小间距隧道浅埋段进洞施工工法

1、小间距隧道浅埋段进洞施工工法YNGF （ 2010）胡建全 吕俊 王春华 沈家文 张友培【中国云南路建集团股份公司 云南建工水利水电建设有限公司】1 前言在高速公路进入山区后，由于受到路线走廊带内各种条件的制约，出现了连拱隧道、 小间距隧道和浅埋、偏压隧道。小间距隧道左、右幅相距较近，施工相互影响大，工程措 施相对特殊。尤其是小间距隧道浅埋段的施工常与浅埋、偏压问题交织在一起，更是隧道 施工中的重点、难点。因此，找到一种适合于小间距浅埋隧道安全进洞的施工工法至关重 要。我公司通过云南元武高速公路 B7 合同段波支隧道的施工实践，结合以往隧道的施工 经验，在浅埋、偏压隧道的基础上总结提炼了本工法

2、。本工法通过了 2010 年度中国云南 路建集团股份公司企业级工法评审，认为其关键技术总体达到了国内领先水平。2 工法特点2.1 洞口及明洞开挖方量小，对地表的扰动少，能减少对地表生态环境和植被的破 坏。2.2 克服了小间距、浅埋、偏压、不良地质隧道安全进洞的难题，避免了因洞口大 面积开挖诱发的山体滑坡，进洞安全。2.3 可实现隧道的零开挖进洞。2.4 适用于多种复杂的地质环境，在软弱围岩中应用更体现其优越性。2.5 采用台阶分步法开挖，进洞后可根据地质条件灵活调整施工方法，加快施工进 度。3 适用范围本工法主要适用于洞口土质或围岩松散、破碎、偏压的不良地质隧道浅埋段，特别是 0.75b （b

3、为单洞隧道的开挖宽度）的小间距浅埋隧道的进洞施工。4 工艺原理隧道开挖前通过砌筑套拱在洞口浅埋段隧道外缘打设一环纵向钢管，并通过钢管注浆 加固围岩，提高围岩的自承载能力。然后采用台阶分步法开挖洞室，并通过架设钢支撑、 挂网喷锚形成柔性支护控制围岩变形，最终形成隧道结构。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程进洞施工一般按洞口及明洞开挖、 边仰坡防护、截水沟施工、套拱施工、大管棚施工、 明洞衬砌、开挖进洞、洞门施工、明洞回填等步骤完成，见图5.1 。洞口q边仰坡W截水沟套拱*大管棚明 洞开挖洞 门W明 洞开施衬进施回防施施挖工砌洞工填护工工LLJLJL JLLJLJLJLJ图5.1 施工工

4、艺流程图应结合设计方案和实地地形尽量减少洞5.2 施工操作要点 洞口及明洞开挖 为避免洞口及明洞开挖造成周围环境的破坏， 口和明洞的开挖。图5.2.1 洞口开挖浅埋偏压明洞可采用夯填碎石土增加浅洞口采取明挖法开挖。开挖前，首先由测 量人员按设计和实际地形放出边、仰坡的开挖 桩，然后利用挖掘机自上而下分层开挖，每层 开挖深度1.52m石质地层仰坡开挖需要爆 破时，应以浅眼松动爆破配合挖掘机开挖为主， 局部辅以人工修整。开挖时应随时检查边坡和 仰坡，如有滑动、开裂等现象，应适当放缓坡 度。当开挖至拱顶管棚位置时，应注意预留核 心土作为管棚施工的工作平台。明洞不宜采用大面积开挖，只要清除洞口 与上方

5、有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石即可。埋侧覆盖层厚度，缩短明洞衬砌，以达到减少开挖土方及回填方量、及早进洞的目的开挖时必须严格按照设计坡比进行开挖。开挖后立即用坡度尺进行检查，发现误差, 及时纠正。洞口开挖见图521。522边仰坡防护洞口开挖完毕后，采用人工及时修整坡面,清除虚土、危石，然后立即喷射混凝土封闭坡 面，喷层厚度应符合设计要求。由于洞口段埋深浅，岩体多为坡积物或弃 土覆盖，自稳能力差。因此，从开挖到支护时图5.2.2 边仰坡防护间间隔不能太长，同时要加强边仰坡的变形观 测。遇软弱破碎围岩，经采用喷射混凝土防护不能有效稳定坡面时，应在相应部位增加砂浆锚杆，并铺挂8钢筋网，加强对坡面的

6、支护。挂网完成后立即喷射混凝土，并反复喷射直到达到设计厚度为止。边仰坡防护见图5.2.2 。截水沟施工套拱施工图5.2.4-1立架施工图5.2.4-2套拱混凝土浇筑首先进行施工放样确定套拱位置，立架安放4榀套拱工字钢支撑。然后在钢支撑外侧根据地形情况，在距仰坡坡口 5米处开挖截水沟，将边坡水引出隧道区，进入天然沟 中排走。截水沟采用人工开挖基坑，7.5号浆砌片石支砌，10号砂浆抹面。并将导向管与钢支撑焊接成为整体。因为导按大管棚的设计间距安放 140 x 6mn#向管，向管的安装质量直接影响到大管棚的施工质量，因此施工中应对导向管的平面位置、顶面高程及外插角进行准确定位，安装完毕应对其安装质量

7、进行逐一检查，检查合格方可吊模 浇筑套拱混凝土。待混凝土强度达到设计强度的85沖上，才能开始大管棚的施工。立架施工见图524-1，套拱混凝土浇筑见图524-2。大管棚施工图5.2.5 大管棚施工大管棚采用水平钻机施工，施工前必须在加工场内制作好管件。钢管采用节长 56m的 108X 6mn无缝钢管，第一节钢管应加工15cm 长的尖锥头，钢管上按梅花形间距50cm钻6-8mm的小孔，以便入孔和浆液渗入破碎岩体。1. 布孔：开挖洞口及明洞土石方时应预留 下部台阶，满足钻机就位工作，拱顶部位则通 过搭建脚手架使钻机就位。钻孔前须严格按照设计角度与标高进行测量定位，钻机安装固定好，经复核无误后才能开机

8、。2. 钻孔：用水平钻机钻孔，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。钻孔方向与线路中线平 行，外张角控制在12之间，孔深必须超过设计管长，钻孔深度以钻机钻杆长度进行 测量。钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏差及时纠正。3. 清孔：施钻完成后，先用钻杆配合钻头反复扫孔，清除浮渣。然后吹入高压风进行 清孔，直至清孔残渣流完为止。4. 推管：先用人工将第一节带尖锥头的钢管就位，尾端依托在钻机上逐渐推入，每次推管预留50 cm以便连接第二根管，然后用连接套把两根钢管旋紧、焊牢，反复推管至设 计长度。注意隧道纵向同一截面内的钢管接头数量不得大于50%相邻钢管的接头至少错开1米。每钻完一孔便顶进一

9、根钢管，以防因邻近孔位施工造成缩径。5. 注浆：注浆前，先用钢板将管棚外露端焊接密封，并设置压浆孔。然后使用注浆泵进行注浆固结围岩。对有水或破碎的岩体，注入水泥水玻璃双液浆固结止水；对于无水 围岩，可注入单液水泥浆固结围岩。注浆结束后用10号水泥砂浆充填，以增强钢管的强度和刚度。大管棚施工见图5.2.5 。明洞衬砌明洞衬砌采取先仰拱、后墙拱的方法，自下而上顺作施工。仰拱开挖宜采用整体式开挖；仰拱开挖后应立即清除积水、杂物及虚渣，使用拱架模板浇筑仰拱混凝土。仰拱混凝土应由仰拱中心向两侧对称进行浇筑，并一次施工完成。施 工时要注意预留仰拱与拱部连接的预留钢筋。图5.2.6 明洞衬砌明洞衬砌采用全断

10、面衬砌台车，采用 48 钢管弯制弧形拱架固定外模，外模选用木板或 竹胶板；端模（挡头板）选用 5cm厚的木板制 作，采用角钢U形卡和短方木固定，以适应端 模尺寸的不规则性。混凝土采用拌和站集中拌和，混凝土罐车 运输，混凝土输送泵泵送入模，插入式振动棒 和附着式振动器振捣的施工工艺，确保二次衬 砌内实外美。拱墙混凝土自两侧拱脚向拱顶对称、分层、连续灌注，每层浇注厚度不超过 0.5m。浅埋偏压明洞要先进行洞门抗滑桩施工，抗滑桩开挖采取跳孔开挖。待承台浇筑完成 后，再浇筑仰拱、施作偏压墙，然后进行明洞衬砌。地形条件特殊或有设计时，可开挖浅 埋一侧，先施作偏压墙，再采用夯填水泥稳定碎石土来增加浅埋侧覆

11、盖层厚度以减少偏压， 然后按暗洞进行开挖。明洞衬砌见图5.2.6 。开挖进洞在管棚结构的保护下，洞口浅埋段、小净距隧道采用台阶分步法开挖进洞。本方案一般环形开挖进尺为0.51.0m左右，台阶长度810米。台阶分步法开挖见图5.2.7 - 11. 开挖上台阶，施作拱部初期支护；2. 开挖侧腰部，施作侧腰部初期支护；3. 开挖上部核心土，施作临时仰拱；4. 开挖拱脚部，施作拱脚部初期支护；5. 开挖下台阶，施作仰拱初期支护；6. 完成隧道开挖及初期支护后，立即进行仰拱二次衬砌混凝土的浇注；7. 根据监控量测结果确定进行边墙、拱部二次模筑混凝土的浇筑。拱部弧形导坑采用机械开挖，必要时辅以弱爆破，每次

12、开挖进尺与钢架间距相同，尽 量将拱部初期支护抵至开挖面。边墙应左右错位开挖，两边不得同时开挖。围岩开挖后及 时喷射混凝土封闭围岩面，并按设计要求架立钢拱架、打设径向锚杆、铺挂钢筋网、喷射融耐支护伸按二次衬磋混凝土施作初期支护，以减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩松弛；同时拱、墙 脚每侧各打2根 25锁脚锚杆并与钢架焊接牢固，利于下部开挖时初期支护的稳定。Z._厂_11赴 w i 图527 - 1台阶分步法开挖示意图图527-2洞身开挖在完成拱墙初期支护后，及时采用左右交 错的方式进行仰拱施工。仰拱应随开挖及时跟 进，使初期支护及早封闭成环，尽早发挥围岩 的自承能力，构成稳固的初期支护体系

13、，缩短 二次应力重分布的时间。二次衬砌的施作，应在围岩和锚杆支护变 形基本稳定后进行。在自稳性很差的地段，初 期支护变形量大，且无明显收敛趋势时，应及早进行衬砌施工。图527-3洞身施工小间距隧道采用本法施工时，应先采用超前 支护加固隧道开挖前方围岩，然后采用左右幅异 步施工法错开掘进。掘进时，要先开挖地质条件 较差的一幅隧道，左、右幅掌子面开挖应错开 30米，待先行洞二次衬砌混凝土强度达到 70% 以上方可开挖后行洞，减小相互间因开挖而造成 的影响。先行洞的开挖可采用与分离式隧道相同的施工方法，但应重视爆破震动对中间岩土体的影响；后行洞的开挖宜先开挖靠中间一侧侧腰部，开挖时应加强对中间岩土体

14、的监控量测。左右幅异步施工法见图527 4图5.2.7 4左右幅异步施工法平面图小间距隧道V级围岩原则上采用机械开挖，尽可能减少开挖对围岩的扰动，特别是对 中间岩土体的扰动；必要时可辅以微量的弱爆破，爆破开挖必须采用微差控制爆破。为避 免爆破震动波的叠加，各段起爆时间应根据震动测试确定（按经验值以大于200ms为宜），爆破最大临界震动速度必须控制在15cm/s以内，以防止后行洞开挖对先行洞周壁产生不良影响。上台阶开挖完成后要立即施作临时仰拱，及时封闭成环，以阻止上台阶的水平收 敛，减少围岩变形；必要时可在掌子面喷射混凝土封闭开挖面，以防止掌子面坍塌。初期 支护落底时应采用跳槽马口开挖，每次开挖

15、不应超过两榀钢架距离，并要做好洞内排水工 作，避免积水软化基础。开挖后要认真按照设计要求打设系统锚杆，对中间岩土体进行注 浆加固，确保岩体密实。洞身施工见图527-2、527-3。洞门施工洞门施工在洞口段二次衬砌完成 20m后进 行，洞口工程必须在旱季施工，并在下一雨季到 来之前完成所有洞口工程土建工作。洞门墙基础必须置于稳固的地基上，视地形 及地质条件埋置足够的深度，保证洞门的稳定 性。基础开挖后，检测地基承载力是否满足设计 要求，不能满足设计要求的必须进行处理。车运输，混凝土输送泵泵送入模。洞门墙应根据实际需要设置沉降缝和泄水孔。砌筑洞门 墙时在墙后铺20cm砂砾垫层，并在墙根处预埋泄水孔

16、，将水引至洞外排出。施工完毕的隧道洞门见图 5.2.8 。5.2.9 明洞回填待混凝土强度达到 70%以上方可进行明洞回填。回填前首先对拱背进行修整，然后按 设计要求在明洞衬砌外层铺设防水层。明洞回填应采用小型机具对称、分层夯实，每层厚度不大于 0.3m，其两侧回填面高差 不大于0.5m，回填至拱顶平齐后分层压实至设计高度。使用机械碾压时，必须用人工夯填 至拱顶 1.0m 以上，方可采用机械压实。明洞衬砌回填土上设置一层厚 50cm 的粘土隔水层，让水顺回填土坡面流入天然沟内 排走，防止地表水下渗。5.2.10 监控量测浅埋段隧道具有埋深浅， 地质条件复杂、 围岩风化破碎， 受雨季地表水影响大

17、的特点， 而小间距隧道经常与浅埋、软弱岩土体等问题交织在一起，施工难度大，对变形、沉降的 要求高，监控量测极为重要，因此应安排专人搞好地质和支护状态观测、周边位移、拱顶 下沉、锚杆内力及抗拔力等隧道现场监控量测工作，位于W切级围岩中且覆盖层厚度小 于40渤勺隧道还应做好地表沉降量测，及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳 定状态，并根据施工中所得到的现场量测资料分析围岩稳定性，确定适合的开挖方法，以 确保施工安全。当发现量测数据有不正常变化或突变，洞内或地表位移大于允许位移值，洞内或地面 出现裂缝以及喷层出现异常裂缝时，均应视为坍塌冒顶的危险信号，人员必须立即撤离现 场、停止施工，经处理

18、达到安全作业条件后方可继续施工。6 材料与设备6.1 主要材料管棚：选用 108X 6mm无缝钢管施作大管棚。6.1.2 注浆材料：选用水泥水玻璃双液浆或水泥砂浆。6.1.3 拱架：采用工字钢制作。钢筋网：选用 8钢筋网。6.1.5 锚杆：采用 WTD-25锚杆。6.2 机具设备配置机具设备配置见表6.2表6.2机具设备配置表序号机械名称型号数量1挖掘机PC2001台2转载机ZL50C2台3自卸汽车15t5辆4水平钻机MD502台5空压机20mf/min2台6凿岩机YT-2815台7风镐G108把8注浆机浙江1台9湿喷机TK-9612台10打夯机日本LT-6002台11切割机J3GB-4002

19、台12压床自制1台13交流电焊机BX1-5005台14混凝土搅拌机JS-5003台15混凝土配料机3HPD1200 50m/h1套16混凝土罐车37m2辆17混凝土输送泵HBT60A2台18衬砌台车全液压2台7质量控制本工法除执行施工设计图等文件的有关技术要求外，还应执行公路隧道施工技术规范(JTG F60-2009)、公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004 )、公路隧道设计 规范(JTG D70-2004)，同时应注意以下施工要点：7.1 建立健全施工质量、控制体系，责任到人，每道工序都做到严格检验，并按规 范要求进行控制。7.2 材料进场时必须取得厂家的出厂质量证明，进场后

20、要按规定频率及项目进行自检，所有材料必须满足规范或设计要求。7.3 隧道施工前应进行贯通测量，满足规范及要求后，才能进行施工。7.4 开挖过程中要及时做好洞内排水系统，严禁洞内积水，软岩地段施工排水沟不 应沿边墙设置，宜距墙基脚适当距离，以防止水沟渗水软化边墙基底围岩面降低其强度。7.5 做好隧道开挖前的地质超前预报工作，加强隧道内各工序及断面开挖完成后的 监控量测，同时做好地表下沉及位移观测，用监控量测成果指导施工。8 安全措施8.1 洞内施工现场必须设置足够的照明设施，并要有一定的备用数量；交接班时， 必须检查安全情况，并认真进行书面记录。8.2 交叉施工的工程项目，施工前要了解交叉施工的

21、工作内容、施工时间及安全注 意事项等，必要时要派专人进行协调、防护，以确保施工安全。8.3 隧道施工爆破采用光面爆破开挖，严格控制松动爆破的用药量，以减少爆破对 围岩的拢动。8.4 隧道爆破定时进行，并将人员、设备撤至安全地带。爆破后经通风排烟、找顶、 瞎炮处理后，其它施工人员方可进入工作面。8.5 参加隧道施工的人员要体检合格后方准参加施工；坚持班前进洞安全教育，杜 绝酒后或带病工作。8.6 所有进入隧道的施工人员、管理人员，均配戴安全防护用品。8.7 隧道开挖前，首先检查工作面是否处于安全状态，如有松动岩石应立即清除。 开挖过程中要加强观察，遇有险情要急时采取退避、加固等措施。8.8 隧道

22、横洞或正洞临近贯通前，要加强联系、统一调度，确保施工安全。8.9 加强洞内施工用水管理，做好防排水工作，方便施工，有利安全。8.10 加强洞内用电及照明管理，设专人随时对供电线路、照明设施进行维修，防止 漏电伤人。9 环保措施9.1 为了防止隧道施工中可能造成的地下水严重流失、地表塌陷、水源枯竭导致生 态环境遭到破坏，做好地表水、出水点及地表塌陷的观测工作，必要时要进行地表处理， 同时在岩溶发育地段，维系溶洞、暗河的既有通道，使地下水尽可能保持原有水位。9.2 隧道附近有高于设计高程的水源、灌溉渠、水井、水塘等农田灌溉、水利设施 时，应优化施工方案，制定切实可行的操作工艺和防渗漏措施，并派专人

23、在上述设施周围 进行日常观测，切实有效地保护好水资源。9.3 岩溶注浆工程距水源、地下水通道等水源较近时，施工中要选用合理的施工方 法和工艺参数，并派专人对施工现场周围地形地貌、附近水源及异常情况进行观察，发现 问题及时停工，确保周围水源不受污染和流失。9.4 加强机械设备的维修保养和达标工作，减少机械废气、排烟对大气的污染。9.5 在隧道施工中出现瓦斯等有害气体时，应采取必要措施减少有害气体的排放。9.6 施工中产生的废泥浆在排放前应先沉淀过滤，然后使用专门的运输车辆弃至指 定地点，防止泥浆遗撒路面、污染水源。9.7 弃渣场地必须排水通畅、且必须砌筑挡墙，防止洪水形成泥石流。9.8 施工弃渣

24、按环保部门要求运至指定地点堆弃，随弃土随平整、碾压，同时按设 计要求认真做好弃渣场的防护、绿化工作。9.9 施工营地、场地、便道等在使用完毕后，按要求及时恢复。10 效益分析10.1 本工法克服了小间距、浅埋、偏压、不良地质隧道安全进洞的难题，进洞施工 对地表扰动小，可实现隧道的零开挖进洞，使工程施工对环境的破坏减到最小，最大限度 的保护了周边环境，经济效益显著。10.2 与传统的明挖法相比，本工法洞口及明洞开挖土石方量少，且不需要回填，节 省了大量的人力、物力。11 应用实例11.1 云南元武高速公路 B7 合同段波支隧道，全长 763 米，隧道设计为净跨 11.20 米，净高 7.l0m 的左、右幅分离的双洞单向行车双车道隧道。隧道位于元谋大断裂区域， 右幅进口 K98+760- +856有一崩塌体发育，厚度9.813.9m，由亚粘土、块石土组成，稳 定性较差。右幅出口 K99+07C+140（左幅出口 K99+04C+100）段隧道埋深浅（最薄地 段覆盖层仅 1.7 米），围岩为坡残积亚粘土含碎石，围岩稳定性差，拱顶、侧壁极易坍塌 冒顶。武定端隧道左、右幅间距较近（武定端洞口线间距18m净距15.90m），为小间距隧道。该隧道属于典型的小间距、浅埋隧道，为云南元谋至武定高速