張衛(wèi)國

（中鐵十七局集團第三工程有限公司，山西 太原 030000）

隧道工程是鐵路、公路設計中廣泛采用的一種結構形式，地形、地貌、地質情況是影響隧道施工的重要因素。在陜西、山西、甘肅、寧夏等黃土普遍分布區(qū)域，隧道洞口存在淺埋、偏壓、溜塌、陷穴等特殊黃土地質，進洞施工是一項關鍵控制性工程。傳統(tǒng)方法采用套拱加大管棚的進洞方法，該方法工期長、造價高、對周邊環(huán)境破壞大[1]。隨著隧道建造技術不斷發(fā)展，進洞方案不斷優(yōu)化，文章通過研究現(xiàn)場地形地貌地質，提出一種零開挖超前小導管進洞方案，實施效果良好，是大管棚進洞的一種較好的替代方案。

1 工程概況

浩吉鐵路是國家北煤南運的戰(zhàn)略大通道，全長1814km，銀山3號隧道位于陜西省安塞縣，全長426.73m，單洞雙線隧道，最大埋深67.70m，由進口單口掘進。

隧址區(qū)地形受地臺抬升及黃土高原水流向源侵蝕的影響，下切作用明顯，呈V字型沖溝發(fā)育，為典型的黃土高原侵蝕性梁峁溝谷地貌。進口段埋深為1.5～15.5m，屬超淺埋隧道[2]。進口為第四系上更新統(tǒng)風積砂質新黃土，淺黃色，以粉粒為主，含少量白色菌絲與姜石，具多孔性、垂直節(jié)理發(fā)育、層理不明顯、透水性強、濕陷性等特點，是非飽和的欠壓密土，洞口淺埋段受風化節(jié)理、滑塌節(jié)理、濕陷節(jié)理、卸荷節(jié)理、原生節(jié)理等影響，形成滲水通道，導致黃土圍巖軟化，結構破壞，強度大幅下降至喪失，極大影響隧道安全施工和圍巖穩(wěn)定[2]。為避免施工引起洞口地質災害，零開挖、不擾動是洞口施工的重要原則。

2 超前小導管進洞設計方案

經(jīng)過對現(xiàn)場地形地貌地質的研究，杜絕施工擾動邊仰坡，按“早進晚出”“零開挖”的原則，確定采用超前小導管進洞方案代替原設計大管棚（φ108）進洞方案，進洞里程向洞外方向移動5m，實現(xiàn)“零仰坡開挖”“早5m進洞”。

進洞方案：采用φ42×3.5mm超前長導管加密排小導管預支護，上層超前長導管，拱部120°施作，長6m，環(huán)向間距40cm，每環(huán)31根，縱向每6榀鋼架設一環(huán)。下層超前密排小導管，拱部150°施作，長4m，環(huán)向間距20cm,每環(huán)83根，縱向每2榀鋼架設一環(huán)。首環(huán)導管采用雙層型鋼格柵做為導向架，以后均為單層型鋼格柵。每循環(huán)長3.6m，共設計11個循環(huán)完成進洞施工轉入洞身施工，導管用1∶1水泥漿液注漿。

洞身方案：洞口段40m采用Ⅴb（土）復合式襯砌，初期支護I20a鋼架，間距60cm，鋼架間鋼筋連接，C25噴射混凝土厚度27cm，拱架拱腳每處施作2根4m長φ42（t=5mm）鎖腳錨管。全環(huán)設置φ8@20×20cm鋼筋網(wǎng)。仰拱、二襯為C40鋼筋混凝土，厚度均為50cm。

3 超前小導管進洞施工方案

3.1 總體施工順序

邊仰坡整理→截水溝施工→型鋼導向架支立→上層長導管安裝、注漿→下層密排小導管安裝、注漿→按微臺階工法逐榀開挖、支護→洞口鎖口圈。

3.2 總體施工方案

采用“零開挖”“早進洞”方法，對邊仰坡稍做修整即進行超前小導管施工，然后用微臺階工法進行洞身施工，加強洞內、外監(jiān)控量測，做好超前地質預報。黃土隧道開挖后時空效應十分明顯，承載拱維持時間較短，必須快挖快支，盡量減少圍巖暴露時間。

采用人工對邊仰坡陷穴、小沖溝進行平整、回填，保證排水順暢、不積水。洞頂截水溝人工開挖，立模澆筑混凝土，將水向兩側自然溝渠引排。雙層型鋼導向支架采用機械開挖基礎，挖機配合人工支立鋼架，用鋼筋臨時固定。風槍鉆孔進行長導管和小導管安裝或采用風槍直接送管安裝，用注漿泵對導管進行注漿。

洞身采用微臺階工法進行洞內逐榀開挖、支護，上、中、下臺階高度分別為4.14m、3.4m、3.7m，臺階總長度控制在15m（不超過2倍洞徑），人工配合機械開挖，自卸車配合裝載機出碴。預留沉降量結合施工經(jīng)驗先按40cm控制，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時進行調整。格柵鋼架人工分段支立，鎖腳錨管用風槍鉆孔安裝，噴射混凝土采用濕噴機械手施工。

3.3 主要工序施工工藝及方法

（1）洞口臨時防護。避免洞口開挖造成邊仰坡失穩(wěn)，洞口段施工以少刷或不刷仰坡為原則，超前支護施工前對明暗交界處直立掌子面進行噴錨支護，采用4m長φ22砂漿錨桿，間距1.5m×1.5m，梅花型布置；C25噴混凝土厚15cm，采用φ8@25×25cm鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)片在加工廠制作，現(xiàn)場安裝。錨桿采用風槍鉆孔施工，網(wǎng)片焊接于錨桿尾部，網(wǎng)片搭接不小于一個網(wǎng)格間距，噴射混凝土采濕噴機械手自下而上，分段分片分層逐步完成。

（2）洞口超前支護。采用φ42（t=3.5mm）的鋼花管作為超膠前支護，在已完成臨時防護的明暗交界處支立鋼架，施作超前支護。在DK266+210處施工雙層I20a鋼架，上層鋼架作為導向架，下層鋼架為初支鋼架，鋼架位置采用全站儀定位，兩層鋼架間距離為100mm。上層導向鋼架腹板處割孔，對應安裝φ42×3.5mm的長導管，外插角約15°，導向架施作完成后立即施作初支鋼架，在導向架與初支剛架之間施作密排小導管，外插角約10°。鋼架和超前導管施工完成后采用C25噴射混凝土封閉，導管焊接止?jié){閥，采用注漿泵注1∶1水泥漿液，壓力為0.5～1.0MPa，注漿由兩邊向中間隔孔進行。

（3）洞身微臺階施工工藝。開挖采用微臺階工法，上臺階長5～7m，中臺階長5～8m，上臺階預留核心土，中臺階設臨時仰拱。人工配合機械進行開挖。微臺階施工必須做到“兩緊跟”，即鋼架緊跟掌子面，仰拱初支封閉緊跟下臺階。上臺階以人工開挖為主，作業(yè)人員在核心土上完成斷面修整及立架作業(yè)，C25噴射混凝土采用濕噴機械手（20m3/h）作業(yè)。施工中應重點觀測拱頂圍巖節(jié)理、層理、裂隙發(fā)育情況，當出現(xiàn)圍巖不穩(wěn)定，應加強超前支護或設置局部鋼架加固方式。中臺階左右交錯施工，開挖進尺0.6m。下臺階與仰拱同步開挖、支護，及時形成初支封閉圈。盡快形成不小于1倍洞徑的洞口鎖口圈，保證洞口穩(wěn)定。

（4）監(jiān)控量測方法。采用非接觸量測方法，洞身開挖前及時布置地表沉降觀測點，每個斷面以隧道中心線向兩側每隔2m布點，超出隧道開挖線后按5m間距布點。洞內沉降、收斂觀測點斷面間距5m，每個斷面5個點，分別在拱頂、上中臺階左右拱腳處各布1個點，洞內、外觀測點盡量布置在同一斷面。做好點位保護，按頻率測量。

4 實施效果分析

2016年5月24日—6月30日，38d開挖45m，變形穩(wěn)定，拱頂最大沉降6.3mm，與大管棚進洞方案對比有較大優(yōu)勢。

（1）技術方面。超前小導管縮短了一次施工長度，由40m減少為6m，導管位置、角度更準確，在技術上比長管棚更容易實現(xiàn)。

（2）經(jīng)濟方面。大管進棚進洞，土方量1457m3，無縫鋼管24.75t（1640m），鋼筋籠20.12t，合計24.09萬元。小導管進洞，基本無土方，無縫鋼管30.4t（9148m），合計18.07萬元。小導管進洞比大管棚進洞節(jié)約費用6.02萬元。

（3）安全方面。大管棚進洞由于管棚施工擾動較大，影響邊坡穩(wěn)定，而小導管施工對圍巖擾動很小。

（4）工期方面。大管棚進洞開挖土方量大，加上導向墻、管棚鉆孔、送管、注漿等，正常施工需21d，而小導管進洞零開挖、工序少、作業(yè)簡單，僅需5d，節(jié)約16d。

（5）環(huán)保方面。采用大管棚進洞，邊仰坡刷坡面積較大，土方量較多，造成原地貌的破壞，棄碴量增加。小導管零開挖進洞，不破壞原有植被，保護了原地貌，減少棄渣量和臨時用地。

銀山3號隧道成功實施了零開挖進洞，施工過程安全，各項質量指標檢驗合格，監(jiān)控量測量數(shù)據(jù)均在可控范圍，是一種經(jīng)濟、安全、綠色環(huán)保的進洞方案。

5 結束語

從銀山3號隧道零開挖小導管進洞的成功實施說明該進洞技術方案具有以下特點：

（1）實現(xiàn)了“零開挖”“早進洞”隧道施工理念，保護了環(huán)境，避免了大量土方作業(yè)，降低了洞口邊仰坡失穩(wěn)的風險，實現(xiàn)了綠色環(huán)保施工理念。

（2）小導管代替大管棚，不需導向墻，沒有長大鉆孔作業(yè)，減少了大型設備使用數(shù)量，節(jié)約了材料，縮短了工期，實現(xiàn)了經(jīng)濟施工理念。

（3）小導管代替大管棚，減少了施工對圍巖的擾動，安全更有保障。

（4）采用微臺階開挖工法，實施“兩緊跟”和“洞口鎖口圈”工藝，鋼架及時落底、初支及時封閉，有效控制拱頂下沉和周邊收斂，質量安全可控，提高了了工作效率。

大量隧道施工中，真正具備零開挖條件的并不多見，一些隧道往往需要先回填再開挖、先做護拱再開挖、先做前置洞門再開挖，不論那種情況都應遵循“早進晚出”的經(jīng)濟、環(huán)保、安全理念[3]。小導管進洞是利用超前小導管，通過注漿對圍巖預加固，提高圍巖承載能力，形成一定長度的承載環(huán)，提供安全進洞空間。適用于淺埋、超淺埋土質隧道和軟巖隧道進洞施工。但由于一次加固圍巖較短（一般不超過5m），注漿效果不易評價，對開挖進尺、封閉速度、注漿技術水平有較高要求，否則可能會有變形、掉塊、塌方等危險，危及施工安全和進度，該項技術在細節(jié)還待進一步研究完善。