城市隧道绿色洞口设计施工关键技术.doc

城市隧道绿色洞口设计施工关键技术1 引言在隧道建设中，洞口施工的传统方法是先进行洞口边仰坡开挖、防护，在边仰坡稳定后，再开始进洞施工，这将对洞口自然环境造成一定的破坏。有些洞口采用加长明洞进行回填绿化的方法加以恢复环境，但对原生植被的破坏却是不可恢复的，尤其对于森林茂密的风景区来说更为突出。隧道洞口应尽量适应地形和地质条件，注重环境保护，避免高填深挖，直接切坡进洞，把隧道仰坡挖得又陡又高，极不稳定，往往在雨季出现大垮大塌现象，有的甚至不可收拾，而需要补作庞大的边坡防护工程。目前隧道施工技术较为先进的国家已经摒弃了这种传统施工方法，而采取保护山坡自然进洞的方法进行隧道洞口施工，即不切坡进洞，而是在洞外不开挖山脚土体的情况下，采用开槽施工的方法先修接明洞或套拱，然后采用在明洞内暗洞施工，采用冲击破碎开挖进洞。这样既可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏，减小洞口仰坡防护工程，也是保证仰坡稳定较为理想的方法。对于上下行分离式的石板公路隧道，不仅可以保护单个洞口的山坡和植被，更重要的还可以大大减少两洞间土埂的开挖，这既可保护两洞间土埂上的原生植被，又可借助土埂维持两洞口山体的稳定，可谓一举两得。为此，需要从施工工序、工艺方面着手改变传统的洞口施工方法。隧道的设计和施工一直提倡“早进晚出”，但在很多隧道的建设中考虑到降低投入及方便施工，往往在洞口采用大挖大刷进洞，或采用加长明洞回填绿化的方法，并没有实现真正意义上的“早进晚出”。实际施工中，可根据隧道洞口的地形、地质条件，先在洞外开槽施工架设钢拱架混凝土套拱，逐榀推进去“亲吻”山体，接触山体进行微开挖即可进洞；在地形偏压地段，可采用不规则的套拱方式，局部增加管棚套拱的长度，最大限度地少开挖洞口边仰坡，真正实现“早进晚出”。城市隧道绿色洞口设计施工技术将使隧道洞口施工更加规范化、标准化、环保化，能较好地解决长期以来传统洞口施工方法造成的各种边仰坡病害和对自然环境的破坏。城市隧道绿色洞口设计施工技术的总体思想是改变传统的隧道洞口设计理念和施工工艺，结合公路隧道洞口的特点，遵循环保、安全、经济原则，在少开挖隧道洞口边仰坡的情况下，两侧开槽，在原设计明洞外轮廓以外施作工字钢拱架并浇注混凝土，作为管棚的套拱，根据地形条件，管棚套拱可采用异型结构，从而减少洞口的边仰坡开挖范围；管棚套拱可根据洞口的边仰坡稳定情况，确定其长度及洞顶的回填时机，以确保隧道洞口的景观效果和安全要求。2 工程概述石板隧道是连接中梁山东西两侧的一条重要东西向通道，起于现状白彭路遇锦驿路交叉口，跨木场沟，穿中梁山，下穿中梁山支线铁路、跳蹬至重庆西灯泡线、跳蹬联络线、重庆西站编组站，经过重庆福道钢材市场后，于金科阳关小镇处接入现状金建路。隧道左线起止桩号为：ZK0+970-ZK5+932，隧道全长4962m；隧道右线起止桩号为：YK0+960-YK5+934，隧道全长4974m，属特长隧道。本隧道为设计行车速度60km/h的双洞六车道城市主干道，隧道内最大纵坡1.98%，最小纵坡0.3%。线路区地层主要为一套海相与浅海相碳酸岩盐、碎屑岩和内陆相碎屑岩沉积；出露的地层除白垩系、第三系缺失外，自二叠系至第四系均有不同程度的发育。以侏罗系出露厚度最大、分布最广，三叠系次之，二叠系最少。第四系零星分布，厚度不大。2.1 隧道进口2.1.1隧道进口工程地质条件石板隧道进口位于九龙坡区白市驿镇高峰寺村，有乡村公路与之相通，交通较为便利。洞口段为斜坡地貌，地形相对起伏变化较大，地形倾角一般829°，局部基岩陡坎可达60°。坡底发育一季节性冲沟，为洗马沟，勘察期间有少量流水。沟底为粉质粘土和碎石覆盖，厚度不大，沟两侧可见基岩出露。左右两线洞口相距30.0m。图2.1.1-1 石板隧道进口照片地表为第四系坡残坡积（Q4el +dl）粉质粘土，厚度0.07.4m。下伏侏罗系中下统自流井组（J1-2z）、珍珠冲组（J1z）地层，主要岩性以泥岩、砂岩为主，局部夹页岩、生物灰岩，粉砂岩。由于风化与卸荷作用，表层有0.46.3m的强风化层。 岩层产状265°61°，主要发育三组裂隙：193°81°；52°34°；3°85°。（1）左线洞口仰坡洞顶地形坡度926°。上部覆盖粉质粘土，厚度2.05.8m，局部夹少量碎石，下伏基岩以泥岩、砂岩为主，局部夹页岩、生物灰岩，粉砂岩。洞口开挖后将形成岩土质边坡。土质部分：经现场调查访问，在暴雨状况下，边坡未见明显变形迹象，安全系数1.05，属基本稳定稳定状态。开挖后坡高约5.8m。在暴雨状况下，土质边坡稳定性系数0.93，处于不稳定状态，边坡会沿着岩土界面滑移。图2.1.1-2 进口左线地质纵断面图岩质部分：仰坡为顺向坡，直立开挖边坡易顺层滑移；裂隙组合线切割边坡，形成外倾楔形体。开挖中楔形体可能产生滑移和局部掉块。仰坡在垂直开挖状态下稳定系数为0.69，处于不稳定状态。左侧边坡该侧边坡主要由可塑状粉质粘土组成，局部含少量碎块石，厚度约5.0m。由于岩土界面较缓，隧道开挖后土质边坡不会发生沿岩土界面整体性失稳破坏，但可能会发生沿土体内部的圆弧滑动。右侧边坡该侧为岩土质边坡，主要由粉质粘土和泥岩组成，高约9.0m，土质部分高约6.2m，岩质部分高2.8m。土质部分：岩土界面较陡，倾角一般814°。边坡11.5开挖放坡后稳定系数为1.24，处于基本稳定状态。岩质部分：以中风化岩体为主，边坡岩体类型为类。边坡为切向坡，发育有外倾结构面，倾角较陡，为85°，对边坡稳定性影响较小。（2）右线洞口仰坡：洞顶地形坡度926°。上部覆盖层为粉质粘土，厚度约2.05.1m，局部夹少量碎石，下伏基岩以泥岩、砂岩为主，局部夹页岩、生物灰岩，粉砂岩。土质部分：厚2.05.1m，基岩面坡度约1225°。在暴雨状况下，隧道开挖后土质边坡稳定性系数0.93，为不稳定状态。岩质部分：仰坡为顺向坡，直立开挖边坡易顺层滑移；仰坡在垂直开挖状态下稳定系数为0.69，处于不稳定状态。左侧边坡该侧为岩土质边坡，主要由粉质粘土和泥岩、生物灰岩组成，高约13.8m，土质部分高约4.7m，岩质部分高约9.1m。土质部分：该侧边坡岩土界面较缓，倾角一般38°，隧道开挖后土质边坡不会发生沿岩土界面滑移的整体稳定性问题，但土质边坡高度较大，可能会在土体内部发生圆弧滑动。岩质部分：边坡为切向坡，发育有外倾结构面，但倾角较陡，为81°，对边坡稳定性影响较小。右侧边坡该侧为岩土质边坡，主要由粉质粘土和泥岩、生物灰岩组成，高约15.3m，土质部分高约4.3m，岩质部分高约11.0m。土质部分：该侧边坡岩土界面较缓，倾角一般05°，隧道开挖后土质边坡不会发生沿岩土界面滑移的整体稳定性问题，但土质边坡高度较大，可能会在土体内部发生圆弧滑动。岩质部分：边坡为切向坡，发育有外倾结构面，但倾角较陡，为85°，对边坡稳定性影响较小。2.1.2 隧道进口设计情况隧道进口左线洞口桩号为ZK0+970，设置了20m的明洞结构。隧道洞口边坡分两级开挖，顶层边坡位于土质内，按1：1的坡率放坡开挖；下层边坡位于基岩内，按1：0.5的坡率放坡开挖，两级边坡间设置0.5m宽的马口；边坡统一采用喷网防护，喷射混凝土采用8cm厚C20混凝土，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。洞顶以上仰坡高度6m左右，也分两级边坡进行开挖，土质仰坡按1：1的坡率放坡开挖，岩质仰坡按1：0.5的坡率开挖，两级边坡间设置1m宽的马口。仰坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚8cm，8钢筋网网格间距25cm×25cm，锚杆采用2.5m长22砂浆锚杆，按2m×2m间距梅花形布设。洞口待明洞结构施作完毕后，以仰坡开挖边界为回填控制点，进行地面线的恢复性回填，洞口削竹段按1：1.25的坡率进行回填，坡面采用网格植草防护。隧道进口右线洞口桩号为YK0+960，设置了20m的明洞结构。该洞口的开挖及回填措施与左洞洞口基本一致。图2.1.1-3 进口左线结构纵断面图图2.1.1-4 进口右线结构纵断面图2.2 隧道出口2.2.1隧道出口工程地质条件石板隧道出口位于九龙坡区中梁山镇石堰村三社，有公路与之相通，交通较为便利。场地整体地形起伏较小，地面高程270.5295.5m。地表为第四系素填土与粉质粘土，素填土厚度1.206.50m，主要为粉质粘土夹砂泥岩碎块石，靠近厂房区域含少量建筑垃圾，碎块石块径326cm，最大可达60cm，含量3055%，多呈松散稍密状；粉质粘土厚度0.007.80m，褐黄色，可塑状，含少量砂泥岩碎石，下伏侏罗系中统新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩和砂岩。强风化厚度1.66.2m的。岩层产状108°110°65°71°，主要发育三组裂隙：211°86°；298°56°；340°5°。拟建隧道出口段呈斜坡地貌，西低东高，坡度约1°24°，岩土界面倾角与原始地面基本一致。根据设计方案，里程ZK5+777ZK5+847（YK5+788YK5+843）为明挖段，边坡开挖后将在左侧形成高15.021.0m 的岩土质边坡；在右侧形成高14.020.5m 的岩土质边坡。岩性以泥岩为主，泥岩为极软岩，岩体较完整。仰坡：洞顶地形较陡，坡度1°24°。覆盖层为粉质粘土和素填土，下伏基岩为新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。土质部分：该段地形较平坦，土层厚度1.7012.20m，基岩面总体坡度较缓，现状基本稳定，但覆盖层厚度较大，开挖时土体边坡局部可能滑移或垮塌。图2.2.1-1 出口左线地质纵断面图里程ZK5+777、YK5+788之前为暗挖段，该段斜坡坡度约为12°24°，隧道仰坡土质部分厚度为0.803.70m，未发现明显变形现象，但隧道明挖段施工后将使暗挖段仰坡失去支撑，可能失稳破坏。在暴雨状况下开挖后土质边坡稳定性系数0.99，处于不稳定状态。边坡会沿着岩土界面滑移。岩质部分：仰坡为顺向坡，直立开挖边坡易顺层滑移。仰坡在垂直开挖状态下稳定系数为0.90，处于不稳定状态。若按1:0.5放坡，坡角为63°，均小于岩层面倾角71°及岩体破裂角61.75°。左侧边坡：为岩土质边坡，上部覆盖层为素填土和粉质粘土，下伏侏罗系中统新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。土质部分：岩土交界面平缓，整体侧向滑移的可能性小。岩质部分：岩质部分为切向坡，边坡稳定性主要受岩体自身强度控制。右侧边坡：为岩土质边坡，上部覆盖层为素填土和粉质粘土，下伏侏罗系中统新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。土质部分：岩土交界面平缓，整体侧向滑移的可能性小。岩质部分：岩质部分为切向坡，边坡稳定性主要受岩体自身强度控制。2.2.2 隧道出口设计情况本隧道出口条件比较复杂，出口段先采用浅埋暗挖方式下穿中梁山支线铁路后，接中梁山发电厂明挖结构后，进入山体暗挖隧道，因此，本隧道工程上的出口位置应为中梁山发电厂明挖段。该段明挖隧道基坑采用放坡开挖，边坡采用2级边坡，一级边坡位于土质地层中，临时边坡采用1：1坡率，永久边坡采用1：1.5坡率，坡面无防护设施；2级边坡隧道起拱线以下采用垂直开挖，起拱线以上采用1：0.5的临时坡率，边坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚15cm，锚杆采用3.5m长22砂浆锚杆，按1.2m×1.2m间距设置，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。两级边坡间设置1m宽的马口。图2.2.2-1 石板隧道出口段横断面设计图隧道洞口仰坡采用2级边坡，一级边坡位于土质地层中，按临时边坡采用1：1放坡，坡面无防护设施；2级边坡位于岩质地层中，采用1：0.5的临时坡率，边坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚15cm，锚杆采用3.5m长22砂浆锚杆，按1.2m×1.2m间距设置，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。两级边坡间设置2m宽的马口。采用上述开挖方式开挖后，明挖段洞口最大仰坡高度8.5m左右。明洞采用70cm厚C30钢筋混凝土结构，明洞边侧采用C20片石混凝土回填，拱腰以上采用土石回填，回填最大厚度控制为6m。2.3 明挖段2.3.1明挖段工程地质条件线路里程ZK5+450ZK5+513（YK5+465YK5+527）为隧道明挖段，位于中梁山镇石堰村三社，该处为重庆市电池总厂盛乔蓄电池分厂，分厂有公路与之相通，交通较为便利。该段地形起伏整体较小，地面高程277.6281.6。地表为第四系素填土与粉质粘土，素填土厚度3.28.6m，主要由粉质粘土夹砂泥岩碎块石组成，靠近厂房区域含少量建筑垃圾，碎块石块径326cm，最大可达60cm，含量3055%，多呈松散稍密状；粉质粘土厚度0.04.5m，褐黄色，可塑状，含少量砂泥岩碎石；下伏侏罗系中下统自流井组（J1-2z）地层，主要岩性为泥岩夹薄层生物灰岩、页岩和砂岩。强风化层厚度1.66.2m的。岩层产状108°74°，主要发育三组裂隙：211°86°；298°56°；340°5°。该段设计标高为263.3264.6，隧道高9m，顶板埋深6.012.3m，开挖后将在左右洞口两侧及仰坡形成15.7m22.8m的岩土质边坡。上部围岩主要为素填土和强风化基岩，拟采用明挖施工方式。（1）起点洞口仰坡：拟建隧道出口位于电池厂背后，地形呈斜坡，西高东低，坡度约8°22°，岩土界面倾角与原始地面基本一致。图2.3.1-1 石板隧道明挖段洞口照片图2.3.1-2 石板隧道明挖起点段地质纵断面图该段斜坡坡度4°22°，上部覆盖粉质粘土，厚度0.04.5m，局部夹少量碎石，下伏侏罗系中下统自流井组（J1-2z）地层，主要岩性为泥岩夹薄层生物灰岩、页岩和砂岩。土质部分：斜坡即使在暴雨状况下未见明显变形。在暴雨状况下，隧道仰坡土质部分稳定性系数1.09，为基本稳定状态，与现状吻合。但隧道在开挖过程中，机械震动或放炮将会扰动仰坡土质部分，导致界面参数的下降，影响其稳定性，可能会造成仰坡土质部分的滑移破坏。岩质部分：仰坡为顺向坡，边坡主要受岩层面控制，直立开挖边坡易顺层滑移；裂隙组合线切割边坡形成的楔形体可能在开挖过程中产生滑移和局部掉快。（2）左侧边坡：为岩土质边坡，挖方高度14.2020.60m，其中土质部分厚1.208.60m，岩质部分高13.0016.60m，岩性以泥岩为主，泥岩为极软岩，岩体较完整。土质部分：岩土交界面平缓，整体侧向滑移的可能性小。岩质部分：岩质部分为切向坡，边坡稳定性主要受岩体自身强度控制。（3）右侧边坡：为岩土质边坡，挖方高度13.221.3m，其中土质部分厚1.28.6m，岩质部分高13.018.6m，岩性以泥岩为主，泥岩为极软岩，岩体较完整。土质部分：岩土交界面平缓，整体侧向滑移的可能性小。岩质部分：岩质部分为切向坡，发育有外倾结构面，但倾角较缓，不会发生沿裂隙面整体性滑移。边坡稳定性主要受岩体自身强度控制。该段纵向岩土界面较陡，局部达23°，直接开挖可能导致两侧洞口仰坡土质部分的滑移破坏。（4）明挖段终点洞口仰坡：该段斜坡坡度约为1°22°，上部覆盖层为素填土和粉质粘土，厚度约0.02.5m，局部达5.5m，夹少量碎石，下伏侏罗系中下统自流井组（J1-2z）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。岩土界面坡度与原始地面基本一致。土质部分：隧道明挖段施工后，将使暗挖段仰坡边坡失去支撑，有可能失稳破坏。在暴雨状况下，隧道仰坡土质部分稳定性系数1.14，为基本稳定状态。岩质部分为逆向坡，发育有外倾结构面，倾角为56°， 岩体较不稳定。图2.3.1-3 石板隧道明挖终点段地质纵断面图2.3.2 明挖段设计情况该段采用明挖结构，主要有两方面的考虑：1）该段隧道埋深较浅，最大埋深11m左右，且拱顶以上基本均为第四系素填土与粉质粘土，施工过程中成洞困难，施工风险大，建设代价高；2）该段作为土建3标的主要隧道进口场地，需采用明挖结构作为施工场地。该段边坡采用2级边坡，一级边坡位于土质地层中，临时边坡采用1：1坡率，永久边坡采用1：1.5坡率，坡面无防护设施；2级边坡隧道起拱线以下采用垂直开挖，起拱线以上采用1：0.5的临时坡率，边坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚15cm，锚杆采用3.5m长22砂浆锚杆，按1.2m×1.2m间距设置，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。两级边坡间设置1m宽的马口。图2.3.2-1 石板隧道明挖段横断面设计图明挖段隧道仰坡采用2级边坡，一级边坡位于土质地层中，按临时边坡采用1：1放坡，坡面无防护设施；2级边坡位于岩质地层中，采用1：0.5的临时坡率，边坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚15cm，锚杆采用3.5m长22砂浆锚杆，按1.2m×1.2m间距设置，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。两级边坡间设置2m宽的马口。采用上述开挖方式开挖后，明挖段洞口最大仰坡高度达到20m左右。明洞采用70cm厚C30钢筋混凝土结构，明洞边侧采用C20片石混凝土回填，拱腰以上采用土石回填，回填最大厚度控制为6m。图2.3.2-2 石板隧道明挖段纵断面设计图3 隧道洞口设计技术研究3.1 隧道进口设计技术研究本项目研究开始时，隧道进口基坑已近开挖完毕，正在进行洞口管棚的施工，设计上的进一步研究空间比较局限，因此，仅对洞口景观的恢复及提高边仰坡稳定性进行设计上的研究。从目前的设计文件和现场的施工情况来看，本洞口边仰坡开挖高度较大，两洞之间的土埂保留完好，但坡率较陡，不利于长期稳定；隧道洞口施工完毕后，洞口仍然存在暴露的边坡。图3.1-1 石板隧道进口平面布置图因此，研究认为设计上还应从以下方面进行完善，以确保洞口的绿色稳定效果：1）明洞适当加长，并将左右洞洞口置于同一断面。目前隧道洞口边仰坡较好，并且明洞削竹段也存在一定的高度的边坡，通过接长明洞，可消除洞口边坡产生的进洞压抑的不利影响。另外，将左右洞明洞洞口位置置于同一断面，可增加洞口的协调性，并利于洞口绿化的统一性。明洞洞口的具体位置，需在施工前测设现场地面横断面，以确保隧道洞口的具体位置，以洞口边坡不大于5m为宜。2）两洞间的土埂增设坡脚挡墙。目前洞口土埂仰坡较陡，不利于洞口的稳定，通过增设洞口挡墙，可确保土埂的稳定性。如不增设坡脚挡墙，也可采用反压回填的措施，将土埂仰坡控制在1：1.25以下，在斜坡上种植高大树木，增加洞口的减光效果。3）洞顶回填层一级平台上增设排水沟。目前虽然已在边坡外设置截水沟，但由于洞口边仰坡较大，汇水面积依然较大，增设排水沟后，可减小地面积水对回填仰坡的破坏。3.2 隧道出口设计技术研究本段位于发点厂厂房拆迁区，且作为3标、4标的主要施工场地，应结合临时工程和永久工程进行综合考虑。从目前的设计文件和现场的施工情况来看，研究认为设计上还应从以下几个方面进行完善，以确保明挖段的绿色稳定效果：1）支护参数有待进一步优化。目前位于土质地层的一级边坡采用1：1的临时边坡和1：1.5的永久边坡，但没有设置边坡支挡或封闭措施。由于该段作为主要施工场地，边坡暴露的时间将很长，因此，该段的所有边坡宜按永久边坡进行支护，土质边坡表面应采用喷射混凝土封闭，待明洞结构回填阶段，再将表层喷射混凝土破除，以便植被覆盖。2）左右两洞间明挖基坑间应设置联络通道。该段作为主要施工场地后，左右洞间的工作往来将十分密切，因此应设置连接通道，连接通道应离隧道洞口距离不小于15m。该处由于挖深较大，如从明挖基坑的底部接入引道，作为出渣进料的通道，将导致引道挖深过大。为了减小引道的挖方规模，可采取两种方法：1）采用龙门吊的方式组织施工，如此将增加施工难度，增加施工成本；2）通过施工便道组织施工，由于基坑较深，便道要克服高差将带来较大的便道工程量，因此，可先施作一端洞口，为了及时提供出渣通道内，建议先施作洞口段大桩号端的洞口，将基坑作为便道的一段，通过加长便道长度的方式展线克服高差。待大桩号端下穿铁路支线通道完成后，再通过该通道进行明挖段其余段落的施工。3）洞顶回填层上完善排水沟。目前虽然已在边坡外设置截水沟，但由于明洞基坑规模较大，汇水面积较广，施工期和今后的运营期均将承受较大的雨水径流，因此，应完善地表排水设施，建议洞顶回填层边线位置设置小型排水沟，在明挖段端部沿隧道横向设置大型的排水沟，及时排走地面积水。4）加强衬砌结构设计，恢复地面。按目前的设计，隧道施工完毕后，回填层将较原地面线低15m，隧道顶部会出现一道大型的凹槽，久而久之，由于排水不畅，就会出现地表积水，将危及隧道的结构安全，并诱发隧道渗漏水病害。另外，由于该明挖区域位于城郊区，由于城市的发展，该地块今后的规划尚未定论，在设计阶段，有必要对隧道衬砌结构考虑充足的安全储备。鉴于以上原因，建议对明洞结构进一步加强设计，并对地表进行恢复性回填。3.3 隧道明挖段设计技术研究本段位于电池厂厂房拆迁区，且作为3标的主要施工场地，应结合临时工程和永久工程进行综合考虑。从目前的设计文件和现场的施工情况来看，本洞口仰坡开挖高度较大，明洞的开挖没考虑施工场地的综合布置，以及运营期间的地面排水问题等。因此，研究认为设计上还应从以下几个方面进行完善，以确保明挖段的绿色稳定效果：1）明挖段起点位置可进一步调整。目前明挖段起点端仰坡较高，尤其是右洞起点端，仰坡高度达到20m左右，如将洞口位置适当向大桩号端移动510m，可有效减小仰坡的高度。2）支护参数有待进一步优化。目前位于土质地层的一级边坡采用1：1的临时边坡和1：1.5的永久边坡，但没有设置边坡支挡或封闭措施。由于该段作为主要施工场地，边坡暴露的时间将很长，因此，该段的所有边坡宜按永久边坡进行支护，土质边坡表面应采用喷射混凝土封闭，待明洞结构回填阶段，再将表层喷射混凝土破除，以便植被覆盖。3）左右两洞间明挖基坑间应设置联络通道。该段作为主要施工场地后，左右洞间的工作往来将十分密切，因此应设置连接通道，连接通道应离隧道洞口距离不小于15m。该处由于挖深较大，如从明挖基坑的底部接入引道，作为出渣进料的通道，将导致引道挖深过大。为了减小引道的挖方规模，可采取两种方法：1）采用龙门吊的方式组织施工，如此将增加施工难度，增加施工成本；2）通过施工便道组织施工，由于基坑较深，便道要克服高差将带来较大的便道工程量，因此，可先施作一端洞口，为了便于施工期的排水，建议先施作明挖段起点端的洞口（该段为下坡隧道），将基坑作为便道的一段，通过加长便道长度的方式展线克服高差，而明挖段大桩号端的隧道主要通过隧道出口组织施工。4）洞顶回填层上完善排水沟。目前虽然已在边坡外设置截水沟，但由于明挖段规模较大，汇水面积较广，施工期和今后的运营期均将承受较大的雨水径流，因此，应完善地表排水设施，建议洞顶回填层边线位置设置小型排水沟，在明挖段端部沿隧道横向设置大型的排水沟，及时排走地面积水。5）加强衬砌结构设计，恢复地面。按目前的设计，隧道施工完毕后，回填层将较原地面线低15m，隧道顶部会出现一道大型的凹槽，久而久之，由于排水不畅，就会出现地表积水，将危及隧道的结构安全，并诱发隧道渗漏水病害。另外，由于该明挖区域位于城郊区，由于城市的发展，该地块今后的规划尚未定论，在设计阶段，有必要对隧道衬砌结构考虑充足的安全储备。鉴于以上原因，建议对明洞结构进一步加强设计，并对地表进行恢复性回填。4 隧道洞口施工技术研究4.1洞口施工工序简介隧道洞口施工的总体思想是在不开挖明洞段洞内山脚土体的情况下两侧开槽，在原设计明洞外轮廓以外施作工字钢拱架并浇注混凝土，作为管棚套拱或临时衬砌，在进洞前成洞，回填反压后再进行套拱内暗挖施工，以达到稳定边仰坡的目的，其原理如图4.1-1所示。其主要工作流程为：1）清表，两侧拉槽及仰坡开挖，边仰坡防护；2）管棚施工；3）临时明洞衬砌施工；4）洞顶回填反压并覆土绿化；5）临时衬砌内预留山脚土体暗挖；6）暗洞段施工；7）明洞衬砌施工。施工过程详图见图4.1-2图4.1-7。 图4.1-1 前置式洞口施工前置式洞口施工立面示意图图4.1-2 前置式洞口段两侧开槽及仰坡开挖、边仰坡防护图4.1-3 管棚施工图4.1-4 前置式洞口段临时明洞衬砌施工图4.1-5 洞顶回填反压并覆土绿化图4.1-6 前置式洞口段临时衬砌内预留山脚土体暗挖图4.1-7 明洞防水板铺设、衬砌施工实际施工过程中，可洞口围岩条件和洞口边仰坡稳定情况，适时开展套拱顶部的反压回填。如洞口边仰坡整体稳定，有临时明洞衬砌的约束，局部坍塌也不会对施工产生太大影响，施工过程中洞顶回填工序可滞后，等到明洞衬砌修建之后，再进行洞顶回填。4.2 主要施工工艺与施工要点4.2.1临时衬砌或管棚套拱施工槽开挖该段施工槽的开挖注意保留两洞间土埂及其原生植被，同时前置式洞口段中心山脚土体予以保留，以用来维持洞口山体稳定。(1)土质段清表：严格按设计要求测量放线确定基坑开挖范围，清除地表杂物、草皮和树根，开挖前必须复核基坑位置，尺寸的准确性，同时做好排水系统。开挖：自洞口地面标高超过设计标高3-4米处开始施工。洞身边墙部两侧分别开挖宽度约2-3米施工槽，逐步向暗洞段推进。挖深较小段，采用人工风镐开挖，减少对边坡的扰动，挖深较大段分2-3m台阶逐层开挖，挖掘机配合施工，外侧边坡边开挖边进行锚喷防护，内侧作素喷混凝土防护即可。每开挖一层测量放线一次，以避免超欠挖。地面标高大于设计标高不超过3米段洞身宽度范围外的边坡开挖后采用浆砌料石防护。应特别注意保护两洞间土埂，以保护土埂上的原生植被和保持其维持山体稳定的作用。对于洞身宽度范围以内部分，沿纵向暂修整成台阶形式以方便施工。坡面修整：挖深较大段，第一层可采用机械开挖，靠近边坡时，预留30-50cm，人工进行刷修。修整好的边坡及时进行防护。基底处理：若施工槽开挖后基础承载力不能满足设计、规范要求时，可继续深挖1米左右，采用浆砌片石或片石混凝土换填。基坑开挖后要及时浇筑砼，不得让雨水浸泡，如正赶上下雨时，要预留一定厚度，待雨后再继续施工。(2)石质段施工表层比较松软的岩石开挖采用裂土器破碎、挖掘机并辅以部分人工松动施工，对比较坚硬的岩石实施小控制爆破，分层进行开挖，每层厚1-2m。为避免扰动坡面，采用预留光爆层技术。(3)如地下水位较高或有浅地表水时，采取适当的降水和排水措施。4.2.2 架立钢拱架工字钢拱架需要较高的加工条件和严格的工艺要求，特别是对接头和底板等构造，要进行精心加工和制造。(1)钢拱架的加工：根据设计图进行实地放样，先加工一榀完整的钢拱架现场拼装，检查其尺寸、焊接等，符合要求后再进行批量加工。(2)钢拱架的架设应精确测量放样，准确定位，以免造成侵入二衬界限等现象。钢拱架的架设，必须用楔块与围岩或模板楔紧；(3)为了不影响钢拱架的承载能力，节段数应尽量少，连接钢板间采用螺栓联接并沿钢板周边焊接。(4)钢拱架必须架立在稳固的基础上，若开槽后基础较差，应加深开挖，浇注混凝土或浆砌片石至设计标高后架立钢拱架。(5)钢拱架架立后纵向采用22螺纹钢筋焊接连接，以保证钢拱架的稳定及整体受力。纵向连接筋交错布置，环向间距1.0m。4.2.3 模板固定、浇注混凝土(1)套拱段内、外模板均采用组合钢模板现场拼装、固定；端模板采用为木模板，预留纵向连接钢筋孔。(2)管棚固定墙套拱段，可将套拱内土体修整成弧形土胎，与套拱内轮廓相同，表面抹35cm砂浆作内模。外模借助钢拱架支撑，用钢筋固定组合钢模形成弧形轮廓。(3)对于前置式洞口段，内模支撑于核心土体，外模支撑于外侧山体边坡。(4)套拱模板支立和砼浇注若一次浇注有困难可分两次进行，第一次立模浇注到起拱线位置，第二次浇注拱部。注意在第一次浇注混凝土时预留拱部钢拱架拱脚连接钢板；起拱线处预埋接茬钢筋，以增强其整体性。(5)混凝土运送采用输送泵输送。4.2.4 管棚施工(1)长管棚钢管规格为108mm，壁厚4.5mm热轧无缝钢管，节段长3m和6m；钢管环向布置间距42cm，仰角1度（扣除路线纵坡），方向与路线中线平行。为控制同一横断面内的接头数量不大于50%，第一节管分别采用长3m和6m的管段，交错布置。(2)钻机可用XY28300型电动钻机，钻进并顶进长管棚钢管；管棚按设计位置施工，先打有孔钢花管，注浆后再打无孔钢管，无孔钢管可以作检查注浆质量用。每完成一孔钻孔便顶进一根钢管，钻进过程中随时采用测斜仪量测以控制钢管钻进的偏斜度，以及时纠正钻进中超过设计要求的钢管偏斜。准确控制钻机立轴方向，以保证孔口的孔向正确。钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。(3)长管棚注浆采用水泥水玻璃双液，注浆前先按设计要求进行现场注浆试验并根据现场实际情况确定注浆参数，以利施工。注意管棚套拱钢拱架与前置式洞口段钢拱架之间通过纵向连接筋连接成整体。4.2.5 洞顶回填反压洞顶反压回填可采用码砌袋装土方法进行，表层覆土植草绿化。4.2.6洞口段套拱内预留山脚土体暗挖洞口段套拱内预留山脚土体开挖，土质岩体采用挖掘机配合人工手持风镐直接开挖；较松软的石质岩体可采用冲击破碎的方法进行开挖；较坚硬的岩体用缓膨炸药膨胀破碎围岩。4.2.7 暗洞段施工由于暗洞洞口段覆土层厚度很小，进入暗洞的前37米范围内原则上禁止爆破施工。若为土质岩体或松软破碎的石质量岩体，采用挖掘机配合人工手持风镐直接开挖；土石混杂情况，较大孤石采用缓膨炸药破裂改小后清运；若为较坚硬的石质岩体，前3米范围周边采用冲击锤破碎，暴露临空面后再用缓膨炸药膨胀破碎围岩，此后可适当采用弱爆破施工。待洞口各项收敛、沉降趋于稳定后施作前置式洞口段防水板、二次衬砌。参考施工过程及支护效果见图4.2.7-1图4.2.7-4。图4.2.7-1 边槽开挖图4.2.7-2 管棚施工图4.2.7-3 暗洞开挖图4.2.7-4 临时明洞施作5 隧道洞口监控量测内容及方法5.1监控量测内容在隧道洞口施工中，在洞口边仰坡开挖时及套拱施工时应埋设测桩、应力计、钢筋计、锚杆轴力计、多点位移计等传感器，通过监测两侧边坡及仰坡相对变形，锚杆轴力，混凝土内应力和型钢拱轴力，了解边坡的稳定性和临时支护的安全性和经济性，测点布置形式如图5.1-1。图5.1-1 前置式洞口监测测点布置图（图中26处分别埋置钢筋计和应变计，17两处埋置压力盒）5.2监控量测方法监控监测工作本着实事求是、细致、认真的精神为施工安全服务，原则上在有较大施工行为（或下雨等不利天气），经分析认为有可能对监测项目有影响的情况下，每天都进行监控量测。对已采集数据分析认为基本稳定之后，也将适当增大监控量测的时间间隔。监控量测结果将及时和施工单位、监理单位交换意见，以使本监控量测能最大发挥作用。监控量测的主要方法为：1）拱顶下沉量测 ：是在套拱的拱顶及中轴线左右各2m设3个带挂钩的锚桩,测桩埋设深度30cm，钻孔直径42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。用精密的水准仪、钢圈尺量测拱顶下沉。传感器安装见图5.2-1。图5.2-1 拱顶下沉测桩埋设图2）套拱周边位移量测 ：在预设点的断面，在临时衬砌施工后，沿隧道周边的拱腰（或导洞拱腰）和边墙部位分别埋设测桩。测桩埋设深度30cm，钻孔直径42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩，测桩单洞每断面2组共4根。采用钢尺式周边收敛仪量测周边收敛变形。传感器安装见图5.2-2。图5.2-2 周边收敛测桩埋设图3）边、仰坡围岩内部位移量测 ：在洞口拉槽段边坡、仰坡中打2个深孔，孔深3.7m5m、孔径50，采用5点杆式多点位移计量测，及时安装，测取读数。传感器安装见图5.2-3。图5.2-3 多点位移计安装图4）边、仰坡锚杆轴力量测 ：在前置式洞口拉槽段边坡、仰坡中打2个测孔，孔深3.7 m5m ，孔径50，测孔内采用4个钢筋计串联，以量测各点的锚杆轴力。传感器安装见图5.2-4。图5.2-4 锚杆轴力传感器安装图5）套拱混凝土内部应力量测 ：在套拱的拱顶、拱腰和边墙，在混凝土内埋设5个应变计，将应变计全部覆盖并使应力计居于衬砌的中央，方向为切向，混凝土达到初凝时开始测取读数。传感器安装见图5.2-5。图5.2-5 临时明洞衬砌混凝土应力传感器埋设图6）型钢支撑应力量测 ：采用钢筋计量测，把钢筋计焊接在钢支撑上，量测钢支撑内力。钢支撑安装完以后即可测取读数。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点布置位置相同见，每个断面5个测点。传感器安装见图5.2-6。图5.2-6 钢支撑内力传感器埋设图7）基底应力监测：在套拱的拱脚与底部扩大基础相接处埋设2个压力盒，将压力盒置于衬砌的中央，量测套拱底部扩大基础的压应力，混凝土达到初凝时开始测取读数。传感器安装见图5.2-7。图5.2-7 临时明洞基底应力传感器埋设图