浅埋偏压隧道洞口进洞施工技术与质量控制分析

唐瞻鹏，零银珠

(广西桂通工程管理集团有限公司，广西 南宁 530029)

在山区及丘陵坡脚陡峭斜坡上建设高速公路或高速铁路，隧道洞口时常会出现一侧埋深大、一侧埋深小的情况，使其受到严重的偏压，如果处理不当，会导致洞口结构出现过大变形或损坏。傍山隧道受地形限制，浅埋偏压进洞难以避免，因此，必须采取可靠措施保证洞口结构、边坡及仰坡稳定，确保隧道洞口安全[1-2]。

浅埋偏压隧道工程进洞施工要采取合理的施工技术及严格的质量控制措施，一些学者开展了相关的施工方法研究。白国权[3]探讨了偏压隧道洞口进洞方式，提出了合理可行的方案；
张富有等[4]针对东山隧道进口段180 m范围的浅埋偏压段，介绍了相关施工技术的应用情况；
赵树杰等[5]开展了浅埋偏压隧道CRD法的施工方案研究，并进行了优化；
贾元霞[6]进行了高速铁路浅埋偏压隧道的安全进洞方案研究。

虽然在浅埋偏压隧道工程进洞施工方法与安全保障方面的研究已有了一定的成果，但由于地质条件、设计方案、施工环境复杂多变，具体的隧道洞口还要进行有针对性的设计施工。本文以穿过丘陵地貌区的云盘隧道为例，针对隧道进出口地段的洞口设计情况，对施工方法与安全保障进行了介绍，并提出了相应的质量控制要点，以期为此类的隧道建设提供参考。

在建龙胜至峒中口岸高速公路云盘隧道穿过丘陵地貌区，其左线长度为1 463 m，右线长度为1 456 m；
进口洞门为端墙式，出口洞门采用削竹式，洞口段围岩均为Ⅴ级。云盘隧道左线进出口、右线进口(湖南城步端)均为偏压明洞，采用双向开挖掘进的方法进行施工。

根据勘探和调绘成果，隧址区地层岩性为第四系坡冲积块石、残积粉质黏土，基底为震旦系南沱组下段粉砂岩、断层角砾岩等。左线Ⅴ级围岩连续长度最长为160 m，占总隧道长度的10.9%；
右线Ⅴ级围岩连续长度最长为291 m，占总隧道长度的20.0%。依据《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90-2015)的相关要求[7]，该隧道需编制专项施工方案以确保施工安全。

云盘隧道城步端进口左右洞均存在较大地形偏压，且均为半明半暗浅埋偏压段，其进口左线洞口段8 m、右线洞口段21 m为半明半暗浅埋偏压段，洞口左侧设计有抗滑桩，右侧布置偏压墙。为了保证安全，必须对洞口段进行适当防护加固，并采取可靠的洞口段结构设计及相应的施工方法。

地勘资料显示，隧道进出口地段表层大部分为粉质黏土覆盖层，围岩稳定性差，均可能因施工开挖造成坍塌，设计中采用锚、喷、网等防护措施予以加固处理。

2.1 地形地貌

云盘隧道地处剥蚀丘陵、深丘地形，受砂泥岩软硬岩类组合特征的影响明显，为深谷、台梁式地貌，地面标高为496.00～742.10 m。

隧道所穿越的山体大致呈南北向台梁式展布，进、出口段位于丘陵坡脚。地形地貌为谷地或宽缓的剥蚀槽状地形，为鳍脊陡坡、陡壁，自然斜坡坡角一般在30°～40°。隧址区内植被茂密，场地斜坡表层覆盖土体为坡残积粉质黏土，部分山体基岩大片外露，部分缓坡有水田、旱地。

2.2 进洞口边、仰坡

隧道进口段位于丘陵坡脚陡峭斜坡上，地形坡角为26°～35°，局部形成高4～5 m的陡坎，分布旱地，坡向320°，坡形呈单面山，隧道轴线与坡向呈小角度相交。

进口段斜坡坡面分布连续的薄层第四系坡积(Qdl)粉质黏土，下伏残积粉质黏土(Qel)为硬塑状，该层厚0.30～1.60 m。下伏基岩为震旦系南沱组下段粉砂岩。根据地质调绘，洞口附近地层产状倾向为89°，倾角为18°，相对洞口右侧边坡为顺向坡。土体风化层强度较低，遇水易软化崩解，引发坡体浅层滑塌。勘察期间自然坡体处于稳定状态。

2.3 出洞口边、仰坡

隧道出口段位于丘陵斜坡谷地上，地形坡角约30°，山体植被发育，坡向180°，坡形呈负地形，隧道轴线与坡向近垂直相交，自然边坡坡向与地层走向呈大角度相交，但地层倾角较陡，约为31°。勘察期间自然坡体稳定，无不良地质现象。

出口段斜坡坡面分布连续，为厚0.50 m的薄层第四系坡积(Qdl)粉质黏土。下伏基岩为震旦系南沱组下段粉砂岩，强风化层厚度>46.8 m。土体风化层风化强烈、强度低，遇水易软化崩解形成软弱夹层，容易引发坡体浅层滑塌。

3.1 洞口防护与加固设计

进口段设计情况：进口左、右线洞口均为半明半暗浅埋偏压段，长度分别为8 m和21 m，两个洞口左侧均设置3根φ2.2 m、纵向间距为4 m的抗滑桩，右侧分别布设长8 m、13 m的偏压墙。隧道进口仰坡开挖需对左侧山体进行刷坡，为5级坡，洞口临时边坡高30～40 m，进口段左侧临时边坡按1∶0.5放坡。为了保证安全，边仰坡防护设置长3.5 m的φ42 mm注浆小导管，挂φ8 mm间距20 cm的钢筋网，并喷射10 cm厚C20混凝土进行加固；
右侧临时边坡按1∶0.75进行分阶放坡，采用与左侧相同的锚喷护面(具体设计详见图1、图2)。

图1 进口段平面图(cm)

图2 进口段立面图(cm)

出口段情况：左线洞口段8 m为半明半暗浅埋偏压段，左洞左侧ZK3+988～ZK3+990段为路堑挡墙，左洞右侧ZK3+988～ZK3+980段为偏压墙。龙胜端右洞无明显偏压现象。隧道出口仰坡开挖需对左侧山体进行刷坡，刷坡高度为1级坡，洞口临时边坡高10～15 m，对出口段左侧和右侧临时岩质边坡按1∶1.25进行分阶放坡及锚喷护面。

3.2 洞口结构设计

偏压洞口结构尺寸要由计算确定[8]。本隧道左线进出口端超前大管棚长均为28 m，右线进出口端超前大管棚长均为40 m。管棚采用φ108 mm、壁厚6 mm无缝钢管制作，节长分别设为3 m、6 m和9 m；
导向管采用φ127 mm、壁厚4 mm无缝钢管制作，在距离管尾240 cm处，将麻丝成纺锥状缠绕在管壁上，并用胶带缠紧，尾段加焊φ16 mm钢筋；
在钢管顶部20 cm位置切割开并加工成尖锥状。管上注浆孔孔径为15 mm，孔间距为150 mm，呈梅花形布置；
管棚环向间距为0.5 m，呈0.5°～1°外插。

洞口段套拱设计为厚60 cm的C30混凝土结构，其基础为C15的混凝土扩大基础，长度×宽度×厚度为200 mm(一般情况)×110 cm×100 cm。洞口管棚套拱钢架采用Ⅰ20b型钢拱架制作，按纵向间距75 cm/榀布设3榀钢拱架，布设31个φ127 mm×4 mm孔口管。超前管棚与暗洞第一排超前注浆小导管搭接长度≥5 m，注浆孔孔径为16 mm，间距为150 mm，呈梅花形布置。

明洞拱圈、墙部均采用厚度为60 cm的C40防水钢筋混凝土，其抗渗等级≥P8；
拱圈钢筋为纵向间距20 cm的φ22 mm钢筋；
仰拱布设环距60 cm的φ8 mm钢筋网，采用C40钢筋混凝土现浇，上部回填C15素混凝土。

本隧道工程施工难点为进口左、右线洞口的半明半暗浅埋偏压段施工(下文主要介绍进口段施工)。质量控制要点的主要施工步骤安排为：边、仰坡的开挖与防护，抗滑桩，偏压挡墙(含锚索)，明洞开挖与结构施工[9]。

4.1 施工步骤安排

进口段基本施工顺序如图3所示。

图3 施工顺序图

4.2 边仰坡开挖及防护

进行隧道洞口边、仰坡的开挖时，应尽量减少对岩土体的扰动，可不爆破或小爆破，不得采用大爆破。边坡防护必须与边坡开挖同步进行，随时检查边坡和仰坡的变形状态，及时进行挂网并喷射混凝土。施工时要严格控制边、仰坡钢筋网的间距及喷射混凝土的厚度；
对于防护用的长3.5 m、φ42 mm呈梅花形布置的注浆小导管，要检测其间距及深度，确保施工质量要求。

4.3 抗滑桩施工

云盘隧道进口左右线各设置有3根抗滑桩。抗滑桩施工采用旋挖钻施工。场地平整、桩位确定后，机械就位，进行埋设护筒。调制好泥浆，其含砂率为6%，比重<1.20，黏度≤25 s。泥浆检验合格后进行钻孔施工。施工中应保证竖直度，确保成孔质量。钻孔完成后清孔，要求孔底沉渣≤50 mm。钢筋笼加工放置，混凝土浇筑均要按施工规范要求进行。

4.4 偏压墙施工

偏压墙应分段分层进行施工，节段之间设置沉降缝，混凝土浇筑过程应振捣充分，保证其强度和外观质量。偏压墙基础开挖至设计标高后，要检测地基承载力，如不满足设计要求时应及时联系监理、设计方确定处理方案，同时基础埋深也应满足设计要求。偏压墙墙身各层之间应设置连接筋，连接筋型号和间距应满足设计要求。

偏压墙基础开挖时，为了保证施工安全，四周边坡应按规范要求进行放坡开挖，坡比≥1∶0.75，现场地质情况较差时应适当调整坡比或者增设临时防护。临时防护可采用挂网喷锚防护，锚杆采用φ22 mm、长1.6 m的钢筋，钢筋纵横向间距均为1.0 m；
喷射混凝土厚度≥5 cm。

要加强偏压防护。开挖左线城步端右侧偏压段及右线城步端右侧偏压段时，在基坑开挖边线1 m范围外设置截水沟，基坑边坡逐级开挖逐级挂钢筋网喷混凝土防护，每级边坡高度宜≤10 m，坡率宜≤1∶0.5。每级边坡修筑边坡平台，宽度宜≥2 m。偏压墙浇筑分段分层进行施工，节段之间设置沉降缝。

城步端左洞右侧偏压墙长8 m，为了确保安全，偏压墙基础需增设锚索，采用长20 m、纵向间距为2 m的单排Ⅰ类锚索，单索抗拔力设计值为300 kN，预应力张拉为设计值的80%，锚索按永久使用要求进行防腐处理，钻孔孔径≤130 mm，定位偏差≤10 mm，倾斜度≤5%。注浆为M40水泥砂浆，水泥为P.O42.5及以上，砂粒径宜≤2 mm。正式施工前要选择地质条件有代表性的地段进行锚固力试验，以确定最优设计参数。

4.5 隧道洞口偏压段施工

4.5.1 套拱施工

隧道洞口防排水系统及冲沟回填引流后，进行隧道套拱施工。安装套拱底模后，安装套拱内工字钢和导向管。用工字钢弯制成骨架，且与内支撑骨架连接牢固，连接间距纵向为0.5 m，环向为1 m。面模采用钢模，且安装时要预留混凝土浇筑窗口。套拱混凝土浇筑以振动棒振捣为主，人工配合，通过串筒下料，两侧分层对称浇筑。

按单侧施工方法进行套拱下断面施工，一侧施工完后再施工另一侧。基础开挖应分段开挖，挖好后及时使套拱内拱架接地，保证拱脚安置于稳定的基岩上。安装好模板后，尽快进行套拱基础及下断面套拱混凝土浇筑。

4.5.2 超前大管棚施工

管棚及导向管按设计要求制作，其外插角为0.5°～1°，在上拱部125°范围布置；
同一横断面内的接头数≤50%，加工钢管时要进行钢节编号，相邻钢管错开1 m以上；
超前管棚与暗洞第一排超前注浆小导管搭接长度≥5 m。

管棚钻孔要求定位准确，先从低孔开始钻孔，并由两侧往中间方向对称施工。待孔深、孔径、倾斜度等检验合格后，方可进行下道工序。清孔后安装钢管，棚管顶进采用大孔引导与机械人工辅助相结合的工艺进行。注浆材料为1∶1的水泥浆，其浆液配合比和注浆压力要在现场确定调整。注浆要从孔口一次性注入，当排气孔有浆液流出时，终压注浆，使管内浆液饱满密实。

4.5.3 洞口进洞开挖与支护

洞口管棚、围岩形成稳定的整体后，对隧道洞身进行开挖施工。隧道洞口围岩为Ⅴ级，为保证隧道进洞安全，拟采用三台阶七步法开挖[10]，开挖顺序如图4所示。主要是预留核心土，同时采用临时仰拱台阶法进行施工，先行开挖上断面，开挖宜短进尺、多循环，并及时支护。

施工前进行超前地质预报，结合地质预报、地质素描和设计地质岩性等信息综合分析隧道前方围岩情况，据此在施工中制定必要的手段并适当调整施工参数。超前支护经检验符合设计要求之后，进行开挖施工。

图4 三台阶七步开挖顺序示意图

4.5.4 明洞施工

明洞开挖按洞口开挖的方式进行，其基础要落在稳固地基上。明洞开挖完成后，应及时进行仰拱施工。拱圈施工在台车上进行，明洞衬砌采用液压钢内模，外模及外支撑采用定制木模和钢管支撑，衬砌要求全断面整体式灌注。

明洞衬砌强度达到设计强度的70%后拆架，明洞外沿铺设防水层，要求由内至外敷设1层HDPE自粘防水卷材、1层400 g/mm3无纺土工布、2 cm厚的M20砂浆保护层。明洞结构全部施工结束并达到设计强度后进行拱顶回填，要按规范要求对称均衡回填压实，保证两侧高差≤0.5 m。明洞两侧采用C15素混凝土回填，顶面用5%水泥土回填至洞顶2 m高位置。

4.5.5 端墙式洞门施工

隧道进出口洞门分别采用端墙式、削竹式，要在洞顶回填完成后立即进行洞门工程施工。采用衬砌台车立内模，由足够强度、平整度的模板做外模。钢筋集中制作，现场安装。整体结构经监理验收后，由明暗交接处向洞口方向浇筑。在明洞强度达到施工规范要求后，在不影响洞内施工的情况下施作洞门。

洞门墙浇筑可分层进行，每次浇筑高度控制在2 m以内。施工缝要求设在模板接缝处，按设计或施工规范要求设置接茬钢筋并凿毛。为确保整体脚手架稳定，应搭设双排脚手架并预留行车道，安装通长剪刀撑及斜撑。

4.6 隧道综合超前地质预报方法

云盘隧道洞口浅埋段应进行地表下沉监控量测，地表下沉量测应从开挖工作面前方、距离为隧道埋深与开挖高度之和处布置测点并开始测量，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。地表下沉量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测布置在同一个横断面内，用高精度全站仪及精密水准仪进行量测，量测精度为1 mm。

隧道进口设有抗滑桩、偏压墙，边仰坡也较陡，应在桩墙顶和边仰坡设置监控量测点，定期对其沉降与偏位进行监测[11-12]。监测中若发现地表位移量过大或下沉速度无稳定趋势时，要及时上报监理、业主及设计单位，以及时采取可靠的结构补强措施。

由于本隧道设计考虑周全，施工技术方法合理，洞口进洞质量控制较好，安全措施到位，隧道的进洞施工得到了良好的质量控制及安全保障。目前，本隧道的明洞施工已经完成，隧道暗洞施工进展顺利，洞口结构已经通过有效的质量控制措施和检验技术要求，地表下沉、边仰坡、偏压墙等监测表明均在预警范围内，施工效果良好。