公路隧道进洞施工技术方案探讨

公路隧道进洞施工技术方案探讨

韩连涛 1，申杰 2,胡东荣 3

1. 青海省公路建设管理局 青海 西宁 810001

2.中交基础设施养护集团有限公司 北京 100011

3.中交第三公路工程局有限公司总承包分公司 北京100107

Discussion on construction technology scheme of tunnel entrance hole of highway

Liantao Han 1,Jie Shen 2, Dongrong Hu 2

(1. Qinghai provincial highway constructionadministration, qinghai, xining, 810001)

(2. China Transportation Infrastructure Maintenance Group Co., Ltd., Beijing 100011)

(3. China traffic construction third road engineering bureau co. LTD. General contracting branch, Beijing 100107)

摘要：一般情况下，公路隧道施工进洞难度比较大，所确定的施工方案是否合理，关系到投资控制、施工进度及洞身施工人身安全和通车运营安全。进洞段的地质情况各不相同，需要采取针对性的进洞施工方案和技术措施。本文制定了进洞施工方案的一般原则和实施方针；选择经常遇到的几类进洞地形地貌和地质情况，提出具体的进洞施工技术方案和措施；罗列一般常用的施工工法和工艺，并提出注意事项；目的是通过技术措施实现安全进洞，保证施工安全和运营安全。

英文摘要Under normal circumstances, the highway tunnel construction to import the difficulty is bigger, the construction scheme is reasonable, as determined in relation to the investment control, construction schedule, tunneling construction personnel safety and traffic operation safety. The geological conditions of the tunnel entrance are different, so it is necessary to adopt the targeted construction scheme and technical measures. In this paper, the general principles and the policy of implementation of the project are formulated. The paper chooses several kinds of geological and topographical conditions and puts forward the concrete technical scheme and measures for the construction of the tunnel. List the commonly used construction methods and techniques, and put forward the matters needing attention; The purpose is to ensure the safety of construction and operation through technical measures.

关键词： 公路 隧道 进洞 施工 技术 方案

英文关键词：Road, tunnel, entrance hole, construction, technology, scheme

引 言：公路隧道进洞施工方案的确定，必须以控制投资、保证进度、降低安全风险、实现事前控制为目的，从而为洞身施工和安全运营创造良好条件。

一、进洞施工方案的一般原则和实施方针

（一）需要结合现场地形地貌、地质情况，对经济性、安全性及施工进度、环境等要求综合性考虑。

（二）进入二十一世纪后人类对环境保护提出了更高的要求，所以隧道进洞应在工程外形适应环境的前提下，贯彻“不破坏就是最大的保护”的施工原则，严禁采用深孔或洞室爆破法开挖和大开挖，并结合桥涵等工程结构综合考虑，减少边、仰坡开挖，做到“零开挖”施工；最大限度保持原地形地貌，做到“零埋深”进洞；充分发挥岩体自身的稳定性，防范后期滑坡和塌方，做到“零隐患”，实现隧道洞口与自然融为一体的生态环境保护的要求。

（三）洞口边仰坡施工应坚持“削头、拦腰、压脚”的施工措施避免滑坡。对边仰坡以上可能潜在滑塌的表土、灌木及山坡危石等的处治应结合施工安全、运营阶段安全及环境保护等因素确定，原则上以清除为首要措施。

（四）边仰坡、洞口开挖应避开雨季、融雪期及严寒季节；开挖前应设置沉降、位移观测点。开挖过程中应自上而下分层开挖，坡比应结合地质情况确定，原则不宜过陡，边开挖边按设计要求及时进行防护。

（五）对存在偏压的隧道进洞，在偏压侧洞身以外、平行隧道中线设置抗滑桩是抵抗偏压的有效措施。

（六）加强排水的原则。进洞前应先按设计要求提前完成进洞的截、排水系统的施工，防止雨水下渗。同时将通向进洞山体的水流引排至外侧，避免冲刷洞口边仰坡或山体；边仰坡若有渗水应采用暗沟、渗沟或布设梅花型深孔PVC管（管身上部设梅花型渗水孔孔）引排等方式，并应与路基排水顺接。高寒地区首先应在隧底部位冻深线以下施工防寒泄水洞。

二、进洞遇到的不同地貌和不同地质

（一）进洞遇到的陡峭垂直山体

2.1.1 当进洞路线线位比较高、地形陡峭（见图1示例 原地貌，进洞离地高度24.5米），难以进洞时，利用隧道进口便道开挖的土石方堆填进洞施工平台的方案，该方案经济效益明显且进度较快（见图2示例 堆填进洞方案）。

图1 陡峭山体地貌 图2 堆填进洞

2.1.2 当洞口属峭壁难以堆填时，则采用辅助施工斜洞进洞方案。在斜洞进入正洞后，再反向往洞口方向开挖，但开挖洞身半径应能够满足衬砌台车在洞内组装，长度控制在20米以内，衬砌台车初次浇筑长度控制在6米内（见图3）。

图3 峭壁进洞

（二）进洞遇到堆积（坡积）体

若洞口山体属堆积（坡积）体，应详细了解该处地质情况，如：堆积（坡积）体的深度及范围。一般情况下，其地质均属碎石土或土夹块石等结构，空隙大、稳定性较差，施工时长管棚难以成孔，采取整体范围内地表固结效果不明显、造价高，洞身开挖后易失稳坍塌。方案的确定应慎重选择。见下表：

图4 原地貌 图5 分级清除堆积体

图6 坡积体粘土、潮湿 图7 洞口上方既有通村公路

（三）洞口遇公路或铁路

2.3.1 若洞口上方有一条既有公路或铁路时，对其进行改道会增加投资，同时也会影响施工进度，应采用“零开挖”进洞方案。具体施工措施：

①明暗洞交界桩的位置在道路使用范围时，应对其移位开挖，随开挖随支护。

②施工套拱。

③长管棚施工，环向间距为35cm。当地质密实时可先跳位造孔，造孔结束一个安装一个并立即按照要求给予压浆，随后再造第二个孔。当地质松散时（碎石土）可按上述要求跟管跳位钻进，钻进结束一个后立即压浆。

④短台阶开挖或预留核心土环向开挖，进尺不能大于一榀拱架距离。

⑤支护：（1）采用Ⅰ20b型钢支护，间距不大于60cm，必要时采用双层拱架。（2）径向中空注浆锚杆，纵向间距60cm、环向间距100cm，梅花型布置。网片为φ10Ⅰ级钢筋，网孔尺寸为20cm×20cm。支护长度从公路或铁路的使用边缘按1:1.5放坡至隧顶，再加不小于6米。

2.3.2若洞口与既有公路相交时，应对既有公路采用改道施工方案。根据现场地形决定可改为在洞口上方通过见（图8、图9）或下方通过（洞口接桥梁时）或侧方通过等。但均会增加投资，应提前施作。

图8 洞口与既有通村公路相交原地貌 图9 既有通村公路改从洞顶上方通过

（四）进洞危岩处治

当洞口上方坡体呈节理裂隙发育的大块状结构或遇有孤石（危石）、碎石土、土质、松散结构的坡体等地质情况时，在施工爆破中，振动波对地表有较大的影响，导致裂隙加大或存在潜在的滑塌，均对隧道施工和后期运营带来极大的安全隐患。所以在隧道施工前应认真对比分析，根据坡体存在的问题选择便于施作的防护施工方案，及时消除安全隐患，为顺利施工隧道及后期运营创造有利条件。下面介绍几种常见的处治措施：

图10 原坡面综合处治 图11 原坡面压力分散型锚索处治

2.4.1 巨大危岩采用压力分散型预应力锚索加固处治（图10、图11）

压力分散型锚索由两个单元锚索组成，每个单元分别由两根无粘结钢绞线内锚于承载体（岩体），由锚固段及自由段组成。锚索束之间水平间距2.5～3.5 m、竖直方向3～6 m，锚索钻孔与水平夹角15°～30°，锚索孔孔径150 mm，孔深为10～60 m，具体根据现场需要设置。

①钢绞线通过特制的挤压簧和挤压套对称锚固于刚质承载体上，要求其单根连接强度大于200KN；锚固段应进入稳定的岩层内，长度可根据现场实际情况调整（一般不少于10米）。钢绞线表面应清洁，架线环每2米设一道。

②预应力锚索采用4根φ15.24高强度低松弛钢绞线，钢绞线标准强度不小于1860Mpa，采用配套0VM15 – 4型锚具。锚索初始应力设计值控制在500KN，施工时按照该初始应力的1.1倍进行张拉，按照初始预应力设计值锁定，内锚固段为胶结式内锚头。预应力锚索张拉段，采用无粘结式预应力钢绞线，无粘结套管内钢绞线表面涂抹通用锂基润滑脂或复合钙基润滑脂，禁止采用钠基润滑脂等抗水性差的润滑脂。预应力锚孔灌浆使用的水泥等级为42.5R以上普通硅酸盐水泥，灌浆使用的水、水泥、砂和外加剂配合比均通过试验确定。

③拉力型内锚固段落在弱风化岩石内，锚固长度为锚索总长的40%，但不得小于6 m。一般地层锚索注浆采用自孔底向上反压浆施工，全孔一次灌注，孔口作适当封堵并留排气孔；注浆用水泥砂浆，水灰比0.4～0.45，灰砂比1：1，砂浆强度≥35MPa，注浆压力不低于0.6MPa，注浆完毕待砂浆凝固收缩后，孔口应进行补浆，补浆采用M35水泥砂浆。

④当遇地层岩性特别差（如土质、砂土状强风化、断层破碎带等边坡），为提高地层锚固力，建议用两次注浆（劈裂注浆法在第一次注浆1～2小时后即可进行，注浆压力不小于1.5～2.0Mpa）。

⑤斜托、封头均采用C30混凝土浇筑，斜托依据坡面倾角浇筑，同时在下面设锚垫板。

⑥预应力锚索的孔深、锚固长度要根据边坡锚固力及锚固段岩体力学参数确定。

⑦施工时要求对各单元做好标记，锚索张拉时必须在注浆体、斜托的砼强度达到要求方可进行，依次按下、上的次序分两次进行张拉，每次张拉值为总张拉值的一半，必须待每根锚索张拉完第一次后，再依次下、上的次序进行第二次张拉，且每次张拉均应当分级进行。

⑧锚索封闭保护层厚度不小于20cm，承载板为45号钢板，厚20mm。

⑨锚索孔应采用风动干钻施工法，禁止采用水钻，所钻孔内应保持清洁，孔壁无污染物，以确保锚固力，施钻中如遇塌孔，应改为跟套管钻进的施工方法。　

2.4.2 边坡上方滚（落）石采用被动型防护处治

被动型防护由SO/2.2/50格栅钢绳拦石网、减压环、钢绳锚杆、钢柱、地脚螺栓锚杆、上拉锚绳、侧拉锚绳、中间加固拉锚绳、偏转处下拉锚、上下支撑绳（双绳）、菱形钢绳网、缝合绳、挂座前后侧与基座联结的支撑绳、钢柱基础砼等组成。被动型防护主要是拦截坡体上方的落石，若有危岩尽可能靠近危岩位置，一般根据实际而定；钢立柱和格栅钢绳网间距一般是1～2米，位置根据实际情况调整。主要施工工序：

①锚杆及混凝土基座定位；

②基坑开挖与灌筑砼（土质地层类锚固）或钻凿锚杆孔（岩质地层类锚固）；

③基座及锚杆安装；

④钢柱及拉锚绳安装及调试；

⑤支撑绳安装与调试；

⑥钢绳网的锚挂及缝合；

⑦格栅网的铺挂。

2.4.3 开挖坡面采用主动型防护处治

主动型防护适用于岩体破碎但稳定性较好的开挖坡体，防止较小的岩石掉落，上方及平台处应设截水沟或排水沟，水流应排出坡体外侧。主要由SO/2.2/50 钢格栅网、DO/08/300 钢绳网、上沿钢绳锚杆 2Φ16×300、中部及下沿钢绳锚杆、钢绳锚杆外露套环、人工锚杆孔口凹坑、钢绳锚杆、Φ16横向支撑绳、Φ12纵向支撑绳、Φ8缝合绳等几部分组成。施工顺序及工法：

①对坡面防护区域的浮土及浮石进行清除；

②放线测量确定锚杆孔位（根据地形条件，孔间距可有0.3m的调整量），并在每一孔位处凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑，一般口径20cm、深20cm。

③锚杆孔深一般为3米，钻凿锚杆孔结束后应清孔，孔深应比设计锚杆长度长5cm以上，孔径不小于42mm；当受凿岩设备限制时，构成每根锚杆的两股钢绳可分别锚入两个孔径不小于35mm的锚孔内，形成人字形锚杆，两股钢绳间夹角为15～30度，以达到同样的锚固效果。

④注浆并插入锚杆（锚杆外露环套顶绝不能高出地表，且环套段不能注浆，以确保支撑绳张拉后尽可能紧贴地表），采用M25的水泥砂浆，宜用灰砂比1：1～1：1.2、水灰比0.45～0.50的水泥砂浆，水泥宜用425号普通硅酸盐水泥，优先选用粒径不大于3mm的中细砂，确保浆液饱满，在进行下一道工序前注浆体养护不少于三天。

⑤安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用2～4个（支撑绳长度小于15m时为2个，大于30m时为4个，其间为3个）绳卡与锚杆外露环套固定连接。

⑥从上向下铺挂钢格栅网，格栅网间重叠宽度不小于5cm，两张格栅网间的缝合以及格栅网与支撑绳间用1.2铁丝按1m间距进行扎结（有条件时本工序可在前一工序前完成，即将格栅网置于支撑绳之下）。

⑦从上向下铺设钢绳网并缝合，缝合绳为Φ8钢绳，每张钢绳网均用一根长约31m（或27m）的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。

2.4.4 具备施工条件的坡体可施作锚索或锚杆框架梁进行防护，也可采用锚挂钢筋网喷射混凝土防护，表面客土喷播植草或喷射生态混凝土。

2.4.5洞口与桥梁工程相接的隧道，一般洞口上方的坡体均较陡峭，岩体稳定性较好，但又不能保证有小石落下时，考虑运营安全的需要，建议洞口处增设柔性或刚性防护棚洞。

（五）浅埋、砂砾地质进洞施工

砂砾地质段进洞施工要对比分析明挖和暗挖方案。（1）明挖方案施工简便，但边仰坡需锚喷防护、回填、衬砌增加钢材用量和砼强度，影响施工进度较小且一般较经济；（2）暗挖加固工程量大，支护费用较高，且存在塌方和冒顶的风险，一般费用较高。对于洞口位置处在浅埋且较松散的地层段适宜明挖，而洞口位置处在深埋段适宜暗挖。

（六）黄土地质进洞施工

黄土地质段进洞施工有坍塌和掩埋进洞的风险，更应该坚持“零埋深”“零开挖”“零隐患”的进洞方案。黄土主要存在湿陷性，围岩自稳力较差，要防止雨水、施工用水下渗造成湿陷、边仰坡滑塌和进洞坍塌。施工前做好排水措施，所有水沟硬化。进洞一般采用地表锚杆、长管棚、超前导管、旋喷桩加固、注浆加固围岩稳定地层的辅助施工措施方案，且开挖采用三台阶七步开挖法，环形导坑留核心土，边坡高度过高时，在进洞还应设置抗滑桩。春融季节要防范边坡冰融后塌方。

三、进洞通常采取的几种工法和工艺

（一）超前双层小导管进洞方案

对于地质情况比较好的岩石隧道进洞，无裂隙和平行坡面的顺层节理，一般采用超前双层小导管支护进洞方案比较经济适用，在拱部120°的范围内布设小导管，导管长度为5m，单排环向间距为0.4m，相邻两排之间的间距为0.4m，搭接长度为2m。其中，外层小导管外插角为40°，总根数35根，内层小导管外插角为8°，总根数32根，导管整体呈梅花型布置。注浆采用水泥浆：注浆压力：0.5～1.0Mpa；水泥浆水灰比W/C=0.8～1.1；水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

（二）长管棚钢架超前支护进洞方案

长管棚钢架支护措施适用于极破碎的地层、塌方体、岩堆等地段，施工中常见采用该支护进洞方案。优点是高效且安全。具体参数：套拱长2m，设3～5榀Ⅰ18工字钢、C30混凝土（一般厚度为60～80cm）及预埋每根长度为2米的定向导管，另外采用单根长度25～35m，φ108×6mm的无缝钢管作为超前支护，拱部120度范围布设环向40cm的间距，一个套拱一般设34～37根（管棚有效长度23～33米，套拱内2米）打设仰角1～3°。注浆参数：

3.2.1 当围岩处在细小裂隙岩层、断层泥、砂层时，注浆采用水泥浆或水泥砂浆，一般水灰比0.8:1～2:1；

3.2.2当围岩处在渗水、富水条件下时，则采用水泥-水玻璃浆液，但应根据试验的胶凝时间配制，一般水泥浆液的水灰比为W/C=0.8:1～1.5:1，水玻璃浓度为25～40波美度，水玻璃模数为2.4；水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，注浆压力初始为0.5～1.0Mpa，终压为2.0Mpa；

工艺流程：①制作管棚钢架；②放样（中心线及水平线高度等）；③检查开挖断面尺寸；④浇筑钢架基础（遇地质差时应换填处理）；⑤安装钢架及定位导向管；⑥安装套拱模板、浇筑混凝土；⑦加工管棚管（可增加小钢筋笼），搭设钻孔平台、施钻管棚孔；⑧安装管棚（安放钢筋笼，若有）；⑨压浆；⑩洞身开挖。

（三）对进洞原地面进行注浆加固

地表注浆加固适用于围岩软弱、空隙大、可渗透性强的围岩稳定性差的地段。采用地表注浆锚杆或注浆锚管加固辅助施工，注浆范围外扩洞身两侧各5 m，注浆锚杆材料采用Ф22～25的Ⅲ级螺纹钢筋，注浆锚管采用Ф57～89无缝钢管，并在无缝钢管上均匀设置压浆孔（口部3m 范围不打孔），注浆孔平面布置采用120cm×120cm梅花型布置，注浆管加工长度根据实测洞顶覆盖层厚度确定，拱部及拱腰处注浆管下端打至隧道开挖轮廓线内50cm，地表露出20cm，注浆采用水泥浆，水灰比W/C=0.8；注浆初压力：0.5～1.0Mpa；注浆终压力：1～2.0Mpa，补注时调整到2.5Mpa；单孔注浆量：

Q=π×r²×H+π×R²×H×η×а×B

式中：r为钢管半径；

H为钻孔深度；

R为浆液扩散半径，取0.5m；

η为地层孔隙率（一般取15%）；

а为浆液有效充填率（取0.9）；

B为浆液损耗系数（取1.15）。

注浆时，应遵从低处向高处注浆，从外向内注浆的原则，尽量减少相邻注浆管串浆现象发生。当注浆强度达到80%以上时，才能对隧道开挖。

（四）旋喷桩加固措施

隧道进洞位于风积砂或细砂砾、细碎石、松散黄土等无粘结地层中，可采用旋喷桩加固。无粘结地质具有结构松散、粘聚力小、抗剪强度低等特点，在外力作用下极易松散变形。采用长管棚注浆加固方案存在掌子面漏砂严重、变形难以控制及施工进度缓慢等不足，通过在地表采用竖直旋喷桩加固洞周围岩，以提高围岩的自承能力，进而解决施工中的沉降问题，在洞内采用水平旋喷桩进行超前支护并对掌子面进行预加固，能防止漏砂、有效控制变形并提高工程进度。施工顺序为，先进行洞顶竖直旋喷桩施工，再进行洞内水平旋喷桩施工，最后再进行洞内开挖、支护。

3.4.1 竖直旋喷桩加固

竖直旋喷桩加固范围为隧道边墙两侧以及拱顶之上3m范围内，地面至隧道拱顶之上3m范围为空钻部分。竖直旋喷桩桩径为￠500mm，设置间距为60cm×60cm。

3.4.2 水平旋喷桩加固

水平旋喷桩分两种，第一种布置在隧道开挖轮廓线以外，起到超前支护的作用；第二种布置在导洞内，用来加固掌子面。超前支护旋喷桩长18m，桩径为￠500mm，环向间距30cm，桩之间咬合20cm，两循环之间水平搭接长度5m，旋喷桩外插角为3°，其布设范围为拱部180°。为了提高超前支护旋喷桩的抗剪能力，在桩内设￠127mm×6mm钢管，长15m，在每一循环旋喷桩施工完毕后，立即沿旋喷桩中心将￠127mm钢管顶入旋喷桩内。掌子面旋喷桩长18m，桩径￠500mm，环向间距200cm，布置在拱部，沿水平方向设置，共10根。

3.4.3 主要工艺参数

钻杆平均钻进速度为0.25～0.35m/min，循环液压力为1.0～2.0MPa，水泥浆配合比为1:1，浆液流量为80L/min，旋喷桩每延米水泥用量为100kg，钻杆每节长3m、外径50mm，旋喷钻头外径90mm、喷嘴孔径2mm，旋喷压力为35～40 MPa。

（五）进洞设置预加固抗滑桩

对于自然稳定、受施工影响、易出现滑塌的隧道口，可采用预加固抗滑桩。预防偏压塌方，抗滑桩位于两侧套拱之外，目的是支挡住边仰坡开挖土体的静止土压力，以预加固抗滑桩、管棚套拱、仰拱形成一个完整的受力体系；预防正前方坡面压力采用抗滑桩加固套拱基础及套拱正面。施工时要求先行施工抗滑桩后施工管棚及开挖。抗滑桩的结构尺寸一般为1.0×1.0～1.2×2m，因和管棚仰拱同时受力，尺寸较一般抗滑桩小，钢筋布置根据受力方向和受力大小通过计算布置，施工步骤如下：①隧道进洞区域先开挖预加固桩顶面标高以上部分的边、仰坡；②开挖预加固桩，随挖随支，做好护壁，保持干燥状态；③开挖到底后，下钢筋笼，浇筑混凝土；④桩身混凝土强度达到90%后，才可进行进洞成洞面开挖，进洞开挖应预留核心土。

四、综合措施注意事项

（一）勤观测，早处治：通过观测数据，了解山体的稳定性，及早发现问题，采取对应的措施处治；主要观测进洞周边的下沉及水平位移，查找是否存在开裂、大的变形等现象。

（二）洞口及早封闭成环，及早施工仰拱和明洞，以明洞抵抗山体的压力，可以减少施工期病害和防范后期坍塌。

（三）雨季施工要注意防洪防汛，进洞山体周边大的冲沟提前开挖泄洪渠，避免山洪冲到洞顶，造成事故。

（四）做好边仰坡开挖弃渣的弃土场支挡、排水、绿化等处理措施，满足生态环保、水保要求。

五、总结语

不同的地形地貌、地质情况决定了隧道进洞方案的选择和制定。要结合实际地形地貌、地质情况认真研究及分析，方案的制定要具有可操作性，工程措施应通过力学和岩土计算，不能盲目施工，重点应确保施工安全及运营安全。要本着 “百年大计、质量第一”的方针和发扬大国工匠精神，才能建设出人民满意的“放心工程”和“安心工程”。

参考文件

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