天津中铁十五局集团第五工程有限公司 文亮亮 300133
摘 要：依托云南临清高速公路马家寨隧道，根据隧道洞口富水软弱围岩、岩层松散破碎等不良地质情况的特点，研究了隧道浅埋偏压洞口施工技术。采用大管棚、小导管注浆联合超前支护加固以及通过开挖方法和支护类型的合理选用与实施确定开挖支护方案，确保了工程质量与安全。研究成果旨在为今后类似山区地质条件下的隧道建设提供参考。
关键词：高速公路；隧道洞口；浅埋偏压；超前支护；施工技术
中图分类号：U459.2 文献标识码：A
0引言
随着国民经济和社会的发展，高速公路建设也迅速发展，山区公路施工越来越多，因而需要修建大量的公路隧道。我国最近几年修建的公路隧道不论从长度、跨度、地质条件的复杂性以及各种开挖断面和施工方法上都取得了一定进展。
针对山区隧道施工技术等的研究，陈改霞[1]以甬金高速公路成功岭隧道洞口段施工方法和支护参数为目标，从现场监控量测和理论数值模拟两方面进行了深入研究，得出了在软弱围岩中浅埋公路隧道洞口段施工时，围岩和支护结构在各施工工况下的力学状态及合理的施工方法。孟云[2]针对大断面隧道洞口偏压段落施工时围岩稳定性差的工程问题，通过采用数值模拟手段，对比分析不同边坡条件下隧道开挖工法和开挖顺序对边坡稳定性的影响，结果表明：对于偏压段大断面隧道不建议采用台阶法开挖，坡度较小时建议采用CRD法或CD法，坡度较大时建议采用双侧壁导坑法施工；分步开挖隧道时，应先开挖靠近边坡坡面侧的导洞。蒋树屏、李建军[3]结合宁（南京）淮（安）高速公路老山隧道前置式洞口设计和施工情况，详细介绍了前置式洞口工法的原理、施工工序、施工工艺和施工要点，总结了该工法在隧道洞口设计、施工中的环保意义和适用性。黄启贵、王国喜、马勤[4]针对西（安）合（肥）高速公路孤独庙隧道工程，在进口段岩层松散破碎和出口段基础悬空、严重偏压等不良地质情况和复杂环境条件下，采用大管棚、小导管注浆联合超前支护加固、反压侧墙平衡措施，以及通过开挖方法和支护类型的合理选用与实施确定开挖支护方案，确保了工程质量与安全。翟艳锋[5]以石长铁路增建第二线站前2标贺家湾隧道施工为背景，对隧道浅埋偏压所出现的问题加以研究，提出了一些技术性的处理措施。刘祥恒、钟良红[6]基于厦深铁路黎屏山隧道工程，根据工程地势起伏较大等地质特点，介绍洞口开挖、边仰坡施工、洞门修筑等施工技术。张宪豪[7]结合江西省铜万高速（宜丰联络线）新建工程实际情况，以该工程浅埋段为立足点，探讨洞口明洞模筑衬砌施工技术。高天羽、罗志刚[8]系统介绍了大乘山隧道洞口段施工中，针对浅埋、偏压及不良岩性，在山体位置和洞身范围采取技术措施，提供了初支变形及监控量测的有关资料。张民庆、韩占波、孙国庆[9]系统地介绍了圆梁山隧道PDK354+255～+275溶洞段的地质超前预测预报、超前注浆加固及支护、注浆效果的检查评定及施工过程。高怀鹏、毛海东[10]以百步垭隧道为例，介绍了浅埋偏压隧道洞口超前大管棚的施工设计和施工工艺，并对监控量测结果进行了分析，总结了超前预支护技术在通过软弱围岩时的作用。
依托国家一带一路重点项目云南临清高速公路马家寨隧道工程，根据项目所在区的复杂地质条件情况，对其出口端洞口和洞身的施工技术进行研究，进一步为今后山区类似地质条件下的隧道建设提供参考。
1工程概况
中铁十五局集团第五工程有限公司承担的云南临清高速公路LQTJ2-3标段里程桩号K52+900～K61+750，全长8.85Km。隧道左幅全长5067m，右幅全长5143m，为双向四车道分离式隧道。其中马家寨隧道出口端位于耿马县勐撒镇大落水村附近，左幅起止点桩号为ZK52+894～ZK55+437，全长2543m，隧道所在的路段纵坡为-1.206%；右幅起止点桩号K52+900～K55+503，全长2603 m，隧道所在的路段纵坡为-1.205%。马家寨隧道出口如图1所示。
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图1 马家寨隧道出口
2工程地质特征
项目区位于青、藏、滇、缅、印尼“歹”字型构造东支中段，经历了多次构造运动，构造形迹极为复杂，根据区域地质构造轮廓及构造形迹的空间展布和性质，项目区域属澜沧江褶断带，断裂发育呈北东～南西向延伸，部分隧道穿过断层，受构造影响严重。场区内海拔为1464.6m～2045.1m，相对最大高差580.5m。路线轴线海拔为 1474.20m～1957.97m，相对最大高差 483.77m。隧道穿越一山体，进出口端均位于斜坡上，植被发育，如图2所示。岩体强～中风化，节理裂隙发育，岩体破碎，多呈碎石状碎裂结构。隧道出口地形较陡，坡度约 65°，出口端浅埋偏压。洞口围岩稳定性差， 隧道开挖易引起洞顶斜坡土体滑塌失稳。
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图2 马家寨隧道出口端地貌
3洞口施工方案
根据现场情况，结合工程特点、地区特征以及施工工期等要求，对混凝土拌和站、喷浆料拌和站以及钢筋加工厂等临时性工程全面规划、合理布局，采取单向施工，安排2个作业施工队。隧道施工严格遵循“动态施工、动态管理”及“先探测、管超前、短进尺、弱（非）爆破、强支护、勤量测、快封闭、仰拱超前、二衬紧跟”的施工理念，从保护围岩角度，尽可能减少对周边围岩的扰动和伤害，以“岩变我变”的动态施工理念，充分利用各种超前地质预探预报技术，及时分析反馈围岩量测信息，掌握支护的变化趋势，有针对性的制定施工方案。
3.1洞口开挖
洞口采用小切口明挖法施工，自上而下分台开挖，做到及时开挖、及时支护、及时衬砌、确保洞口围岩的稳定。土质地层采用机械开挖，石质地层采用钻爆法开挖。
3.2边仰坡施工
边仰坡开挖时，随挖随支护，以稳定边仰坡，防围岩风化、雨水渗透而坍塌。洞口两侧均采用一级护坡。临时护坡均采用1：0.5的坡度，采用锚、网、喷防护（喷射C25混凝土10cm；锚杆采用Φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2×1.2m，梅花形布置；挂设φ8间距20cm×20cm钢筋网）。永久性边坡采取植草防护。
3.3洞门施工
在明洞衬砌完成、暗洞施工进入正常循环后，适时安排洞门施工。出口采用端墙式洞门，根据现场勘察，洞顶无法设置截水沟。洞门设置导向套拱2m，采用C25混凝土，截面厚度60cm。
4超前支护施工技术
4.1Ⅴ级围岩洞身开挖
分离式隧道洞身段采用暗挖法施工。偏压段V级围岩采用预留核心土台阶法开挖，机械配合人工施作，局部辅以弱爆破施工。开挖循环进尺为0.6m，台阶长度控制在9m。施工步骤为：开挖上弧形导坑①，施作上弧形导坑初期支护；开挖中核心土②；开挖中部③；施作边墙及初期支护；开挖下部④；施作仰拱初期支护。预留核心土台阶法施工示意图如图3所示。
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图3 预留核心土台阶法施工示意图
4.2超前支护施工工艺
4.2.1 超前长管棚施工
马家寨隧道洞口属于浅埋偏压段且岩体松散，自稳性差。采用长管棚超前支护措施，可提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件，保证施工进洞安全。长管棚超前支护施工现场图如图4所示。
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图4 长管棚超前支护施工现场图
（1）搭设钻机施工作业平台
作业平台采用方木按“井”字形搭设，顺序由下向上、由两边向中间，依据孔位依次搭好。方木间以扒钉连接牢固，防止钻孔时钻机摆动、倾斜、不均匀下沉而影响钻孔质量。
（2）钻进作业
依据地质条件和现场施工条件，使用两台电动钻机平行作业，并按照导向管口的编号由高孔位至低孔位方向对称施工，钻孔时电动钻机距作业面一般情况下不小于2m。为了保证钻孔方向，在明洞衬砌外设60cm厚C25钢架混凝土套拱，套拱纵向长2m，内设4榀I18工字钢架，钢架外侧敷设Φ140、壁厚8mm导向钢管。从土质条件、管材刚度和钻进工艺等综合考虑，为尽可能减小钻进中的下垂，钻孔方向应较钢管设计方向上偏3～5°。
施工作业时，先低速低压钻孔几米后再加速加压。钻孔过程要与基线对齐，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。根据地质条件的变化，适时选择相应的钻头进行钻孔。不能钻进或难以成孔时，采用预注浆加固钻进成孔。
钻孔直径：Φ115～130 mm。钻孔平面误差：径向不大于15cm。
（3）扫孔
利用Φ108mm岩芯管清除孔内岩渣和顺通孔道。岩芯管长度一般不小于2.5m，遇到下管困难时可借助高压空气吹洗，直到孔内清扫干净。
（4）下管
钻孔完成后及时安设管棚钢管，避免出现塌孔。隧道管棚钢管采用Φ108×6mm热轧无缝钢管，钢管长30m，环向间距中至中40cm布置。钢花管上按梅花型进行钻孔，孔径12 mm，孔间距15cm，剩余250 cm的止浆段不钻孔，前端头加工成10cm锥头，钢花管大样?如图5所示。
下管时，在孔壁不易坍落的情况下，使用直接撞击法将导管撞击到设计位置；在孔壁容易坍落的情况下，使用导管和钻头同时钻进的方法。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于25cm，平行路面中线布置。管节间使用丝扣直接对口连接，丝扣长15cm；钢管偏离设计位置的施工误差不大于20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头数至少须错开1.0m。
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图5 钢花管大样图
（5）注浆
根据施工地质条件，采用水泥-水玻璃浆液注浆，注浆后再打入无孔钢管作为检查管，检查注浆质量。注浆机械选用两台BW-250/50型注浆泵进行施工作业。
为确定注浆参数和添加剂的掺入量，注浆之前应进行现场注浆实验。注浆前沿钢管壁安设Φ15mm的塑料硬管至孔尾，并在管口（外端）处与堵浆塞的排气孔相连接，作为排气孔（安设钢管盖和注浆阀门）。注浆过程中排气孔有浆液溢出时应进行终压注浆，按单孔注浆量达到设计注浆量且终压不少于20分钟时，可结束注浆，同时注浆扩散半径不小于0.5m。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度和强度。
4.2.2超前小导管施工
超前小导管安设采用钻孔打入法。超前小导管设置在隧道洞内无长管棚支护的V级围岩洞身段、破碎带及岩体层中。在上部弧形导坑开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和4.5m范围内的坑道封闭，然后沿开挖轮廓周边施作带孔小导管，并通过小导管向围岩注浆，与坑道周围形成一定厚度的加固圈，然后在加固圈的保护下进行开挖等作业。
（1）小导管加工
小导管采用外径42mm、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管加工制成，长4.5m。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端10cm加工成锥形，尾部焊上箍筋，除尾部1m长度作为不钻注浆孔的预留止浆段外，其余均在管壁上每隔15cm交错钻眼，呈梅花形布置，眼孔直径8mm。小导管大样如图6所示。
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图6 小导管大样图
（2）钻孔
按设计图要求，在掌子面上准确画出需设的小导管孔位。双层小导管外插角分别为缓倾角7～10°和陡倾角15～25°，上下两层交错布置。单层小导管环向间距0.3～0.5m，外插角5～15°。采用YT-28凿岩风钻钻孔，成孔直径Φ50，孔口钻眼偏差小于50mm，孔眼长度大于小导管长度。
（3）小导管插入及孔口密封处理
小导管用钻机顶进，顶进长度不小于90%管长。相邻两排钢管水平搭接长度双排不小于270cm、单排不小于1.3/1.5m，尾部与钢架焊接牢固。为保证小导管支护效果，减小小导管的外插角，小导管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。小导管打入后用高压风将小导管内砂石等吹出并用塑胶泥封堵导管外边的孔口及围岩裂隙。小导管布置图如图7所示。
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图7 小导管布置图
（4）小导管注浆
首先将压浆管与小导管的尾端用铁丝进行有效的绑扎，注浆采用纯水泥浆液（W/C=1.0）、地下水大时采用水泥-水玻璃浆（添加重量比5%的水玻璃）。本次施工采用群管注浆（每次3～5根），用注浆机按由下至上的顺序向管孔内注浆。注浆机注浆的压力为0.5～1.0Mpa，当压力达到设计注浆终压并稳定10分钟、注浆量达到设计注浆量的80%以上时（注浆量=注浆范围×填充率），结束注浆。封堵管口，以防浆液倒流管外。
4.3洞身初期支护
洞身开挖后及时进行初期支护施工，V级围岩地段下半断面落底时，及时开挖并施作仰拱，使其与初期支护一起及时封闭成环，围岩封闭位置距离掌子面不得大于30m。
4.4实施效果评价
马家寨隧道位于云南省临沧市，该地区有连续降雨季节，隧道洞口围岩经受不同程度雨水冲刷以及地下水流动的影响，对整体施工过程带来一定的安全隐患。实施效果表明施工方案有效可行，在马家寨隧道洞口V 级围岩段施工中采取上述综合施工技术增强了洞口围岩稳定性，达到了良好预期效果。
5结语
经过对马家寨隧道的主要施工技术进行研究总结，得出以下结论：
（1）“先探测、管超前、短进尺、弱（非）爆破、强支护、勤量测、快封闭、仰拱超前、二衬紧跟”的施工理念，可以保证隧道施工的安全性及隧道施工的质量和工期。
（2）从环境条件、施工条件、工程安全出发，采用大管棚与小导管超前支护施工工艺，对洞口围岩变形能够起到较好的控制效果。实践证明较成功，对工程安全也非常有利。
（3）马家寨隧道出口端V类围岩采用预留核心土台阶法开挖施工，确保了周边围岩稳定，提高了围岩的自承能力。
参考文献：
[1]陈改霞.成功岭隧道洞口段施工方法与支护参数的研究[D]. 四川:西南交通大学,2007
[2]孟云.大断面隧道洞口偏压段施工方法研究[J].公路.2017,6: 349-354
[3]蒋树屏,李建军.公路隧道前置式洞口工法与工程实践[J].现代隧道技术.2005, 42(2): 49-59
[4]黄启贵,王国喜,马勤.孤独庙隧道特殊地质条件下洞口端施工技术[J].施工技术.2011, 40(351): 31-33,87
[5]翟艳锋.何家湾隧道洞口浅埋偏压段施工研究[D].河南:郑州大学,2014
[6]刘祥恒,钟良红.厦深铁路黎屏山隧道施工技术[J].施工技术.2010, 39(6): 24-27
[7]张宪豪.山区隧道的浅埋段及洞口明洞模筑衬砌施工研究[J].鄂州大学学报.2020, 27(2): 107-109
[8]高天羽,罗志刚.隧道浅埋偏压洞口段施工技术[J].公路.2012,7: 311-316
[9]张民庆,韩占波,孙国庆.圆梁山隧道进口端平导PDK354+255～+275溶洞段施工技术[J].铁道工程学报.2002,4: 71-78
[10]高怀鹏,毛海东.长管棚预注浆超前支护技术在浅埋偏压大跨隧道洞口施工中的应用[J].公路.2005,10: 215-218