧道V級圍巖一般為全風化粉質(zhì)粘土、粉砂質(zhì)土或砂礫，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，節(jié)理裂隙發(fā)育。在開挖時，控制每循環(huán)開挖長度。上臺階逐榀開挖，中臺階每循環(huán)開挖不超過2榀拱架，下臺階每循環(huán)開挖不超過4榀拱架，仰拱開挖每循環(huán)不超過3m[2]。

3.2 控制開挖方式

為保證施工人員初期支護的安全，必須采用有效的安全防護措施進行施工，在對中、下臺階左右兩側(cè)的開挖中，必須交錯開挖，其安全距離不少于3m，來禁兩側(cè)對稱開挖。另對上、中臺階采用機械結(jié)合人工風鎬進行開挖，在開挖中若需要爆破，擬采用弱爆破，打淺眼、密眼、少裝藥、分次松動爆破。下臺階和仰拱采取弱爆破技術(shù)措施，結(jié)合機械開挖。在開挖中、下臺階時，盡量減少對上部支護的擾動。

3.3 雙層超前注漿小導管支護

雙層超前小導管的安裝和壓力注漿施工質(zhì)量關(guān)系到采取本工法施工的成功與否，因此需要注意以下四個環(huán)節(jié)[1]：

（1）保證超前支護小導管的數(shù)量。按設(shè)計圖紙中V級圍巖淺埋段支護參數(shù)規(guī)定的數(shù)量安裝超前小導管。本工法設(shè)計長管棚段落施工雙層超前支護小導管每2榀拱架打設(shè)一環(huán)。

（2）保證超前支護小導管的長度與壁厚。超前小導管規(guī)格為？準42×4mm，長4.0m的熱軋無縫鋼管，要保證小導管壁厚和長度。

（3）按本工法規(guī)定的角度打設(shè)超前支護小導管。本工法規(guī)定雙層超前小導管施打角度為：第一環(huán)12°，第二環(huán)30°，第三環(huán)12°，第四環(huán)30°……交替布置。且超前支護小導管末端與鋼拱架必須焊接起來。

（4）超前支護小導管必須壓力注漿。

本工法中超前支護小導管必須壓力灌注1：1的水泥漿，注漿壓力約1.5MPa左右，壓力灌注時水泥漿的注漿泵、注漿管與小導管必須進行可靠連接，確保其密封性。當壓力注漿完成后，在超前注漿導管底端進行封堵。

3.4 鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿施工要求

施工過程中嚴格按設(shè)計圖紙及相關(guān)規(guī)范要求進行施工，確保在開挖過程中、下臺階拱頂不發(fā)生較大的沉降，必須按設(shè)計要求施工系統(tǒng)錨桿，且在上、中臺階處增設(shè)一道鎖腳錨桿，增設(shè)的鎖腳錨桿的規(guī)格與設(shè)計圖紙規(guī)定一致，高度在第一道鎖腳錨桿上方50cm以內(nèi)，即本工法要求在中、下臺階處每榀鋼拱架要施工2道鎖腳錨桿。

3.5 安全距離控制

隧道V級圍巖必須嚴格控制各臺階長度和安全距離。上臺階長度3m～5m，中臺階10m～15m，下臺階10m～15m，仰拱距離掌子面不超過30m，二次襯砌距離掌子面不超過60m。

3.6 沉降量預(yù)留

由于要經(jīng)過上、中、下臺階和使初期支護仰拱開挖封閉成環(huán)（共4次），考慮拱頂實際發(fā)生多次沉降和初期支護平整度的影響，出洞過程中，建議預(yù)留沉降量按15cm控制。

3.7 鋼拱架拱腳控制

在施工上、中、下臺階初期支護時，必須保證鋼拱架的拱腳落到實處，若拱腳處有部分超挖，必須用等強度混凝土預(yù)制塊或片石支墊密實，嚴禁鋼拱架拱腳懸空。

3.8 出洞后增設(shè)2～3榀鋼拱架

在隧道暗洞出洞后，拱頂設(shè)有一個碎落平臺，該碎落平臺可降低洞口邊仰坡開挖高度，為保證洞口邊坡及仰坡的穩(wěn)定性及安全性，擬在緊跟的暗洞洞口1～2m范圍內(nèi)，增設(shè)2～3榀鋼拱架，鋼拱架間矩為60cm～100cm。

3.9 加強出洞過程施工監(jiān)測

在圍巖淺埋段施工時，特別是單向出洞過程中，由于覆蓋層埋深淺，圍巖自穩(wěn)性較差，必須加強施工監(jiān)控量測，主要監(jiān)測的內(nèi)容為拱頂沉降、地表下沉和洞身水平收斂等，每天監(jiān)測次數(shù)不少于1次，每5～10m擬布設(shè)一道監(jiān)測斷面，每個斷面擬布設(shè)5個點，并及時將記錄數(shù)據(jù)向現(xiàn)場技術(shù)和項目負責人匯報，當達到監(jiān)測預(yù)警值時，立即通知現(xiàn)場技術(shù)負責人，并及時采取科學合理的應(yīng)急應(yīng)對措施。

4 質(zhì)量控制標準

V級圍巖隧道“零開挖，單向出洞”施工的質(zhì)量控制要點包括[3]：

（1）超欠挖的控制;

（2）超前支護小導管的數(shù)量、規(guī)格型號、施打角度、注漿飽滿度;

（3）鋼拱架節(jié)段連接處連接板的焊縫質(zhì)量、連接螺栓的數(shù)量、孔位偏差、牢固程度;

（4）鋼拱架間距、傾斜度的控制;

（5）鋼拱架拱腳是否落到實處控制;

（6）鋼拱架連接筋間距、焊縫質(zhì)量控制;

（7）系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿施工質(zhì)量控制;

（8）初期支護混凝土強度、平整度控制;

質(zhì)量控制標準見表1。

5 經(jīng)濟效益

本工法采用“零開挖，單向出洞”，可直接少修建一條施工便道，節(jié)約了臨時用地和便道修建費用，同時節(jié)省一整套施工前必備的臨建設(shè)施，包括施工區(qū)臨建設(shè)施和生活區(qū)臨建設(shè)施，節(jié)約建設(shè)使用土地，在人、材、機方面節(jié)約項目建設(shè)成本造價約400多萬以上，在整個關(guān)鍵工期上節(jié)約2個月左右。

6 社會效益

（1）本工法減少了大量的建筑垃圾及廢水、廢氣、廢棄物，同時對隧道周邊工業(yè)區(qū)及居民的生產(chǎn)生活未造成任何影響。

（2）本工法真正實現(xiàn)在隧道洞口處零開挖，極大限度地保護原生態(tài)環(huán)境，符合建設(shè)低碳環(huán)保高速公路要求，不僅經(jīng)濟，而且環(huán)保。

（3）本工法具有很強的可操作性，工人極易學習掌握操作要領(lǐng)，可以多次重復(fù)作業(yè)，改善工人施工環(huán)境，極大的降低了工人的勞動強度。

（4）使用本工法施工，可以縮短工期，保證安全和質(zhì)量，節(jié)約資源能源，保護環(huán)境，不擾民，為當?shù)氐慕煌ㄌ峁┍憷峁┤嗣竦纳钏健?/p>

7 結(jié)束語

本工法已成功應(yīng)用于懷陽高速公路TJ10標段（K91+500～K98+560）石眉山隧道施工。打破傳統(tǒng)的隧道貫通方式，取消設(shè)計長管棚，采用“零開挖，單向出洞”工法節(jié)約建設(shè)使用土地、節(jié)約成本、縮短工期，并對原生態(tài)環(huán)境進行有效的保護，該技術(shù)可靠，質(zhì)量安全和使用效果皆能滿足要求，這種工法具有很強的應(yīng)用性，在其他的隧道均可推廣使用。

參考文獻：

[1]張志林.淺談山嶺區(qū)隧道“零開挖，單向出洞”施工關(guān)鍵技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（06）：222-223.

[2]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].人民交通出版社，2011.

[3]JTG F80/1-2004.公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].