某明洞施工技术方案

1. 工程简介

     某隧道位于山西省吕梁市境内，距209国道约300m。隧道围岩等级为V级围岩黄土隧道，进口里程为DIK177+576，出口里程为DIK178+332，隧道全长756m。在DIK178+392处相邻赵家庄2#隧道，为了施工方便，某隧道采取由出口向进口方向开挖。其中DIK178+045~070段下穿一冲沟，隧道以明洞形式通过，待明洞施工完毕对洞顶上下游进行回填处理,以保证水流通畅同时避免水流对隧道明洞洞顶的冲刷,减少隧道运营期间的安全隐患。

2.  施工方案

原设计中，DIK178+045~070段采取明洞施工。出洞和进洞前在DIK178+088~070和DIK178+045~027段各打入45根长18mφ108超前管棚。明洞开挖后先进行仰拱和二衬的浇注，最后进行拱顶土回填。为防止下雨对隧道结构带来影响，开挖后需立即进行衬砌、回填、防排水。由于此种方案施工进度缓慢，延长了隧道出洞至回填时间，如遇下雨可能导致隧道坍方；且造价相对较高。经讨论报业主后变更为“明洞暗作”。即开挖后先用型钢进行初期支护，初期支护完成后立即进行拱顶回填和防排水工程，二次衬砌则适当延后。这样大大缩短了隧道出洞至回填的时间，降低因下雨而导致隧道坍方的风险。

3.  施工原则

     以新奥法为施工基本原则，施工中遵守“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的原则。

4.   施工步骤

 4. 1  出洞前准备

     4.1.1  为防止出洞时遇上雨季，在出洞前做好天气预测准备，在确定最近一段时间里天气情况良好的情况下及时出洞。

     4.1.2  隧道开挖至DIK178+075段时，地质情况已到达软弱黄土层，为保证工人的安全，开挖时加强对隧道内部围岩的监控，同时派地质专家在隧道外部观测围岩变化情况，一旦有意外情况发生，立即通知工人停止作业。 

      4.1.3  做好洞口外侧临时排水系统，为明洞施工期间遇到降雨做准备。

4．2  开挖

     隧道出洞后，立即对隧道边坡进行刷坡处理。此段隧道地质情况为：洞口周边为重力堆积及冲刷形成的次生黄土，灰黄色，岩性为粉质黏土，垂直节理较发育，结构较疏松，含较多孔洞，强度较低；下部为褐黄、橙黄色粉黏土壤，土质均匀，致密，结构完整，整体性较强，微压缩不失陷，强度高；同时隧道位于两个冲沟交界处，地质情况十分复杂。因此开挖过程中有地质专家时刻观测开挖面周边地质，保证开挖的顺利进行。根据当地地质情况，我部采用挖掘机开挖。同时，为保证下雨之前及时进洞，开挖速度适当加快，以3-4m/天为宜。

       图1  明洞的开挖与初期支护

4.3  初期支护

     初期支护采取“型钢+连接筋+钢筋网片+砂浆锚杆+C25纤维混凝土”的支护方式。此段隧道周边所受围岩压力相对较小，因此，为节约成本，在保证隧道安全的情况下，将型钢间距由加强段的0.6m加大到1.2m，同时也提高了隧道施工进度。为了减小对围岩的过度扰动，上台阶不设锚杆。初期支护在开挖后立即进行，且边开挖边支护。下台阶的开挖支护暂时延缓，开挖下台阶时不能过快，开挖时需地质专家现场指导。型钢背面绑扎石棉瓦作为外模以保证喷浆能顺利附在型钢上。为改善洞内空气，在隧道顶部纵向预留两个直径60cm的油桶作为临时排气孔，油桶桶顶高于隧道填土，形状犹如烟囱，这样下雨时可防止雨水流入隧道内，待浇注二衬时再对此进行处理（如图2）。

                   图2  明洞断面图

4.4  二次衬砌

为提高生产效率、节约成本，此段隧道二次衬砌经业主同意后变更为与相邻桩号即DIK178+080~070段、DIK178+045~020段相同支护形式，即采用V级围岩加强段施工。二衬主筋由φ22螺纹钢改为φ25螺纹钢；纵向连接筋由φ16螺纹钢改为φ14螺纹钢；衬砌厚度由80cm改为仰拱厚度 60cm、拱墙厚度50cm。拱墙二衬利用台车立模浇注。同时，为缩短隧道出洞至回填时间，此段二次衬砌工程施工可在回填完成后施工。

4.5  二次进洞

     隧道二次进洞位于一冲沟正下方，地质情况不理想，因此在进洞前需对洞口地段地质情况做详细调查后做出相应方案。我部在进洞前先对隧道坡面刷坡处理，并打入超前小导管。为保证工人施工安全，防止进洞时隧道顶部冲沟泥土滑入隧道，进洞时采取在初期支护顶面与边坡间搭设纵向型钢，并在型钢上铺设钢筋网片、石棉瓦、喷射混凝土的方式抵挡冲沟内可能滑下的黄土（如图3）。进洞过程中时刻观察掌子面周边围岩变化，一旦有突发情况应立即停止作业并做出相应的拯救措施。

图3 二次进洞剖面示意图

4.6 明洞回填

    待隧道二次进洞完成后立即开始拱背回填，此时距隧道出洞仅一周时间，可见此种方案在缩短出洞到回填时间上的优势。填土底层以粉质黄土为宜，避免草根树皮等杂质混入填土内。明洞拱背回填应对称分层夯实，每层厚度不应超过0.3m；其两侧回填土的土面高差不得大于0.5m。回填至拱顶时改用沙夹卵石反滤层，回填至拱顶后须满铺分层填筑，同时使回填面与水平面保持一定坡度，便于排水。回填高出拱顶约60cm后铺设防水板，切记保证防水板的完好性。最后在防水板上铺设一层30cm黏土隔水层压实即可(如图2)。

    明洞完成10天后，当地持续降了半个月的大雨，而雨水未对明洞带来任何灾害，事实证明回填非常成功，同时也反应出此种方案在时间安排上的合理性。

图4 工人对回填土进行夯实

5. 施工中关键问题的处理

5.1 开挖时间的选择

      不宜在雨季施工，当必须在雨季施工时，应加强防护，随时监测、检查山坡稳定情况。

5.2 开挖方式的选择

      开挖方式以及边坡和仰坡的坡度应根据地形、地质条件、边仰坡稳定程度和采用的施工方法确定。石质地段开挖时，应防止爆破影响边坡的仰坡的稳定；松软地层开挖时，宜边支护边开挖。

5.3 防排水设施

      明洞地段周边地质情况普遍较差，岩层相对比较松散，回填应充分，排、隔水措施应完善，保证水流通畅同时避免水流对隧道明洞洞顶的冲刷,严禁拱顶出现池塘等水坑，减少隧道运营期间的安全隐患。

5.4 变形缝的设置

      明洞地段地质变化明显，因此明暗交界处变形缝的设置尤为关键，这将直接影响到隧道运营后整体结构的安全性。

6. 变更前后出洞至回填时间、主要工程量比较        

表1

    通过表1对变更前后明洞主要工程量的比较，可得出结论：变更后施工方案比原设计方案造价更低，进一步综合施工进度、施工难度考虑,采用变更后方案缩短了出洞到回填的时间，降低了雨水对明洞冲刷的风险，间接增加了很大的效益。总的来说具有更高的优越性。