小导洞开挖单向出洞在高速公路隧道中的应用

小导洞开挖单向出洞在高速公路隧道中的应用

余挺勇，葛简军，裘松立

（宁波交通工程建设集团有限公司，浙江 宁波 315042）

摘要：单向掘进开挖的隧道，进洞采用一端设置施工作业区后向另一端掘进施工，开挖到距出洞口约30m（大于出洞端超前管棚长度）后停止开挖，在另一端端明洞开挖、边仰坡临时防护、大管棚施工完成后，反向开挖直至贯通。在实际施工过程中，受地形、建筑物以及进场道路等条件限制，需采用单向出洞方案。某高速隧道采用洞内开挖小导洞单向顺利出洞。

关键词：隧道工程；小导洞开挖；单向出洞；大管棚

1 工程概况

宁波象山湾疏港高速昆亭至塘溪段工程凤盘山隧道位于瞻岐镇凤盘山山体，在慧日大桥与岐西大桥中间位置，隧道为分离式隧道，左洞起讫桩号为ZK12+290～ZK13+273，全长983m；右洞起讫桩号为YK12+285～YK13+250，全长965m，隧道平面线形进出口为圆曲线，曲线半径均为R=3210m，超高2%，纵面线形为1.2%的单面坡，进出口明洞长度分别为5m、20m。隧道进洞口位于丘陵坡麓，洞口实际自然坡度约58°，坡脚为峭壁，高差约25m，且紧靠慧日禅寺、溪坑河流。隧道设置出洞口施工作业区，采用出洞口向进洞口单向掘进的方式施工，按设计贯通方案为进口端明洞开挖、边仰坡临时防护、大管棚施工完成后，反向开挖长度不少于左右洞进口端超前管棚长度，最后再洞内贯通。

由于凤盘山隧道进洞口处山体坡度较高较陡，且离寺庙、河流较近，施工场地和施工便道无法布置，根据现有施工条件取消原进洞口左右洞护拱和大管棚，采用洞内小导洞开挖单向出洞，如图1所示。小导洞贯通后，立即进行洞口截水沟施作、边仰坡临时防护和明洞开挖，采用C20喷射混凝土护拱和超前小导管进行代替，边仰坡临时防护好和明洞开挖完成后抓紧施作喷射混凝土护拱和超前小导管，护拱施作完成后从主洞外向主洞内采用上下台阶法进行开挖，主洞内打设双排小导管进行超前支护。

图1 进洞口处地形及周边环境

2 小导洞开挖单向出洞设计方案

（1）小导洞设计

隧道左右洞由出洞口端开挖到进口端大管棚端部桩号时，开始采用小导洞开挖至洞口桩号单向出洞。小导洞截面尺寸底宽5m，高4.89m，以方便装载机、挖掘机施工。初期支护采用φ25中空注浆锚杆长2.0m，纵环间距1.0×1.0m，呈梅花形布置，20cm厚C25喷射混凝土，单层E6钢筋焊接网，I14号工字钢，如图2所示。小导洞贯通前在小导洞末端拱顶打设两环超前小导管，对仰坡进行支护加固的作用。

（2）进洞口超前小导管及护拱设计

隧道小导洞贯通后，对出洞口进行截水沟施工、边仰坡施工和明洞开挖。然后进行C20喷射混凝土护拱施工和7m长双排超前小导管打设。

（3）洞内双排超前小导管设计

进洞口护拱施工完成后，从主洞外向主洞内按照上下台阶法进行开挖,上台阶开挖每循环进尺不大于一榀工字钢间距。主洞内采用双排小导管进行超前支护。

图2 小导洞结构设计方案

3 小导洞开挖单向出洞施工方案

3.1 总体施工工序

1小导洞开挖，Ⅱ小导洞初期支护，3主洞上台阶开挖（喷混凝土护拱做完后，主洞由洞外向洞内开挖），IV初期支护，5下台阶开挖，VI下台阶初期支护，7下台阶开挖，VIII下台阶初期支护，IX仰拱初期支护，X仰拱浇筑，XI二衬浇筑，如图3所示。

图3 横向施工示意图

3.2 小导洞开挖与支护

小导洞开挖前，要求主洞仰拱距掌子面不大于4m，二衬距掌子面不大于20m，对掌子面喷射5cm厚混凝土进行封闭。小导洞截面尺寸底宽5m，高4.89m，以方便装载机、挖掘机施工为宜。以炮头机开挖为主，每循环进尺不大于一榀工字钢间距，开挖困难时采用预裂减振爆破，周边设置空眼减振，尽量不扰动围岩。

小导洞初期支护采用φ25中空注浆锚杆长2.0m，纵环间距1. 0X1.0m，呈梅花形布置，20cm厚C25喷射混凝土，单层B6钢筋焊接网，I14号工字钢。小导洞贯通前在小导洞末端拱顶打设两环超前小导管，导管长度5m，纵距2m，小导管打设位置根据现场仰坡坡度和覆盖层厚度进行适当调整，以保证小导管不超出仰坡坡面，起到对仰坡进行支护加固的作用。小导洞开挖至洞口2～3m时，采用人工配合机械开挖，辅以微弱爆破，避免出口坡面落石、杜绝飞石、爆破震动对洞外村庄以及寺庙的影响，每循环开挖完毕后立即施作初期防护，尽快封闭围岩。小导洞贯通后，保证施工机械能安全通过的情况下，及时对出洞口进行截水沟施工、边仰坡施工和明洞开挖。然后抓紧进行C20喷射混凝土护拱施工和7m长双排超前小导管打设。小导洞开挖、贯通过程如图4所示。

图4 小导洞施工

3.3 主洞开挖与支护

主洞内采用双排小导管进行超前支护，小导管长5m，超前小导管纵向间距3榀工字钢间距，小导管外插角度分别为12°和30°，交错布置，第一环5m长小导管与洞口7ｍ长双排超前小导管间距不小于3m，相邻外插同角度5ｍ长小导管要求搭接不小于1m。主洞由外向主内按照上下合阶法进行开挖，上台阶开挖每循环进尺不大于一榀工字钢间距。下台阶交错开挖，每循环进尺不大于一榀工字钢间距，交错开挖步距不超过４榀工字钢间距。

图5 主洞贯通

3.4 监控量测

小导洞开挖单向出洞施工过程中，通过第三方监控量测单位对隧道口地表沉降进行施工监测，如表1所示。

表1 凤盘山隧道出口地表沉降量

结果表明：洞内拱顶沉降量均未超出预警值范围，处于正常状态。

4 结语

小导洞开挖单向出洞适用于隧道一端无进场道路、无施工作业区域、周边建（构）筑物距隧道洞口较近等限制的结构。通过小导洞末端设置的双排小导管，对洞口浅埋段地表、边仰坡可起到加固稳定作用；洞顶截水沟、边仰坡开挖防护、明洞开挖以及简易护拱施工所需的风、水、电管线以及材料进场可通过小导洞内布置、运输；主洞在双排小导管超前支护下，由洞外向洞内采用上下台阶开挖，上台阶开挖时，小导洞有足够的临空面可减少爆破产生的飞石，使隧道出洞口段施工安全得到了保障。

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