隧道洞口不良地質段的施工技術研究

劉珂

（石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，石家莊050000）

1 引言

交通運輸事業的發展使隧道工程數量不斷增加，而隧道多是用于穿越丘陵或山地，本身施工條件比較惡劣，如果其處于不良地質段，在施工中很容易出現質量問題。傳統隧道洞口施工大多采用上導坑進洞方式，配合鋼拱架支護和超前小導管壓漿，雖然有效，但存在不少缺陷，如拱圈容易開裂、圍巖變形嚴重等，會對隧道的整體穩定性產生影響?；诖?，在對隧道洞口不良地質段進行施工時，施工單位需切實做好施工技術的研究和選擇，保證施工安全和質量。

2 隧道洞口的特點

洞口施工是隧道施工的關鍵環節，也是施工的難點所在，傳統施工中，經常會在洞口開挖邊坡和仰坡并且進行支護，達到預設進洞條件后才會進洞施工。但是，這樣會形成高度較大的邊坡和仰坡，雖然可以通過接長明洞回填綠化的方式來進行適當的補救，但已經遭到破壞的原生植被顯然不可能恢復，并不符合綠色施工的要求[1]。通過對大量隧道工程進行研究可知，在隧道洞口施工中，具有3 個比較顯著的特點：

1）巖層穩定性較差。隧道洞口地段通常存在覆蓋層厚度小，巖層破碎、風化的情況，且通常也是軟硬巖的交界位置，地質條件較差，施工難度大。

2）結構受力體系復雜。隧道洞口巖體長期受地質作用的影響，處于一種相對平衡的狀態，而這種平衡狀態會被隧道施工破壞，在洞口仰坡開挖后，仰坡本身從原來的三維受力轉變為二維受力，容易產生滑坡問題，如果不能及時進行維護，則可能導致仰坡與隧道頂板薄弱位置發生坍塌。

3）支護難度較大。隧道洞口開挖會破壞山體原來的平衡狀態，如果不能及時加固，則可能引發順層滑移、坍塌等現象。因此，在開挖過程中，需要對洞口、洞頂仰坡以及路塹邊坡等進行噴錨預加固，進洞前做好超前錨桿支護和超前小導管周邊注漿加固，提升支護效果[2]。

3 隧道洞口不良地質段施工技術

某高速公路隧道工程出口在圍巖山坡古滑坡體上，滑體厚度在19.2～21.1 m 范圍內，地面坡度約為20°，洞口上方地表大部分為水田，滑坡體包含了塊石和少量黏土，下方長期有泉水流出，說明在滑體內部蘊含著豐富的地下水，而受頻繁活動的地下水影響，滑體穩定性相對較差，在洞口開挖過程中很容易出現坍塌乃至冒頂問題。如何對隧道洞口不良地質段進行處理，是工程施工中需要解決的一個關鍵問題[3]。

3.1 做好地表加固

考慮到該隧道斷面相對較大，淺埋段隧道較長，地層穩定性差，在進行施工前，需要借助地表注漿或高壓旋噴注漿的方式做好預加固工作，對地質條件進行改善，為后續施工提供便利條件。這里采用的是預加固樁的加固方式，需要先將地表植被清除，在每個洞口左右線各設置2 根預加固樁，樁體長度為18 m，樁徑為2 m，在開挖樁孔的過程中，需依照設計的方案要求，做好護壁混凝土施工來保障施工安全。從保障加固效果的角度出發，選擇C30 混凝土，等樁體強度達到設計要求后，才能進行后續操作。

3.2 排水系統施工

在對隧道洞口截水溝進行施工前，作業人員需要對邊坡和仰坡上的山坡穩定性進行檢查，將懸石和危石清除，對照現場地形條件，選擇最佳排水系統進行施工，保障排水順暢的同時，盡量減少對地表植被的破壞。洞頂位置環向截水溝可以在隧道外側沿地勢走向接入隧道洞口附近溝道內[4]。

3.3 邊坡仰坡支護

隧道洞口位置的邊坡、仰坡支護在經過現場分析論證后，決定采用噴錨支護配合小導管注漿的方式，導管直徑為42 mm，長度約為6 m，以1.5 m 的間距進行梅花形布置，噴錨支護使用φ80 mm 鋼筋網，網格尺寸為20 cm×20 cm，C20 混凝土噴射厚度控制在約10 cm。在施工過程中，鋼筋使用前需要進行冷拉調直處理，將表面存在的裂紋、油污、顆粒以及片狀銹蝕等全部清除，搭接長度控制在1～2 個網格，配合焊接的方式進行固定。在對鋼筋網進行鋪設的過程中，需要順應受噴面的起伏狀況，確保鋼筋網與受噴面之間的距離不超過3 cm。在對混凝土進行噴射施工時，作業人員需要控制后噴頭與受噴面的距離，對噴射角度進行調整，將鋼筋保護層厚度提高到4 cm以上。

3.4 開展管棚施工

在該隧道工程中，進洞采用了長管棚的形式，設計長度為28 m，管棚框架材料使用φ108 mm 熱軋無縫鋼管，鋼管厚度為6 mm。每個洞口環向設置35 根鋼管，將相鄰鋼管間距控制在40 cm。以頂進法對管棚進行施工，需要先使用專業管棚鉆機，鉆出直徑超過管棚直徑的引導孔，然后，人工配合裝載機完成鋼管頂進作業。為了保證施工效果，正式施工前需要設置好導向墻，并在設計位置進行布孔和標注，完成管棚鉆機的就位。鉆進過程中，必須做好鉆機立軸方向的把控，一邊鉆孔，一邊進行鋼管頂進作業，使用長度為15 cm 的絲扣對鋼管接頭進行連接，同時，也需要對每一個鉆孔的施工情況進行記錄[5]。

管棚施工環節，注漿量必須能夠滿足設計要求，確保漿液擴散半徑在0.5 m 以上。如果注漿量超限但依然沒能達到預期壓力標準，則需要對漿液濃度進行調整，確保其能夠填滿鉆孔和鋼管周圍空隙。注漿作業采用從低到高的順序，間隔注漿，依照鉆孔編號，先注漿單號鉆孔，再注漿雙號鉆孔。

3.5 隧道洞口開挖

結合該工程實際情況分析，隧道洞口地段圍巖風化破碎嚴重，穩定性較差，因此，在開挖過程中，應堅持超前支護、嚴格注漿的基本原則，使用超前管棚注漿支護和注漿小導管支護相互配合的形式，再結合預留核心土的開挖方式，將臺階開挖分成3 個部分，分別是拱部、上部和下部，開挖循環進尺控制在0.5 m。實際施工作業環節，上臺階環形導坑開挖采用人工開挖的形式來保障安全，避免過大擾動，核心土和下層臺階為了保障施工效率，采用人工開挖配合機械開挖的模式，將上下臺階開挖距離控制在約6 m。在環形導坑開挖完成后，需要設置永久性鋼支撐，然后實施噴錨支護，等到初期支護基本穩定后，才能對核心土進行開挖。下半斷面開挖采用了跳槽開挖的方式，單次開挖長度不超過2 榀鋼支撐的長度，要求在兩側交替進行施工[6]。

3.6 重視初期支護

設計支護方案采用I20 鋼拱架，將間距控制在0.5 m，超前支護則使用雙層φ42 mm 小導管，一共32 根。噴射混凝土施工采用分段、分塊作業的方式，要求做到“先墻后拱”，從下到上的順序進行，在進行噴射作業過程中，噴嘴需要做螺旋運動，將螺旋半徑控制在20～30 cm，這樣能夠保證混凝土噴射的密實性。施工作業人員需要做好對風壓、水壓和噴射距離的嚴格控制，盡量減少混凝土回彈問題?？紤]到噴射混凝土厚度達到了26 cm，為了保障施工質量，采用分層作業方式，在第一層混凝土終凝1 h 后，進行第二層混凝土噴射，二次噴射需要做好巖面的找平工作，為后續防水層鋪設提供便利[7]。

3.7 做好監控量測

監控量測主要是利用先進的技術和專業設備對隧道圍巖變形情況、隧道支護下沉情況以及支護結構動態變化等進行測量，幫助工程技術人員及時發現并解決隧道變形問題，保障隧道工程施工質量和使用安全。隧道洞口支護結構的設置需要考慮巖體變形、應力狀態以及穩定性等情況，而在支護結構變形前，通常都會出現比較明顯的變形或位移，采用監控量測的方式能夠獲得真實、準確的結果，并對支護結構的支護效果進行檢驗，為支護方案和施工技術調整提供參考依據。對于隧道圍巖應力狀態變化，最為直觀的表現是周邊收斂位移和拱頂下沉，通過對這2 個參數進行監控量測，可以幫助技術人員更好地判斷隧道空間的穩定性。對地表沉降數據分析可知，隧道洞口地表在下導坑和仰拱施工過程中，會出現一個比較短暫的突變，其余時間則是平緩變化。而在下沉量變化方面，在圍巖開挖過程中，存在剛性支護滯后的問題，導致圍巖變形和下沉量較大，剛性支撐完成后，下沉速度也在明顯下降，表明，通過及時有效的剛性支護，可以很好地實現對圍巖變形和地表沉降問題的有效控制[8]。

3.8 隧道坍塌防治

在隧道洞口不良地質段施工過程中，容易出現隧道坍塌問題。其原因除去不良地質的影響，還有設計施工方法不合理，施工作業不恰當等，地質條件是主要誘發因素。對于隧道坍塌事故，需要做到預防為主，綜合防治。在施工前需要做好隧道洞口水文地質條件以及周邊環境的調查分析，保證施工設計的合理性。同時，對隧道洞口施工環節可能會出現的隧道安全事故進行分析，采取有效措施進行防范。對于已經出現的坍塌事故，需要停止施工，對前后影響段進行加固，避免坍塌范圍持續擴大，如果坍塌范圍較小，應做好清理工作，將崩落的巖石清除后，進行回填加固和支護；如果坍塌范圍較大，處理復雜，需要在襯砌施工完成后進行回填，對于襯砌斷面外的坍塌暫時不做處理，應做好坍塌體周邊圍巖的保護工作，采用先支護后開挖的方式，保持謹慎施工，盡可能減少和消除隧道坍塌造成的負面影響。

3.9 施工效果分析

結合實際情況分析，在仰拱施工成環之前，圍巖的變形是一個徐變過程，雖然因為不良地質的影響，在開挖過程中出現了短暫突變，但在封閉成環后，無論是拱頂下沉還是周邊收斂位移，都開始趨于平緩，表明了及時封閉成環的重要性。

4 結語

在對隧道洞口不良地質段進行施工的過程中，應切實做好隧道圍巖的變形控制，初期支護必須具備一定的剛度，二次襯砌則需要及時進行，不能一味地依照相關技術規程中的參數要求進行施工，而是應結合工程實際情況，切實做好施工方案的設計和監控量測工作，將圍巖變形控制在允許范圍內，以保證隧道工程整體施工效果。