隧道洞口段的施工方法及注意事项

隧道洞口段的施工方法及注意事项摘 要：目前国内对隧道洞口段的设计大多考虑了预加固措施，这里详细阐述了洞口段围岩预加固的措施以及隧道洞口段施工开挖的方法，指出坚持施工原则，采取有效的施工方法，对确保隧道施工和运营安全至关重要。关键词：隧道洞口；预加固；施工方法随着国家基础设施建设的加快，公路、铁路建设中出现了较多的山区隧道。 根据施工经验， 山区隧道地质条件大都复杂多变，特别是洞口段围岩一般较为破碎，地质条件差，开挖边仰坡又破坏了山体原有平衡， 因此洞口往往是地质条件极为复杂的地段。采取有效的施工方法实现顺利进洞， 对于确保隧道施工和运营安全具有至关重要的作用。1 隧道洞门的作用及主要形式国内外工程技术人员都非常重视隧道洞口段的施工，许多国家的隧道设计、 施工规范中， 都对洞口段的设计与施工设有专门条款。近年来国外大多提倡隧道进洞顺延山坡坡度，尽量不扰动洞口段岩体的稳定性，采取无洞门的“趋自然状态”形式。国内设计和施工时着重强调“早进晚出”及“保持边仰坡稳定”，要求及时施做洞门，通常采用在预加固结构保护下进行施工。隧道洞门的作用为保持洞口仰坡和路堑边坡的稳定；汇集和排除地面水流；便于进行建筑艺术处理。洞门的主要形式有：（ 1）环框式洞门。将衬砌略伸出洞外，增大其厚度，形成洞口环框，适用于洞口石质坚硬、 地形陡峻而无排水要求的场合。（ 2）端墙式洞门。 适用于地形开阔、 地层基本稳定的洞口；其作用在于支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。（ 3）翼墙式洞门。在端墙的侧面加设翼墙而成，用以支撑端墙和保护路堑边坡的稳定， 适用于地质条件较差的洞口； 翼墙顶面和仰坡的延长面一致， 其上设臵水沟， 将仰坡和洞顶汇集的地表水排入路堑边沟内。（ 4）柱式洞门。当地形较陡，地质条件较差，且设臵翼墙式洞门又受地形条件限制时， 可在端墙中设臵柱墩， 以增加端墙的稳定性，这种洞门称为柱式洞门。它比较美观，适用于城郊、风景区或长大隧道的洞口。（ 5）台阶式洞门。 在傍山地区， 为了降低仰坡的开挖高度，减少土石方开挖量， 可将端墙顶部作成与地表坡度相适应的台阶状，称为台阶式洞门。2 洞口段围岩预加固措施洞口段围岩的自支护能力比较弱，有的甚至没有自支护能力。因此，在洞口段施工中最重要的是提高围岩的自支护能力，保证开挖及后续作业的进行。提高围岩自支护能力的基本方法是控制围岩的坍塌、 松弛。洞口施工大多是在预加固的支护系统下进行的，尤其是在浅埋、破碎、滑坡、崩塌、软弱、地下水丰富并具有软弱夹层等极易发生滑移、坍塌的地段， 更需要采取综合预加固措施。根据隧道设计原则“早进洞、晚出洞”和环境保护等要求，隧道洞口较多处于浅埋段。 下面以浅埋隧道洞口为例来说明洞口段围岩常用的预加固措施。浅埋隧道为埋深不足毛洞洞跨 2 倍的隧道或区段。国内外大量工程实例证明，覆盖层浅的隧道，其围岩难以自成拱，同时多数伴有地形偏压、 表层软弱堆积物、 风化带等对隧道开挖有很大影响的特殊问题， 如地表易沉陷问题。 如果对隧道变形控制不当，围岩就会很快松弛，产生张裂破坏，将造成直达地表面的塌陷。所以，浅埋隧道洞口段开挖时应重点控制围岩的变形，采用强度较高和刚度较大的初期支护，避免破坏围岩结构。浅埋隧道洞口段的预加固措施主要有地表锚杆加固、抗滑桩、挡土墙、锚索（桩）、减载、填土反压、地表注浆、超前锚杆、大小管棚、预注浆、套拱、水平旋喷桩、锥形短桩加固隧底等方式。在洞口段采用预加固措施时应注意以下几点：（ 1）在围岩特别差的地段，本着“宁强勿弱”的原则，在确定施工方案前应优先对大管棚、 水平高压旋喷法、 小管棚等方法进行比选，避免采用一般加固措施带来的隐患；（ 2）采用预加固措施后，施工中发现有边墙开裂、仰拱隆起现象，说明拱部加固后，边墙、仰拱受力增大，因此，施工中在进行拱部预加固的同时应加强边墙、 仰拱支护强度， 如增加锚杆的数量和长度、增设格栅钢架及先行施做仰拱等措施。3 隧道洞口段施工对于隧道施工来说，选择合理的施工方法对于隧道洞口防坍塌和施工安全具有重要的意义。在制定隧道洞口段方案时，应充分考虑地质和施工条件、埋深和断面尺寸、围岩类别、坡面情况、地表建筑物结构、地下水及气候条件、施工进度与围岩承载拱形式的关系、材料供应、队伍施工水平、方案经济性、工期要求、突发事件应对措施等因素，目前常用的施工方法有台阶法和分步开挖法。3.1台阶法台阶法多适用于、类软弱而节理发育的围岩中，根据上、下台阶保持距离的不同，又可分为长台阶法、短台阶法、微台阶法三种， 在洞口段施工中常用长台阶法。长台阶法上下台阶距离保持在50m以上。开挖断面变小有利于隧道的稳定，在上台阶进入较好的围岩后，加快下台阶的施工速度，变台阶法为全断面法。在公路隧道这种大断面隧道施工中，上下台阶可配臵同类的较大型机械平行作业，下台阶可分左右两断面分别开挖，减少上下台阶施工中的相互干扰。当隧道较短时，可将上台阶挖通后，再挖下台阶。3.2分步开挖法分步开挖法中常用环形开挖留核心土法及单（双）侧壁导坑法。环形开挖留核心土法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土有两个作用，其一支挡开挖面，保证开挖面稳定 ; 其二可作为上部初期支护的工作平台。核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行，施工较安全。单（双）侧壁导坑法 : 适用于围岩稳定性较差，对地表下沉量要求严格，断面大时采用。在城市修建公路隧道应用较多。4 隧道洞口段施工注意事项（ 1）重视各项准备工作。进洞前施工单位制定完整的进洞方案（场地布臵、预加固措施、施工方法等），方案经审核批准后开工，施工中不得随意变更方案。 重点隧道配备专职地质技术人员，及时掌握地质变化情况，并提出施工建议；（ 2）贯彻“早进晚出”原则，尽量减少对边仰坡的扰动，提倡“趋自然状态进洞”，尽早完成洞口周围排水系统。边仰坡处理与路基施工、场地布臵、便道施工、桥涵工程统一安排；（ 3）先固后挖，严格执行“先治水，管超前，严注浆，短开挖，弱爆破，强支护，早封闭，勤量测，抢做门”的27 字方针；（ 4）衬砌尽量先墙后拱，不提倡先拱后墙，有仰拱的必须先做仰拱，尽早成环；（ 5）洞口段采用台阶法施工时，尽量缩短台阶长度以确保隧道稳定性；（ 6）对于偏压、 浅埋的多线隧道， 优先采用双侧壁导坑法，在地表预加固措施到位的前提下，可考虑采用台阶法；（ 7）拱部采取预加固措施的同时，加强对边墙及仰拱等部位的支护措施；（8）尽早完成洞门，增强洞口段稳定性。5 监控量测隧道洞口段施工时，一般要进行地表监测和洞内监测。地表监测主要是利用水准仪观测地表有无下沉，观察隧道地表有无裂缝等 ; 洞内监测项目通常有拱顶下沉、周边位移以及地质和支护状况观察等。6 结论隧道洞口段施工对于隧道施工的重要性显而易见，按照新奥法理论， 初期支护及预加固措施是隧道结构的一部分，而二次衬砌仅起安全储备和饰面作用，因此重视预加固措施和初期支护对隧道施工是工作之本。各项措施不是孤立存在的，根据围岩情况、施工环境、工期要求等进行安全性、经济性比较，因地制宜采取综合手段才是确保施工顺利进行的关键所在。