浅议山岭地区隧道施工

摘要：山岭地区的公路隧道由于受实际地质条件及水文条件的影响，在设计和施工方面均存在一定的难度。文章对湖南某山岭地区隧道施工过程中遇到的技术问题进行了梳理，并就此类隧道的施工技术浅谈了体会。

关键词：山岭地区；隧道施工；工程技术；公路隧道；地质条件；水文条件 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）29-0101-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.045

1 概述

隧道通常指用作地下通道的工程建筑物，其在山岭地区可用做克服地形或高程障碍、改善地形、提高车速、缩短里程、节约燃料、节省时间、减少对植被的破坏，保护生态环境，同时可有效防止落石、塌方、雪崩、崩塌等地质危害，因此在交通运输工程中使用较为广泛。

山岭地区的公路隧道由于受实际地质、地形条件的影响，设计、施工均存在一定的难度，其中又以隧道洞体开挖过程中支护体系的施工最复杂，本文结合湖南某山岭地区隧道施工中遇到的问题就隧道的施工技术进行探讨。

2 工程概况

湖南某山岭地区道路共有隧道1处（K0+650～K1+465），其全长815m，属于中隧道。隧道位于直线上，单向纵坡-1.98%。隧道路面双向横坡2%。

隧道轮廓线按60km/h行车速度确定，采用双心圆，净宽9.0m，净高8.4m。

根据地质勘察资料，隧道位于新华夏系第二沉降带，主要构造为新华夏系构造，北东向构造发育，出露基岩主要为元古界泥质板岩、砂质板岩夹变质砂岩，岩层倾向变化较大，受其影响，岩石节理裂隙发育，据此，设计最终判定K0+650～K0+725、K1+440～K1+465段隧道围岩为Ⅳ级，K0+725～K1+440段隧道围岩为Ⅲ级。隧道设计以新奥法原理为指导，各类衬砌均采用复合式衬砌。隧道路线范围内围岩级别为Ⅲ级、

Ⅳ级。

3 原设计方案及开挖方案

3.1 原设计支护方案

Ⅲ级围岩（K0+725～K1+440）：设计采用复合式衬砌，初期支护由系统锚杆、单层钢筋网、喷射混凝土、工字钢钢拱架（围岩较差处）组成，模筑混凝土作为二次衬砌，初期支护与二次衬砌之间铺设复合防水板作为防水层，具体参数如下：系统锚杆：D25型中空注浆锚杆L=300cm，纵、环向间距100×120cm梅花形布置；单层钢筋网：直径8mm的一级钢筋，网格间距25×25cm；喷射混凝土：15cm厚的C25混凝土；二次衬砌：35cm厚的C30混凝土。

Ⅳ级围岩（K0+650～K0+725、K1+440～K1+465）：设计基本同Ⅲ级围岩，也采用复合式衬砌，但系统锚杆的纵、环间距由100×120cm调整为100×100cm，初次衬砌中钢筋网片的网格间距由25×25cm调整为20×20cm，喷射混凝土厚度由15cm调整为22cm，此外初次衬砌中增加了钢拱架。

超前支护方案（K0+650～K0+725，K1+440～K1+465）：隧道弧顶120°范围内采用采用外径42mm、厚3.5mm的热轧无缝钢管进行超前支护，其中小导管长350cm，呈梅花形布置，环向间距0.24m，纵向间距2m，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上直径6mm的加劲箍，管壁四周钻6mm压浆孔，超前小导管施工时，钢管以10°～15°的外倾角打入围岩，钢管环向间距24cm，超前小导管间保持1m的搭接长度。

3.2 原施工开挖方案

隧道洞身开挖采用“新奥法”施工，光面爆破技术，先施工超前小导管（如有设计时），然后对洞体采用上下台阶法进行开挖，即先进行上半断面开挖，上半断面初期支护，再进行下半断面开挖，下半断面初期支护，上台阶的高度约为8.366m，下台阶主要为仰拱区域，洞体整体开挖完毕后施工二次衬砌。每循环进尺为1.5m，每月的平均进尺为45～50m。洞体开挖工序如下：超前小导管施工（如有设计时）→上台阶爆破作业→洞体上台阶开挖除渣→上台阶初期支护→下台阶爆破作業→下台阶开挖除渣→下台阶支护跟进→二次衬砌。

4 现场实施情况

××年8月下旬，隧道启动现场施工工作，考虑到隧道出洞口地质条件相对较好，因此现行进行施工，并开展了爆破试验，但局部出现了坍塌问题。针对隧道出洞口出现的局部坍塌问题，现场组织专题会议进行了讨论，分析原因主要为出洞口上部基岩较为破碎，下部开挖形成临空面后，原设计支护方案无法满足实际需求，因此形成坍塌，经讨论，初步提出了长管棚的强支护方案，即进洞前先施工长管棚和明洞，在形成支撑体系后，再进行暗洞洞体的开挖。此外，隧道进洞口上方有一“Y”形自然冲沟，进洞口隧道整体需从该冲沟下方进行穿越，由于隧道上方岩体含水率较高，基岩较为破碎，围岩的整体强度与稳定性相对于出洞口还要差，鉴于出洞口开挖后出现的问题，经讨论达成一致意见，进洞口的方案也必须进行调整，会上初步提出了两种方案：一种是对进洞口进行调整，避开最差的冲沟区域围岩，确保能够顺利进洞，并增加长管棚的强支护方案；另一种是明挖方案，即对围岩较差的区域采用大开挖方案。后经过专家评审，确定隧道进洞口采用洞口位置调整以及增加长管棚强支护的变更方案，出洞口采用增加管棚支护的变更方案。

××年10月中旬，现场按照隧道进洞口、出洞口的设计变更方案以及修改后的施工方案继续开展施工，其中出洞口按照长管棚方案进行开挖，并逐步走入正轨，进洞口开始仰坡的开挖及支护，并且同步开展隧道监控量测工作。

××年11月中旬，隧道进洞口已完成喷锚支护的仰坡出现了一道裂缝，现场组织专题会就该问题进行了讨论，并确定了由施工单位对裂缝进行监控，设计院针对该问题提交仰坡的加固方案，最终确定了增加长管棚的加固方案，现场根据该方案开始对仰坡进行加固，继续进行仰坡的开挖。

次年1月，由于仰坡裂缝继续扩大，且已开挖洞体的拱顶和围岩的位移值已进入风险预警值，现场停止了掌子面的洞体开挖，并对已开挖的洞体施工二次衬砌，以提供可靠支撑。关于仰坡裂缝问题，各方均认为仰坡自身稳定性存在问题，需进行加固，并经讨论确定了增加明洞的方案，即在现有洞外加长35m明洞，其上部回填土方，对现有仰坡形成反压，保证其稳定性，鉴于进洞口开挖过程中遇到的地质、水系复杂等诸多问题，为给接下来的洞体开挖提供基础性数据，现场重新对隧道进洞口冲沟段进行详勘。

次年2月，隧道进洞口已施工的二次衬砌出现了裂缝，现场组织了针对该问题的专家咨询会，并结合补充的勘察资料，对进洞口原有的支护方案及开挖方案进行了调整：

第一，围岩类别调整：K0+655～K0+720段隧道围岩为Ⅴ类围岩，K0+720～K0+773段隧道围岩为Ⅳ类

围岩。

第二，调整后的设计支护方案：Ⅴ级围岩（K0+655～K0+720段）：初期支护及二次衬砌的总体方案未变，但对具体参数进行了较大的调整：系统锚杆：D25型中空注浆锚杆L=300cm，纵、环向间距75×100cm梅花形布置；单层钢筋网：直径8mm的一级钢筋，网格间距15×15cm；钢拱架：18工字钢拱架，间距30cm；喷射混凝土：24cm厚的C30混凝土，并加设间距15×15cm直径10mm的钢筋网片；二次衬砌：60cm厚的C35钢筋混凝土（其中配筋情况：主筋直径28mm，间距15cm，箍筋直径10mm，间距25cm；纵向连接筋直径14mm，间距25cm）。

第三，调整后的超前支护设计：K0+653～K0+674段围岩在其拱部120。的范围内均增加长管棚支护。

第四，调整后的开挖方案：Ⅴ级围岩（K0+665～720）区域仍采用台阶法进行施工，但对台阶的高度进行了调整，洞体整体分为三个台阶进行开挖，其中上台阶高度为拱顶往下5.0m，中台阶高度为上台阶底部往下3.366m，下台阶与原方案保持不变，仍为隧道仰拱区域，先施工长管棚，接着进行上台阶的爆破开挖、初期支护，再进行中台阶的爆破开挖、初期支护，最后实施仰拱的爆破开挖、初期支护以及洞体整体的二次衬砌。总体施工工序如下：长管棚施工→洞体上台阶爆破作业→洞体上台阶开挖除渣→上台阶初期支护→中台阶爆破作业→洞体中台阶开挖除渣→中台阶初期支护跟进→下台阶爆破作业→下台阶开挖除渣→下台阶初期支护跟进→洞体整体二次衬砌。

长管棚每循环进尺15m，所需时间为12天，上台阶每循环进尺为0.8m，每循环施工时间为30.5个小时；中台阶每循环进尺3.5m，每循环施工时间为19小时。

之后进洞口的开挖逐步趋于正常，并于次年10月底实现了隧道的贯通。

5 分析与体会

5.1 隧道洞口位置的选择

隧道洞口开挖时，由于面临隧道上方仰坡、隧道开挖后拱部及掌子面三个临空面，因此若所处位置基岩较差，则对工程支护体系要求较高，因此隧道洞口位置的选择极为重要，所谓的“早进洞”即是要求能进的尽量进入洞体内部，避免洞口开挖时多个临空面所带来的支护体系风险，因此洞口选择时应考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质地段，并应着重考虑确保边、仰坡的稳定性，以免造成难以整治的病害，且一般应设在山体稳定、地质条件好、排水有利的地方，同时应尽量避免“大挖大刷”，破坏山体稳定。结合我们的隧道进洞口，可以看出，最初的洞口位置不是特别理想，由于其刚好位于冲沟区域，因此上方基岩为富含水带，围岩的强度和整体性都较差，同时该位置覆盖层厚度较薄，因此如在该处进洞，则极有可能面临入洞即冒顶的问题，因此施工过程中将进洞口位置调整到基岩情况相对来说较好且覆盖层厚度较厚的区域，保证了顺利进洞。

5.2 地质勘察的重要性

隧道作为地下结构，其支护方案极其重要，不仅影响到初步设计阶段工程总体造价的经济分析，而且直接影响到施工阶段的施工部署及施工安全，因此前期作为设计输入条件的地质勘察资料则更为重要，本工程中，最初將K0+650～K0+725、K1+440～K1+465段隧道围岩判定为Ⅳ级，K0+725～K1+440段隧道围岩判定为Ⅲ级，但后期由于隧道进洞口施工中出现的诸多问题，现场对隧道进洞口的地质情况重新进行了勘察，并将K0+655～K0+720段隧道围岩判定为Ⅴ类围岩，K0+720～K0+773段隧道围岩判定为Ⅳ类围岩，相应的支护方案做了较大的调整，同时也直接影响整个项目的投资及进度控制，由此可见勘察资料的重要性，建议针对类似工程的地质勘察工作，能够强化过程中的独立第三方的监督复查工作和勘察报告的专家审查工作，以确保勘察资料的准确性。

5.3 隧道施工中监控量测的必要性

上面提到了地质勘察资料作为设计输入条件，必须保证其准确性，但毕竟地质勘察只是通过一定数量的勘察布孔去收集相关的地质、水文信息，由于现场地质情况一般变化复杂，因此勘察资料与实际地质情况不可避免存在一定的差别，这种差别就需要施工过程中通过监控量测来进行补充，隧道施工过程中由第三方监测单位负责对洞口仰坡、洞内支护体系进行监控量测，在验证已有支护体系适用性的同时，对后续施工支护方案及开挖方案的及时调整提供基础性数据。

6 结语

总体来说，湖南某山岭地区隧道工程整体经历了两年时间的施工，虽然进洞口区域地质条件较为复杂，前后经过了多次的设计变更，但经过参建各方的努力，最终还是克服了诸多技术难题，实现了成功贯通，并完成了安全生产目标，对于施工过程中留下的宝贵经验，值得我们很好地去深思、体会。

作者简介：戈繁（1982-），男，湖北宜昌人，中核集团湖南桃花江核电有限公司工程管理处工程师，研究方向：工程管理。

（责任编辑：小 燕）