偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》是浙江省宏途交通建設有限公司完成的建築類施工工法，完成人是吳旭初、朱培良、李繼平、高小威、許建興。該工法適用於進洞口山體坡面與隧道走向斜交或大致平行，洞口段偏壓嚴重，山勢陡峻，全斷面進洞需大範圍邊坡開挖的隧道。

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》主要的工法特點是：可節約建設用地，避免高邊坡開挖，減少植被破壞，保護生態環境，符合隧道“早進晚出”的設計施工理念；施工工藝簡單，施工安全。

2011年9月30日，《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法
• 工法編號：GJEJGF226-2010
• 完成單位：浙江省宏途交通建設有限公司
• 主要完成人：吳旭初、朱培良、李繼平、高小威、許建興
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

隨著中國經濟與社會的高速發展，高速公路建設也得到了相應的迅猛發展。隧道在公路建設中，特別是在山嶺重丘區發揮著不可替代的作用。能否快速、安全、順利進洞是隧道施工的關鍵環節之一，受展線、地形、地質等條件限制，有些隧道洞口段偏壓嚴重，需大範圍開挖進洞，存在施工安全性差、環境破壞大等問題。由浙江省宏途交通建設有限公司承建的黃衢南高速公路B8契約段蕉塢隧道及83省道臨海至杜橋段改建工程L5契約段蘭田張隧道屬典型的洞口偏壓隧道，施工中對明暗交界段採取明洞暗挖技術，取得了成功，經實踐總結，形成《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》。

工法特點

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的工法特點是：

一、利用重力式混凝土偏壓擋牆和套拱等平衡措施變削坡明挖為暗挖，較好地解決了洞口偏壓隧道進洞難的問題。

二、可節約建設用地，避免高邊坡開挖，減少植被破壞，保護生態環境，符合隧道“早進晚出”的設計施工理念。

三、施工工藝簡單，施工安全。

操作原理

適用範圍

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》適用於進洞口山體坡面與隧道走向斜交或大致平行，洞口段偏壓嚴重，山勢陡峻，全斷面進洞需大範圍邊坡開挖的隧道。

工藝原理

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的工藝原理敘述如下：

利用重力式混凝土偏壓擋牆，通過明暗交界段套拱的施作，平衡隧道的單側偏壓力，確保隧道結構安全，做到隧道開挖安全進洞。套拱施工時儘可能減少上拱腳邊坡開挖面，減少對原山體的擾動，並及時跟進開挖面的支護。偏壓擋牆基礎坐於基岩上，套拱下拱腳支撐於擋牆上，上拱腳支撐于山體開挖面，呈扇形狀，套拱施工後按5級圍岩加強段掘進施工，見下圖。

隧道明暗交界段結構圖

施工工藝

工藝流程

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的施工工藝流程見下圖。

施工工藝流程圖

操作要點

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備與測量放樣

施工前首先做好洞口場地的平整、設備材料的準備等。測放隧道的中心線及邊線，對明暗交界段測繪若干橫斷面圖，根據山體邊坡線與隧道的平面關係，確定明洞暗挖段施工範圍（下圖）。

明暗交界段地形地貌

二、套拱拱腳開挖及支護

套拱拱腳開挖主要是上拱腳的開挖，開挖時需控制好開挖面，儘量減少對原山體的擾動，但必須清除土質覆蓋層及鬆散質（下圖）。拱腳開挖後及時進行坡面防護，上拱腳及以上部分坡面採取注漿小導管+鋼筋網+C20噴混凝土進行加固防護，拱腳以下部分坡面採取噴混凝土防護。

套拱拱腳開挖

三、擋牆基礎施工

明暗交界段及明洞遠山體側設定偏壓式擋牆，擋牆基礎要求坐於岩基上，開挖深度視地質情況而定。基底與岩面結合部位設定注漿錨桿，錨桿設定要求如下：Φ25中空注漿錨桿，長度350厘米，間距50厘米×60厘米，且露頭50厘米。偏壓式擋牆外側坡率1:0.3，擋牆基礎採用C15混凝土澆築。

四、套拱施工

套拱採用C30混凝土澆築，厚100厘米，內置型鋼格柵拱架，拱架採用18號工字鋼，間距80厘米/榀。套拱下拱腳置於偏壓擋牆內，鋼拱架與擋牆內預埋型鋼焊接。上拱腳適當擴大，做成高200厘米、厚75厘米的大拱腳，以增大與岩體接觸面。拱部岩面採用注漿小導管支護，支護參數：Φ42×4毫米小導管，長度5.0米，縱橫向間距50厘米×60厘米，小導管露頭且伸入套拱內50厘米。套拱上拱腳內設定一道25號縱向槽鋼，分別與鋼拱架及邊坡支護小導管焊接牢固，使鋼拱架聯成一體並與山體緊密聯結（下圖1）。套拱分兩次施工，先施工2長並完成明側的大管棚施工，然後施工剩餘部分。工字鋼拱架由彎曲機分段冷彎加工，拼接時控制好拱架的變形和軸線情況（下圖2）。鋼拱架安裝時要求與套拱內預埋孔口管焊接（下圖3）。完成鋼拱架安裝及預埋件後，安裝套拱外模板及澆築混凝土，做好混凝土的保濕養護，養護時間不少於14天。

五、大管棚施工

大管棚分明側和暗側兩次施工。套拱達到7%設計強度後，進行管棚鑽孔，施工時注意控制好鑽桿的仰角，確保孔道不侵入開挖限界，孔道深度應符合設計要求且進入岩質層（下圖）。大管棚參數如下：

大管棚安裝

1.管棚規格：熱軋無縫鋼花管，管徑108毫米，壁厚6毫米，節長3米和6米。

2.管距：環向間距40毫米。鋼管接頭採用絲扣連線，絲扣長15厘米，隧道縱向同一斷面接頭數不大於50%，相鄰接頭須錯開1米以上。鋼花管安裝後即進行注漿，注漿時採取低壓力、中流量注入，注漿過程中壓力逐步上升，流量逐步減小，當壓力升至終壓時，繼續壓注5分鐘再結束注漿。

六、偏壓擋牆施工

偏壓擋牆牆身部分採用C20片石混凝土澆築。牆身外側採用毛面花崗岩細料石砌塊按一丁一順砌築，石料要求質地堅硬，不易風化、無裂紋。

七、洞身開挖

大管棚施工後，即進行明暗交界段的洞身開挖。洞身開挖遵循“短進尺、緊支護、勤量測、早封閉”的施工原則。洞身開挖採取台階法開挖且應儘量避免爆破作業，必要時採用小藥量鬆動爆破作業，以免損傷套拱，同時應儘早施作仰拱。明暗交界段洞身支護及結構形式見下圖。

明暗交界段洞身支護及結構圖

• 勞動力組織

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的勞動力組織見下表。

勞動力組織表

序號	工程	人數	責任範圍
1	項目經理	1人	施工現場總負責
2	技術負責人	1人	施工技術、質量等現場總負責
3	專職質檢員	2人	負責現場質量控制檢查、施工記錄、數據整理等
4	測量員	3人	負責現場施工放樣、監控測量
5	試驗員	2人	負責試驗及檢測工作
6	安全員	1人	負責現場安全管理
7	操作工	1人	負責邊邊坡開挖
8	混凝土工	12	負責邊仰坡支護、混凝土澆築、注漿等
9	電焊工	6人	負責鋼拱加架的連線、鋼筋焊接等
10	鋼筋工	10人	負責鋼拱架下料、安裝
11	鑽機工	6人	負責小導管、大管棚施工、及洞內開挖

材料設備

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》所用的材料及設備明細如下：

一、工程材料

主要工程材料見下表。

主要工程材料

序號	材料名稱	規格	序號	材料名稱	規格
1	水玻璃	35波美度，模數2.4	6	鋼管	Φ108×6毫米
2	水泥	P.O42.5	7	鋼管	Φ42×4毫米
3	黃砂	M2.47	8	工字鋼	Ⅰ18
4	碎石	4.75~16毫米、16~31.5毫米	9	錨桿	Φ25×4毫米中空錨桿
5	孔☐管	Φ127×4毫米	/	/	/

二、機具設備

主要機具設備見下表。

主要機具設備

設備名稱	單位	型號	數量	設備名稱	單位	型號	數量
挖掘機	台	PC230	2	直流電焊機	台	NB（KR）-350、上海	2
裝載機	台	龍工50D上海	1	柴油發電機	台	250DF4、杭州	2
混凝土拌合樓	套	JS1000	1	注漿機	台	HBH型	2
混凝土動輸車	台	SY5290GJB、三一重工	3	空壓機	台	20立方米	2
混凝土輸送泵	台	HBT80C、湖南	1	潛孔鑽	台	KS-100	2
冷彎機	台	LWGJ-250河南	1	噴射機	台	CG-1.8	2

質量控制

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量控制要求

1、隧道施工按照《公路隧道施工技術規範》JTG F60-2009進行檢查驗收。

2、工程質量檢測按照《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2004進行。

二、質量控制措施

1、坡面開挖及支護

（1）邊坡和仰坡上滑場的表土、灌木及危石等應清除或加固。

（2）洞口邊坡及仰坡應自上而下開挖，不得掏底開挖或上下重疊開挖。

（3）洞口邊、仰坡排水系統應在雨期之前完成。

（4）錨桿鑽孔深度不應小於錨桿體有效長度，但深度超長值不應大於100毫米。

2、鋼拱架施工

（1）鋼架必須具有足夠的強度和剛度，採用的鋼架類型應滿足設計要求。

（2）鋼架加工尺寸，應符合設計要求，其形狀與開挖斷面相適應。

（3）鋼架基礎必須放在牢固的基礎上，底腳下的虛渣及其他雜物須清除乾淨，腳底超挖部分套用鋼板支墊。

3、大管棚施工

（1）孔口管安裝定位要求外插角度正確，導向精確，以便於鑽孔時控制大管棚的前進方向，不侵入隧道淨空。

（2）孔口管不得存在彎曲、變形、破損現象，在焊接孔口管前應檢測孔口管內徑是否符合圖紙要求，防止孔口管內徑過大不能精確定向大管棚。

（3）安裝好鋼拱架後應重新檢測孔口管的導向是否正確，如果有偏移或角度偏差現象則需進行調整。

（4）在打鑽孔時應嚴格控制鑽孔的外插角，按設計要求的外插角度打入圍岩。初鑽用低壓頂進，以保持方向，防止孔位偏斜。

4、監控量測項目

1.地表下沉

隧道洞頂地表沉降在隧道開挖前布設好測點，地表沉降監測可採用普通水平儀測量，測點和拱頂下沉測點應布置在同一斷面上。地表下沉測點布設：在測點位置挖長、寬、深均為200毫米的坑，然後放入地表測點預埋件，測點一般採用Φ20~30毫米、長200~300毫米的平圓頭鋼筋製成，測點四周用混凝土填實，待混凝土固結後即可量測。

2.隧道內空變位（周邊位移、拱頂下沉、仰拱隆起量測）

周邊位移選用JSS30A型數顯式收斂儀；拱頂下沉、仰拱隆起量測採用水準儀測量，兩者在同一量測斷面內進行。在保證測點不被破壞的前提下，測點儘可能靠近工作面布置，一般為0.5~2米，並在每個開挖循環前獲得初始數據。

安全措施

採用《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、做好安全技術交底工作，主要針對邊坡開挖、拱架安裝、洞內開挖等方面的安全注意事項進行交底。

二、加強機械設備安全技術管理，機械設備的操作人員和起重指揮人員經過專門訓練，並考試合格取得主管部門頒發的特殊工種操作證後方可獨立操作。

三、施工現場應設定安全警告牌，上、下溝槽設扶梯，過溝槽設有扶欄的走道板。

四、基坑開挖後周圍設防護設施和明顯的警示標誌，並不任意移動。

五、搭設施工腳手架、支撐要按照設計嚴格執行並需檢查驗收後方可使用，對重要的承重或支撐結構需進行受力計算。

六、易燃易爆物品要遠離施工現場和居住區、炸藥庫、油庫等部位。施工區域內按照有關防火要求布置臨時設施，配備足夠數量的消防器材，並設立明顯的防火標誌。

七、加強同氣象部門的聯繫，注意氣象預報，及時掌握氣候變化情況，搞好預防措施，避免惡劣天氣造成人員傷亡和財產損失。

環保措施

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的環保措施如下：

一、洞口開挖時認真制定維護洞口穩定的具體措施，不採用大面積開挖以免破壞洞口土體穩定。隧道進洞前對邊仰坡進行防護或加固，及時做好截、排水溝，確保水系暢通。

二、工程棄方須棄於指定的棄渣場內，嚴禁隨意外棄。隧道開挖的洞渣在符合路基填料技術指標的前提下儘量作為路基填料使用，避免過多的棄渣產生。

三、在隧道口設定沉澱池、蓄水池和小型過濾池，施工廢水經沉澱過濾方可排放或再利用。

四、對生活垃圾等固體廢棄物應當及時收集、運出和處置。

效益分析

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的效益分析如下：

該工法與傳統隧道施工方法相比，工程投資成本有適當的降低，以蕉塢隧道為例，採用半明半暗式施工節約建設費用30萬元，占原投資價16%，經濟效益明顯，同時施工安全。

採用該工法節約了工程建設用地，減少植被破壞，防止山體滑塌，保護生態環境，實現隧道“零開挖”進洞，施工過程中各項技術指標符合設計及規範要求，工程質量情況良好。通過該工法的施工實踐，為同類隧道施工提供了借鑑，為設計提供成功實例，促進技術進步。效益分析對比見下表。

工法效益分析對比表

工序/項目	明挖法	該工法
施工成本	開挖工程量大，邊坡防護費用高，預計費用約184萬	減少開挖及邊坡防護費用，實際施工費用：150萬
施工安全	山高坡陡，高邊坡開挖存在較高的施工安全風險，同時易引發山體坍塌	減少山體擾動，保持山體的原狀結構，通過明暗交界段套拱施作，為洞身開挖提供可靠的安全防護
環境保護	開挖面大，植被破壞嚴重，對周邊生態環境影響大，棄渣量大，易造成環境污染	植被破壞小，保護原生態環境，實現隧道"零開挖"進洞

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》的套用實例如下：

一、黃衢南高速公路浙江段土建工程第B8契約段由浙江省宏途交通建設有限公司承建。該契約段內的蕉塢隧道右洞黃山端洞口段山體坡面與路線基本平行，且洞口段偏壓嚴重，山體較陡，洞口明暗交界段14米洞身採取明洞暗挖技術施工，該隧道於2007年10月份開工，2008年12月順利貫通。

通過明洞暗挖的施工方式，既確保了隧道的安全施工，又節約了公路建設用地，避免了高邊坡開挖，保護了周邊原生態環境，同時降低了工程造價，取得了經濟和社會效益。

二、83省道臨海至杜橋段改建工程L5契約段由浙江省宏途交通建設有限公司承建。該契約段內的蘭田張隧道杜橋端洞口坡面為斜坡地貌，自然坡度較陡，山坡表部覆蓋坡積層，由黏性土和碎石塊組成，坡面植被茂盛，線路走向與坡面呈斜交。該隧道於2009年7月開工，杜橋端左洞洞口明暗交界段7米洞身採取明洞暗挖技術施工。

採用明洞暗挖施工，避免了因明洞開挖而造成坡面的大面積破壞，保護了原生態植被，儘量保持坡面的原狀，避免因大開挖而造成滑坡，做到工程建設與環境保護的兩不誤。

榮譽表彰

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法》被評定為中國國家二級工法。