郑万铁路重庆段朱家岩隧道洞口安全施工技术

戴义

摘要 随着国家逐步加大对基础工程的投入，在山区修建高铁时很多隧道洞口围岩存在顺层偏压、岩堆、滑坡等不良地质段，结合岩性软弱、节理裂隙发育、坡陡等情况，使洞口段施工存在较高安全风险。文章通过朱家岩隧道进口洞口施工实践，详细介绍了隧道洞口段边仰坡地形较陡，开挖边仰坡较高时洞口安全施工方法，为保证隧道洞口的施工安全、拟供后期再存在类似工程推广使用。

关键词 隧道洞口;不良地质;较高安全风险

中图分类号 U231.3 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0126-03

0 引言

为降低施工难度和安全风险，根据隧道洞口围岩存在不良地质段及陡峭地形条件，将隧道洞口明暗分界里程进行调整，漏空部位设置混凝土护拱。护拱宜作为导向墙，护拱内的钢架与纵、横向大管棚焊接牢固。以减少洞口边仰坡大面积开挖对不良地质坡面的扰动[1]。

1 工程概况

1.1 设计概况

朱家岩隧道位于重庆市奉节县草堂镇轄区内，线路沿长江北岸展布。隧道进口位于草堂镇新房村以东的沟谷内，进口里程D1K684+010.5，明暗分界里程D1K684+033。D1K684+033～D1K684+063段超前支护为Φ108 mm大管棚，共计50根，单根长度35 m，环向间距0.4 m;D1K684+033～D1K684+020采用单压式明洞衬砌;D1K684+020～D1K684+010.5采用双耳墙明洞衬砌，仰拱下设20根桩基，桩顶设置（9.5×25.3×3）m承台。洞口紧邻水井湾双线中桥1#台，进口洞口边仰坡高陡，桥隧相连，且洞顶边坡有岩堆;洞顶永久边仰坡采用锚杆框架梁护坡防护;设计列车行车时速为350 km/h。隧道起止里程：D1K684+010.5～D1K690+990，全长6 979.5 m，采用−30‰，−15‰单坡下，最大埋深约490 m，如图1所示。

1.2 自然条件及水文地质条件

奉节县属于中亚热带湿润季风气候，无霜期长，雨量充沛，日照时间长。年平均气温16.3 ℃，极端最低气温−9.2 ℃，极端最高气温39.6 ℃，年平均降水量为1 151.2 mm。在大气降水法计算基础上，设计预测测区最大涌水量Q max=13 440 m3/d。洞身通过地层主要为岩溶水与基岩裂隙水，靠大气降雨下渗补给。

朱家岩隧道进口滑坡区段上覆盖第四系全新统滑坡堆积粉质粘土、块石土，下伏基岩为三叠系中统巴东组三段及页岩地层。左侧顺层偏压，加之该段线路行走于可溶岩与非可溶岩接触带，存在软化夹层的可能，使得顺层影响极为严重[2]。

1.3 工程难点

朱家岩隧道进口洞口邻近水井湾双线中桥1#桥台，场地狭小，洞顶上方为岩堆、滑坡体;明暗分界里程处右侧顺层偏压，边坡开挖高度约49 m，边仰坡坡度较陡，坡率1∶0.5～1∶0.75，加之该段线路行走于可溶岩与非可溶岩接触带，存在软化夹层的可能，使得顺层影响极为严重，因而隧道洞口地段施工难度相应增大，进洞方案优化调整对施工过程中安全顺利进洞至关重要[3]。

2 施工阶段和措施

2.1 积极变更设计，优化施工方案

D1K683+010.5～D1K684+033段开挖揭示0～8 m为岩堆（块石土），下伏基岩岩性为巴东组二段及巴东组三段泥质灰岩，岩层缓倾，岩体较破碎。明洞开挖揭示岩堆厚度较原设计减薄，地质条件较原设计好。因洞口场地狭窄，水井湾双线中桥桥台已施作，现场无条件施作钻孔桩。

经施工单位提出建议，参建各方多次现场踏勘研究后，决定将隧道进口明暗分界里程由D1K684+033调整为D1K684+028，漏空部位设置C40混凝土护拱，护拱内设置双层I22型钢钢架，钢架间距0.6 m;D1K684+028～D1K684+020段设置单压式明洞衬砌，D1K684+020～D1K684+010.5段设置双耳墙明洞衬砌，取消仰拱下设桩基、承台，采用C40混凝土换填至基岩。D1K684+033～D1K684+063段超前支护为直径108 mm大管棚调整至D1K684+028～D1K684+058段，共计50根，单根长度35 m，环向间距0.4 m;靠山侧护拱内设置横向双层直径108 mm大管棚16根，层间距1.5 m，纵向间距0.6 m。

2.2 施工方法及步骤

第一步：朱家岩隧道1#横洞小里程方向施工至D1K684+070时停止掌子面施工。边仰坡测量放线，上半部分采用人工刷坡，机械能施作范围采用人工配合挖机开挖，临时边仰坡采用锚喷网防护、施作洞顶防护网。

第二步：施作D1K684+028～D1K684+033段线路左侧护拱边墙工字钢钢架;施作环向及纵向连接钢筋;并留设纵向管棚导向管，浇筑护拱C40混凝土至拱顶。

第三步：打设横向2排φ108 mm大管棚及大管棚顶3排φ42 mm小导管并注浆，外露1 m。

第四步：接长拱顶工字钢钢架，施作环向及纵向连接钢筋，并留设纵向管棚导向管，浇筑护拱C40混凝土，加强坡面监测，确保坡面稳定。

第五步：开挖作业平台打设纵向直径108 mm大管棚;搭设脚手架施作边仰坡永久锚杆框架梁。

第六步：采用三台阶加临时仰拱法施工1#横洞小里程D1K684+070～D1K684+028段暗洞（隧道贯通），二次衬砌紧跟。

第七步：明洞段明洞施工。

第八步：洞门施工，洞顶回填、绿化。

2.3 边仰坡施工

测量放样时把洞口位置定位准确后，按设计图纸先施工洞顶上面截排水沟及边坡防护，由于朱家岩隧道进口洞口位于岩堆、滑坡体，边仰坡坡度较陡，上半部分边仰坡采用人工刷坡，机械能施作范围采用人工配合挖机开挖，从上而下逐层开挖，每层开挖的高度不大于3 m，并及时逐层分段落按设计的参数支护到位。

2.4 横向管棚及管棚顶小导管

施作D1K684+028～D1K684+033段线路左侧护拱边墙至拱顶高度，利用刷坡渣土压实作为左侧护拱边墙施工平台，平台上满铺竹跳板，山体水平打孔气动潜孔钻（YQ100A）打设横向2排直径108 mm大管棚，长13～16 m（根据围岩情况确定深度，如进入基岩打13 m），间距0.6 m，共16根，大管棚外露1 m与工字钢焊接牢固，大管棚内设钢筋笼并注浆，注浆由下至上顺序，注浆压力1～2 MPa;采用YT-28钻机打设大管棚顶3排直径42 mm小导管并注浆，竖向间距0.6 m，纵向0.6 m，共计24根，打设4.5 m小导管，外露1 m，并注浆，小导管填充水泥砂浆，采用专用注浆泵注浆，水泥浆拌制严格按施工配合比执行，注浆前要先冲洗注浆管中沉积等杂物，从下面往上的顺序依次进行。单孔注浆压力0.5～1.0 MPa，一般情况下以注浆量达到设计提供的注浆量作为注浆结束标准。当注浆压力达到终压后持压10～15 min，注浆量如果达不到设计提供的注浆量，但大于设计提供的注浆量的80%以后時，也可以结束注浆。

2.5 暗洞段护拱施工

采用挖机分部开挖护拱拱脚底基础，开挖分部完成，深度为2.2～2.8 m，开挖放坡，坡比为1∶0.75，开挖一级支护一级，采用喷射混凝土封闭边坡，施作D1K684+028～D1K684+033段线路左侧护拱边墙工字钢钢架，钢架底部固定在基础底，型钢钢架采用I22a，纵向间距为0.6 m，横向间距1.5 m，由双层钢架共6个单元组成，也可以根据现场的情况调整每个型钢钢架的各节长度，型钢钢架的接头也需调整位置;施作环向及纵向连接钢筋，连接钢筋为Φ22 mm的HRB400钢筋进行连接，按环向间距1.0 m设置，工字钢架与纵向的连接筋端部需焊接稳固;并留设纵向管棚导向管，护拱钢架安装完成后采用“I18型钢+厚5 cm木板”搭设支架模型的方法施工该段护拱，浇筑护拱C40混凝土至拱顶。

2.6 超前大管棚支护

洞口D1K684+028～D1K684+058段设计采用大管棚进行超前预支护，该段大管棚一次施做到位，洞口管棚利用D1K684+028～D1K684+033护拱钢架作为导向墙，管棚长度30 m，间距40 cm，排列数量为50根。

2.6.1 导向墙施工

管棚利用D1K684+028～D1K684+033护拱钢架作为导向墙，钢架的外边缘采用直径133 mm的钢管与工字钢架焊接牢固。

2.6.2 大管棚钻孔、安装

（1）搭建钻孔所需的作业平台安装钻孔所需的钻机。①钻机的作业平台用钢管脚手架搭设，同横向管棚钻机的作业平台，搭建平台需一次性搭好，钻孔所需的钻机从高方向孔位向低方向孔位依次进行。②作业平台必须支撑在稳固的木板或混凝土预制板上，脚手架连接必须牢固，保证稳定，以防在钻机钻进过程中产生不均匀下沉或摆动等影响钻好后的成孔质量。③钻机定位：钻机要和已预埋好的孔口管方向平行，以确保钻机位置正确。用全站仪、挂线等方法相互结合的复核方法，反复调整，确保钻机的钻杆轴线与孔口管的轴线相吻合。

（2）钻孔。①钻机开始钻孔时，必须低速低压，待成孔5 m以上再根据实际探明的地质情况逐渐调整钻机钻进速率及调整钻机的风压。②在钻孔过程中采用测斜仪测定钻孔位置，并根据钻机钻进的速度来判定前方岩层情况。③现场在钻杆钻进过程中要保证钻机上的动力器及钻头等按同心圆钻进。④安排专人做好钻进过程的原始记录，对孔口排出的岩屑进行地质判定和描述，为后续洞身开挖提供相关依据。

（3）清孔验孔。①用钻杆配合钻头连续进行反复洗孔，清除孔内浮碴等杂物，确保成孔孔径满足设计要求。②用高压风从孔底向孔口方向清理浮碴等杂物。③用PVC管检测成孔是否满足孔深、外插角等相关要求。

（4）安装管棚钢管。①钢管在机床上加工好丝扣，钢管四周按设计钻设10 mm孔径的溢（注）浆孔（靠孔口端部1.5 m不钻孔），孔间距15 cm，按梅花型设置。②接长钢管时相邻钢管的接头需前后错开。在同一截面内接头数不大于一半数量，相邻钢管的接头需错开1.5 m以上。③大管棚内设4根Φ18 mm钢筋笼，钢筋笼由主筋和定位环组成，定位环采用钢筋作为定位环，将其与主筋焊接，按1 m间距设置。

2.6.3 大管棚注浆

管棚安装完成后，开始进入压注水泥浆工序，利用浆液的渗透作用，将周围岩体预先加固及堵住围岩裂隙水，既能起到超前预支护的作用，同时又加强了管棚的强度和刚度。

2.7 暗洞段施工

（1）朱家岩隧道D1K684+070～D1K684+028段洞身采用三台阶法+临时仰拱法施工，整个开挖面共划分成三个台阶和仰拱部分采用平行跟进的施工方法，各台阶长5 m左右，相错5 m左右。后续仰拱和二次衬砌紧跟，距下台阶掌子面分别为30～35 m。循环进尺控制为一榀钢架的距离。

（2）三台阶法+临时仰拱法采用弱爆破控制及配合人工机械开挖，下台阶开挖后必须及时施作下台阶边墙的初期支护，后面仰拱与下台阶的距离满足规范要求，并及时施做二衬以便尽早闭合成环。采用装载机装渣，运碴采用15 t以上自卸汽车运输至弃渣场。

3 结语

当隧道洞口位于不良地质及边仰坡陡峭地段，从加强技术手段，通过变更设计，优化施工方案，加强与参建各方沟通协调，确保了在隧道洞口场地狭窄、洞顶上方为不良地质及边仰坡陡峭地段安全进洞施工技术方案，在其他类似工程提供借鉴。

参考文献

[1]王勤富.浅埋暗挖法地铁出入口逆向进站变截面开挖技术的研究[D].株洲：湖南工业大学，2016.

[2]宋战平，綦彦波，赵国祝，等.岩溶隧道施工关键技术及工程应用研究[M].西安：陕西科学技术出版社，2013：14-15.

[3]王琪，史振宇，汪原原，等.秦岭隧道洞口段施工技术[J].公路交通科技（应用技术版），2012（3）：161-165.