大跨隧道洞口浅埋段工法转换的探索研究摘要：本文以马鞍山、井沟岭两座三车道大跨隧道洞口浅埋段的施工为工程背景，系统地阐述了在超前大管棚预支护下，采用双侧壁导坑法进洞，因相关条件而转换为单侧壁、台阶法等施工的过程。
分析比较双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、台阶法优缺点,总结灵活采用台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法成功穿越洞口超浅埋段的成功经验。
结果表明：工程造价略有节省，隧道的施工进度则有较大的提高。
关键词：大跨隧道；浅埋段；超前支护；施工工法；转换；一、工程概况马鞍山、井沟岭两座隧道是青兰高速邯涉段的控制性工程，其中马鞍山隧道全长超过4300m，井沟岭隧道全长超过3000m，均为标准分离式三车道隧道。
隧道建筑限界宽度14m,高度为5m，洞口段（v 级加强）开挖宽度16.81m，开挖高度11.75m。
隧址区地震动反应谱特征周期为0. 35~0. 40s,地震动峰值加速度为0. 10~0. 15g,对应抗震设防烈度为ⅶ度。
二、工程地质条件马鞍山隧道出口段上部为第四系山前冲洪积亚粘土及碎石组成，下部为强风化页岩，洞口围岩稳定性较差，埋设较浅，属于软弱围岩大跨隧道浅埋段。
井沟岭隧道进口洞口段为第四系山前冲洪积亚粘土及碎石组成，亚粘土呈硬塑性～坚硬状，碎石成分为石灰岩，含量60～70%，土质不均，上部具湿陷性。
洞口围岩稳定性差，埋设浅，属于典型的软弱围岩大跨隧道浅埋段。
三、进洞方案大跨浅埋软弱围岩隧道施工，安全进洞犹为重要，稍有不慎可能会造成塌方、冒顶等灾害。
此段施工时迫近冬季寒冷天气,如11月份不能顺利进洞,面临着冬季被迫停工的局面。
根据洞口土石方开挖所暴露出的围岩情况，均采用双侧壁导坑法进洞。
1、超前支护超前支护采用40mφ108大管棚。
热轧无缝钢管外径108mm，内径8mm，采用15cm丝扣连接，管内设钢筋笼。
注浆采用水泥浆+水玻璃双液浆，二者体积之比为1：0.05，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度：35be，模数为2.4，注浆压力为初压0.5～1mpa，终压为2.0mpa。
注浆完毕后再灌注m30的砂浆增强强度。
套拱采用2m长、80cm厚的c25混凝土拱。
套拱骨架为4榀间距0.5m的i20b钢架，钢架外侧焊接φ127的无缝钢管作为导向管，外插角1～2゜。
2、洞身支护系统锚杆为r25中空注浆锚杆，长4m，间距75cm×75 cm；i20b工字钢拱架，间距50cm/榀；φ8钢筋网，网格尺寸20 cm×20 cm；喷射混凝土厚度26cm；二衬65cm c25钢筋混凝土。
3、临时支护喷射混凝土c2018cm；φ22砂浆锚杆，间距100cmx75cm，l=2m，φ6.5钢筋网，网格尺寸为20cmx20cm；i16工字钢拱架，间距50cm/榀。
四、洞口施工方法的转换采用双侧壁导坑法施工，开挖工作面狭小，开挖与支护不能平行作业，循环进尺频繁，初期支护与临时支护干扰较大，严重制约施工进度。
综合多种因素，从技术角度考虑，在确保安全、质量的前提下，先后对四个洞口的施工方法进行了优化。
1、马鞍山隧道出口左线工法的转换1.1、调整双侧壁正常施工顺序马鞍山隧道出口左线（进洞里程zk157+685）采用双侧壁导坑法进洞，左线i部完成开挖支护15m，iii部完成开挖支护28m，掌子面里程zk157+657。
虽然掌子面为v级围岩，但围岩风化强度随进深减弱，地下水不发育。
监控量测显示沉降量小，围岩稳定性较好，且有40m的超前管棚保护，因此对双侧壁导坑法进行调整：暂停ii部、iv部开挖与支护，先将i部施工至zk157+657，再进行ｖ部开挖与支护，最后进行ii部、ⅳ部、ⅵ部的开挖支护。
减弱vi部临时支护，进一步增强v部的支护，可在确保安全的前提下加快施工进度（下图所示）。
v部增强以下两项支护：（1）、增加超前砂浆锚杆支护，其参数为：φ25、环向间距40cm，纵向排距2m,l=4.0m,搭接长度2.0m。
（2）、增加i20b钢架固定砂浆锚杆，其参数为:φ25长4m、环向间距1m、纵向间距0.5m的砂浆锚杆来固定v部拱部钢拱架。
采取的工程措施：加强监控量测，根据量测信息来确定中隔墙临时支护拆除的时间和数量；为确保安全，采用间隔拆除的方法，同时把预留的钢拱架采用φ22的钢筋重新连接成整体受力结构，v部喷射砼达到设计强度再拆除其余临时钢拱架。
1.2、双侧壁导坑法转换三台阶法施工施工至zk157+657里程后，掌子面围岩情况明显变好，断面上部7～8m为灰质页岩，下部为灰岩，近水平层理，整体性较好。
监控量测结果表明，开挖支护后围岩变形较小，整体较为稳定，遂进一步调整双侧壁为三台阶法施工，取消临时支护（如下图）。
采用三台阶法的关键是控制拱顶水平岩层的稳定性。
对超前大管棚下与开挖轮廓线上的不稳定的三角体，采用超前小导管注浆来加固，使之与管棚支护形成整体受力，以利前方围岩稳定。
同时开挖爆破坚持多打眼、少装药、弱爆破，以降低对围岩的扰动。
初期支护的参数增强如下：（1）、钢拱架增设砂浆定位锚杆：φ25、@200cm、l=3米，每榀二环；（2）、增设超前小导管：φ42@40cm，纵向排距2m,l=3m，搭接长度1m；（3）、喷砼:厚度由26cm增为30cm。
施工工序调整如下：开挖ⅰ—支护1; 开挖ⅱ; 开挖ⅲ—支护3; 开挖ⅳ—支护4; 开挖ⅴ; 开挖ⅵ—支护6; 开挖ⅶ—支护7;施作仰拱ⅷ；铺设防水板ⅸ；二衬ⅹ。
在二、三台阶中增加ⅱ、ⅴ是为了对ⅲ、ⅳ、ⅵ、ⅶ开挖增加临空面，以减少对周边围岩的扰动，加强围岩的稳定性。
通过12m的施工验证，由双侧壁转换为三台阶法是成功的，围岩稳定，支护可行。
但钢拱架的连接钢板与水平基岩面不垂直，拱脚处理困难，受力效果较差，同时台阶高度较低，不利于机械施工，只能采用短台阶，工序较多，进度较为缓慢。
1.3、三台阶变更为台阶法施工施工至zk157+620里程，掌子面围岩为厚层页岩及灰岩，地下水不发育，围岩等级为iv级。
采用上下台阶法施工，将上台阶底部开挖到起拱线位置，同时适当增强超前支护与初期支护：（1）、格栅钢锁脚定位锚杆：每榀增加6根φ22、l=3.5米砂浆锚杆，对称布置；（2）、超前支护：φ25砂浆锚杆间距由40cm变更为30cm，纵向排距由3m变更为2m,l=4m，每环62根，保证开挖搭接长度1m。
台阶法施工爆破断面增大，岩体较坚硬，加之开挖面纵向离山顶危石越来越近，使爆破难度成倍增加。
故而加强对山顶危石进行专业化监控，进一步优化前期的爆破设计参数，采用多打眼、少装药，循环进尺严格控制在2m之内。
通过以上技术措施，顺利的通过了该洞口段的施工，安全、质量可控。
纵观此隧道的各种工序的转换，其优点为：根据围岩条件优化了施工方法，取消临时支护，节约了部分投资，加强了初期支护，确保隧道安全，适当的提高了施工进度，为后续施工提供便利条件。
但工序的多次转换，对现场管理、技术水平、操作工人都有较高的要求。
2、马鞍山隧道出口右线工法的转换马鞍山隧道出口右线（进洞里程yk157+695）采用双侧壁导坑法通过洞口段40m后，掌子面围岩逐渐变好。
通过对监控量测成果、掌子面围岩的评价分析，同时吸取左线工法转换的经验，决定变双侧壁导坑法为小的单侧壁施工：i部继续向前施工，iii、v部同步施工，后续再施工其他部分。
此法的优点为：（1）、有利于洞口双侧壁导坑法的延续，便于工序的顺利转换；（2）、在确保安全的情况下，iii、v部同时施工，有利于机械化施工，提高施工效率。
确保进入冬季后，减弱冬季寒冷天气的影响，可进行洞内较大规模施工。
（3）、单侧壁小导坑超前的开挖，起到揭示前方围岩的作用，为后续施工提供依据，同时超前小导坑开挖之后，释放了部分围岩应力，减轻了后续大断面的应力分配。
此法的缺点为：iii、v部合并施工，断面面积较大，对于相对较弱围岩，一次较多方量爆破，不利隧道安全。
实际效果验证，小单侧壁施工方法可行，围岩支护结构稳定。
i号小导坑施工至yk157+610后，围岩为中层灰岩，节理发育不良，围岩稳定性较好，并且此时埋深较深。
据此调整小单侧壁为台阶法施工：暂停i部开挖，加快iii与v部开挖支护，待与i部平齐后，自然变小单侧壁为台阶法，取消临时支护，同时为确保施工安全，增强超前支护，加固临空围岩。
3、井沟岭隧道进口左线工法的转换井沟岭隧道进口左线与马鞍山隧道出口右线情况近似，因此整个隧道工序的转化与之一样，只是相似围岩长度不同，所走里程不一。
4、井沟岭隧道进口右线工法转换井沟岭隧道进口右线（进洞里程yk158+330）采用双侧壁导坑法完成洞口v级加强段ⅰ部40米，ⅲ部20米。
ⅰ部里程为k158+370，洞身围岩依次为：碎石土（10米）——强分化页岩（9米）——弱风化灰质页岩(21米），围岩风化强度逐渐减弱，地下水不发育。
掌子面为弱风化页岩，水平层理，层状结构，岩层稳定性相对较好。
监控量测成果显示围岩沉降、收敛变形量小，趋于稳定时变形量不超过1cm，遂决定由yk158+370里程，把双侧壁导坑法转变为单侧壁导坑法，工序转化采用渐变形式:首先进行ⅰ部施工，循环进尺75cm，每立一榀i20b拱架，横向依次向隧道中线扩移20cm，前进8m后，临时支护拱架逐渐扩移至隧道中线位置，此时停止横移，i部以此断面面积向前推进。
然后进行iii部施工，当iii部开挖至如下图所示位置，在a部留2米岩柱，以稳定围岩。
在台阶处按50cm/榀架设i16钢支撑。
以后采取单侧壁导坑法开挖，逐步将双侧壁导坑法转换为单侧壁导坑法。
（双侧壁转换单侧壁平面示意图）此法的优点为：（1）、双侧壁导坑比较平稳的转换为大单侧壁法施工，相对于断面突变，有利减轻应力的过度集中，利于初期支护的稳定。
（2）、在渐变段及洞口加强段预留15m的保护立柱，有利于洞口大跨浅埋支护的稳定，利于洞口段的安全，利于冬季施工。
（3）、i部、iii部贯通之后，利于机械施工，便于机械掉头与缩短运距。
此法缺点为：渐变段施工，工法较复杂，施工质量要求高，对施工管理水平是个考验，因此选择此法需慎之又慎。
采用此法通过洞口段施工，根据对现场支护结构变形观察、围岩评价等，施工方法调整后措施得当，支护参数满足支护稳定要求，方法可行。
至yk158+540里程，采用与小单侧壁相同的方法，转换单侧壁为台阶法。
五、结语上述的工法各有利弊，故而进洞方案及洞内工序的转换需慎重选择，经论证成功的方案还必须高质量的完成。
这其中必不可少的是对不同地段的围岩情况、支护情况进行分析，确保安全顺利地通过大跨隧道洞口段浅埋段。
在实施过程中要始终坚持及时准确地进行监控量测、掌子面地质围岩评价等相关工作，充分利用和有效控制围岩变形，确保施工安全，提高施工效率，对隧道后续施工产生积极的作用。
参考文献:[1]jtg d70-2004《公路隧道设计规范》；[2]jtj042-94《公路隧道施工技术规范》；[3]丁建隆，浅埋大跨度隧道的合理施工方法[j]，中国铁道科学, 2005, 26(4)；[4]任尚强，大跨度隧道洞口浅埋段工法探讨及应用，地下空间与工程学报，vo.l4，2008年10月作者简介：刘邦胜，男，1983年生，本科，助理工程师。
