隧道雨季进洞方案
中铁十二局集团第二工程有限公司 席继红
内容提要：隧道进洞是施工的开端，为了便于施工往往隧道进洞都现在旱季进行，由于施工工期或其他原因导致在雨季隧道进洞经常发生。就雨季隧道进洞所遇见的常见问题以布陇箐隧道为例讨论采用的相应措施。
关键词：隧道进洞、雨季、长管棚、监控量测
一、工程简介：
布陇箐隧道位于云南省墨江哈尼族自治县境内为G213国道元江至磨黑段第九合同段按高速公路标准设计，上下行线双洞，原设计上行线1725米，下行线1755米，后经变更上下行线均1845米，为该段第二大控制工程。工期为36个月。上行线进口段原设计为30m高边坡路基，后变更为120m明洞通过。该洞口路段上行线地处强烈切割高中地貌区，地形呈北东—南西向展开，向南西逐渐倾斜，自然纵坡20°~40°。谷坡凹陷部位堆积残积土体，形成滑坡地貌。地质构造 北西—南东背斜构造西翼，山体呈单斜形态，岩层倾向SE、NE，倾角35°~60°之间。水文地质条件：地表水主要为左右两条箐沟，其中上行线箐沟常年流水，地下水为松散类孔隙潜水及基岩裂隙水。空隙水主要分布与滑坡体范围内，大气降水补给，富水性弱动态变化大。不良地质：本路段上行线K287+160~+360段跨越一中型古滑坡下部,后缘呈弧形分布,并见有拉张裂缝,高程1549~1550m左右,滑动面位于残积层与下伏风化基岩面处，剪切口产生于基岩面上，下行线洞口右侧为高差50米的陡坡，地表倾角约45°~50°，岩层为强风化泥岩，遇水很快软化膨胀。本工程于2000年4月进场，在未完成洞口土方的情况下，雨季在5月份来临。一直到6月底施工在雨季，强行开挖才到洞口。既此时正是本地雨季，故进洞在雨季进行。
二、隧道进洞方案：
一）隧道进洞的一般原则和做法
1、一般原则
1） 计算测量放样准确无误。 2） 除危加强防护。 3） 勿小宁强勿弱。 4） 新奥法施工。 5） 推进衬砌紧跟。 2、一般做法
1） 业计算隧道中线和标高测量放样洞口骑马桩。 2） 顶砌筑截水天沟做好地表防排水。
3） 按设计要求，结合实际地形，考虑施工误差进行边仰坡开挖。 4） 洞口边仰坡的防护按设计要求宁强勿弱随挖随防护以防风化坍塌。 5） 确定洞口位置开挖至起拱线并对将开挖部位进行临时防护。 6） 施作套拱和超前支护。
7） 进行上弧导的开挖和初期支护，按设计要求，宁强勿弱。
8） 在上导开挖进8~10米进行中下导的开挖和防护作业，在下导进尺10~15米时及时施作仰拱，
在仰拱长15米左右时进行衬砌台车的安装作业准备进行二次衬砌作业，隧道作业步入正常。
二) 依施工顺序:
1、先进行地表防排水：施工方法有截水天沟、沉井降水位。 2、稳定边仰坡：一般采用地表注浆和网锚喷边仰坡防护。 3、进行超前支护：长管棚、小导管、小钢管、超前锚杆等。
4、进行开挖作业：对大断面隧道主要施工方法有：台阶法、临时仰拱法、 眼镜工法、CD法、CRD法。
5、初期支护：采用工字钢拱架、格栅钢架，径向锚杆、锁脚锚杆，挂钢筋网喷混凝土，喷射钢6、纤维混凝土，以及对初期支护进行监控量测。
7、二次衬砌：仰拱超前、二次衬砌紧跟、必要时进行跳跃式衬砌。
三、布陇箐隧道进洞施工方法：
一）按一般原则及施工顺序：
先进行地表水的处理，首先在位于洞口仰坡边线8.0m之外施作截水天沟，采用75浆砌片石砌筑过水断面为0.5m的截水天沟,针对左拱腰上方箐沟因在雨季时大流量地表水,在仰坡施工时,暂时未做处理。在施工套拱时进行引水处理。套拱施工完毕以后在套拱上，仰坡坡脚砌筑一引水沟进行排水。 1、开挖和防护：
结合洞口地形地貌的实际情况，浅埋偏压和有滑坡趋势的地形及碎石土层强风化浸水地质情况，洞口边仰坡防护采用WTD25中空注浆锚杆、小导管注水泥浆、网喷C25钢纤维混凝土联合防护。支护参数：WTD25锚杆长L=4.5m、间距1.2m,梅花形布置,小导管与锚杆间隔进行布置，钢筋网采用φ8钢筋间距20×20cm制钢筋网。喷混凝土采用湿喷技术。因进行仰坡开挖时破坏了原地表植被，在雨季很容易出现滑坡，为了防止大气降雨对开挖出的仰坡地表过多浸泡，故必须边开挖边防护，采用台阶式分层开挖防护。为了稳定仰坡在进行洞口开挖时不出现滑坡掉块，在开挖到起拱线时施作长4米的套拱，并对套拱拱背进行强回填，采用75浆砌片石进行套拱拱背回填。用套拱及回填物的自重来平衡仰坡下滑时的下滑力。同时套拱为进行洞口开挖时的作业人员提供安全屏障。 2、超前支护：
为了保证套拱与洞口的洞身支护在受力上保持一直使得套拱更有效的起到抗滑作用，相当与将套拱锚固于洞身的初期支护和二次衬砌中，采用长管棚进行超前支护。
其工艺原理：在掌子面处沿衬砌的外边缘（一般为喷混凝土外边缘），按一定角度和一定间距打插一圈加工有孔的钢管，通过钢管及加工的孔向围岩内加注C.S双液浆。利用这种浆液与沙土之间的反应或结合，使其结块并固结围岩从而在开挖轮廓线以外形成一较硬壳体，这层壳体足以克服流沙塌土现象，在此保护下进行隧道洞身开挖，边开挖边支护从而形成更安全的联合保护伞。具体做法： 预埋大钢管管棚的支护下，对长钢管进行注水泥-水玻璃双液浆，同时使得洞身环向支护的长管棚的作用下在纵向方向受力呈整体结构，使得初期支护的 受力结构得到改善。同时长管棚的施工过程也是进行地质超前探测的过程。
施工参数如下：长管棚采用φ108mm、壁厚6mm的无缝钢管，以20m为一节，节间采用丝扣联结，要求在同一环向断面上的接缝不得超过50%，相邻接缝必须相错50cm。长管棚环向间距50cm。31根/环 距离隧道开挖轮廓线外30cm。长管棚外插角2°，长钢管上按梅花形间距50cm钻6~10mm小孔。注C.S浆，其配比 水泥：水玻璃=1：0.5 水灰比为0.7~0.9，水玻璃模数m=3，波美度Be=35，注浆初压0.5~1Mpa，终压2~2.5Mpa，注浆结束后用10水泥砂浆填充， 以增强钢管的强度和刚度。在注浆之前对钢管口进行注浆处理对钢管口焊接水龙头,以便在注浆结束时撤注浆管时控制浆液不外流.。 其施工工艺：
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注浆设备的调试 长管棚钻孔一般采用XY系列地质钻机和MD-50钻孔凿岩设备。在钻孔过程中要严格记录钻孔速度及岩芯岩性，作为地质超前预报资料，依此来指导开挖方法和支护手段，导向管一般采用D125钢管，其作用为钻孔时的钻杆控制方向，直径比管棚钢管略大。在开挖过程中采用超前小锚索、小导管、小钢管、锚杆等，施作于长管棚之间加强超前支护的强度。
3、开挖工序：
综合比较各种隧道施工方法，其各有优劣，根据以往的施工经验和对各中施工方法掌握的熟练程度，我们采用了三台阶七步流水作业法施工。该工法特点：a 施工空间大，可以使用大型机械多作业面平行施工；b在隧道地质情况复杂的多变、软弱围岩相间的地段，便于灵活及时的调整施工方法；c 爆破施工可以分多个作业面进行，将集中爆破化分为分散爆破，既减少对围岩的扰动，又充分利用时间空间，还增加了爆破临空面；d 仰拱超前施作，便于初期支护及时闭和成环承载，改变洞内作业、运输环境；e 全断面一次施作防水层和灌注混凝土衬砌，确保混凝土衬砌质量，运营病害减少。因隧道开挖净空较大，开挖高度10.36米，在开挖之前必须先确定出3个台阶的合理高度，下台阶高度按结构为直墙部分。故关键在上中台阶高度的确定：在矢跨比为1：0.3左右时拱形结构受力最稳定，并考虑施工方便。在本工程上导矢跨比1：0.28，其中矢高3.25米，跨度11.61米。上台阶开挖采用预
用10#水泥砂浆填充钢管 隔孔注浆 管棚与导向管之间缝隙C．S双液浆的配置 钢管管口处理 钻孔清孔下管 安装钻机 调试角度 加钢花管 搭建工作平台 施工套拱或导向架安装导向管 开挖工作室 用喷射混凝土封闭掌子面作为注浆的止浆墙 留核心土上弧导先行的开挖方法,因为在软弱围岩及断裂破碎带地段，隧道掘进在开挖过程中核心土能有效地抵抗来自围岩正面的土压力，并为迅速进行初期支护提供作业平台。
拱部开挖的具体步骤如下：a：沿隧道开挖轮廓线以外在长管棚之间仰角打入超前小导管或锚杆长度L=4米环向与长管棚间隔布置，每两个循环施作一次。b：人力开挖上弧导坑，尽可能不得放炮。用人工风镐掘进，极力抑制周边围岩的松弛，循环进尺控制在0.6~0.8m左右。一般核心土长度为1.5~2.5m，在上弧导开挖支护2~3m时既可开挖中槽，特别注意中导同一里程左右马口不得同时开挖，以防上导钢支撑拱脚同时悬空出现掉拱现象。一般左右马口相错2m左右。马口宽度为1.5~2.0m，在中导马口进尺3.0m左右时开挖下半断面，其施工方法同中导。
4、 洞身支护：
⑴在所有的隧道施工中，洞口段的初期支护必须采用强支护方式，以保证洞 口的稳定。结合隧道洞口工程实际地质情况和设计图纸中的隧道支护方式采取最佳支护参数。对于大断面的公路隧道在工程地质较差的情况下，一般采取的初期支护手段是工字钢支撑、用于锚固地层的径向系统锚杆、用于固定钢支撑的锁脚锚杆、以及喷射混凝土组成的联合支护体系。
在施工完毕之后必须对初期支护进行监控量测。监控量测的内容包括应力应变量测和初支变形量测。
其具体做法：a 在隧道上弧导开挖一循环时，立即采取喷射混凝土3~4cm封闭开挖面，避免围岩产生更大的变形，然后进行I20b工字钢拱架支撑的安装，安装时预留20cm的变形量。工字钢拱架间距60cm，施作系统锚杆和锁脚锚杆，采用WTD25中空注浆锚杆，系统锚杆L=4.5m，按间距60cm的梅花型布置。锁脚锚杆每榀架施8根，长度L=4m。在经检查拱架支撑和锚杆作业合格后，进行喷射混凝土作业，喷射混凝土采用湿喷钢纤维C25混凝土技术。设备成都岩锋研制的TK961型湿喷机。液体速凝剂采用上海麦斯特 河南巩仪8604型速凝剂。
地下工程中常用的钢支撑包括I20b工字钢、I20a工字钢、I16工字钢，以及钢筋格栅钢架。锚杆类型主要有以下三大类：树脂锚杆、水泥锚杆、管缝锚杆。交通隧道常用水泥锚杆：按其材质分全长砂浆锚杆、奥地利迈式国际公司MAI系列R型自钻式中空锚杆、四川吉迈生产的GM系列自进式锚杆和WT系列中空锚杆。注浆设备常用：NZ130A型锚杆专用注浆泵、迈式泵M400型、KBY系列液压注浆泵。现目前国内的湿喷机设备有四川岩锋科技公司的TK系列湿喷机；河南郑州康达CP系列湿喷机。以及德国产悬臂式湿喷机。
⑵在完成初期支护后,必须进行现场监控量测。现场监控量测是现代化施工管理锚喷构筑法施工的重要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，而且通过现场监控获的围岩动态和支护工作状态信息（数据），为修正和确定初期支护参数，混凝土衬砌支护时间提供信息依据，还能为隧道工程设计与施工积累资料，为今后的设计和施工提供类比依据，同时它是变更设计的依据。其内容如下：
①现场监控量测流程图：如图一示
②量测项目：
量测项目及要求
表一
量测项目名称 方法及工具 布置 频率 地质岩性、结构面产状全长度开及支及支护裂缝 观挖后及初2次/护状察和描述地质罗期支护后天 态观盘 进行 察 每10~50m周边各种收敛仪或测2次/测1个断位移 杆 天 面 每10~50m拱顶水平仪水准尺或2次/测1个断下沉 测杆 天 面 每地质地震法地质超前50~100m2次/超前预报仪TSP202 测一个断天 预报 面 地表洞室中线2次/精密水平仪 下沉 地表 天 围岩不同围岩洞内钻孔安设单2次/内部地段测点或多点位移计 天 位移 1~2断面 不同围岩围岩各种类型的压力1次/地段测压力 盒 天 1~2断面 不同围岩锚杆1次/各种测力锚杆 地段测轴力 天 1~2断面 钢支撑内每10榀钢1次/支护压力计 力及支撑1对 天 外力
③测线布置：如图二示
图二：台阶法开挖测线布置图
④洞口段地表沉降测点布置：如图三示
⑤量测资料的整理 对于所有量测原始资料必须进行内业整理和分析，才能应用于施工实践上，资料的整理包括绘制位移—时间曲线，数据分析结论。在所有变形达到设计要求的80%时变形速率仍不减缓，必须采取相应的措施，一般采取的措施有停止掌子面进行爆破作业，加固初期支护进行小导管注浆，或增加径向锚杆。另外可采取紧急衬砌。
六)二次衬砌
在设计比较保守的工程中在洞口地质较差的地段，设计仰拱有钢支撑初期支护这样可以使初期支护及早闭和成环，改善受力结构。在大多的工程中仰拱没有设计初期支护。为了使拱墙初期支护能及早闭和成环状改善其受力结构。仰拱应超前衬砌施工，考虑到在大断面隧道中为了保证掌子面掘进作业正常进行，避免在开挖仰拱时使得墙部初期支护钢支撑同时暴露，仰拱的开挖采用自隧道中线分两次进行开挖施工。为了保证初期支护的稳定性，仰拱距离下导开挖面为10~15m。衬砌作业距仰拱为8m左右。在仰拱长10m左右时进行组装衬砌台车，台车刚度必须满足混凝土浇注要求。其净空尺寸经检查必须符合设计要求。模板表面必须平整。
二次衬砌施作时间，应满足下列条件
a 各项测试所显示的位移率明显减缓并基本稳定。 b 已产生的各项位移达到预计位移量的80~90%。 c各项位移速率小于0.1~0.2mm/d。
如果围岩量测资料分析结果出现位移变化异常时，报经业主、设计单位、监理单位同
意后，可以紧急施工二次衬砌。
二次衬砌作业开始时，即隧道洞内各工序正常有序进行隧道施工步入高产阶段。
四、结论
在大跨度、洞口地质条件差的隧道，遇到雨季进洞施工，如何保证隧道进洞时的安全和进洞后洞口段初期支护质量是整个隧道工程安全施工的前提。需着重解决好以下3个问题：1、地表防排水问题；2、边仰坡的开挖和防护；3、洞口段初期支的稳定。解决好这3个问题在以后的隧道洞内施工就有了安全保障，为隧道施工的高产阶段打下了基础。我们在布陇箐隧道洞口段施工过程中，对地表水采取的防、排、引、截综合处理，取得明显得效果；边仰坡采取边开挖边防护的施工方法；长管棚超前支护和加强套拱的施工有力得保证了仰坡的稳定和洞口段初期支护的质量，是大跨度差围岩隧道进洞有效手段。
