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1、公路隧道前置式洞口工法与工程实践摘 要: 文章结合个屯一级公路锡都隧道前置式洞口设计和施工情况,详细介绍了前置 式洞口工法的原理、施工工序、施工工艺和施工要点，总结了该工法在隧道洞口设计、施工 中的环保意义和适用性。关 键 词: 公路隧道 前置式洞口 施工工艺 环境保护1 引言在近期高等级公路及公路隧道的建设中，随着国民经济的发展和社会的进步，公路建设 的环保、安全和经济日益受到广大公路建设者的重视，在杜绝深挖高填、注重公路景观和环 境保护方面提出了较高的要求。传统的方法一般是洞口边仰坡开挖、防护，达到一定的进洞条件后再进洞施工，这时已 经形成了较大高度的边仰坡，有些洞口采用接长明洞回填绿化的
2、方法加以补救，但这对于原 生植被的破坏却是不可恢复的。目前隧道专业较为先进的国家已经摒弃了这种传统方法而采 取保护山坡自然进洞的方法进行隧道施工。许多经验表明，隧道未开挖时，山坡是稳定的，而传统施工方法在开挖边仰坡时，难免 破坏原山体自然平衡状态，可能导致边仰坡坍塌、顺层滑坡、古滑体复活等工程病害。在岩 质较差时边仰坡的开挖量更大，洞口工程病害问题更突出。洞口设计和施工中“早进洞、晚 出洞”的原则，做到合理地确定洞口位置和进洞方案、正确安排施工步骤，并借助一些辅助 施工措施提前进洞，就可能有效地解决隧道洞口的工程隐患和起到保护自然环境的作用。2 前置式洞口工法原理“前置式洞口”在国外被称为“绿
3、色洞口”，前置式洞口工法采取不切坡（即零开挖）的 进洞口方法，在洞外不开挖山脚土体的情况下，采用两侧开槽逐榀施作工字钢拱架，随着钢 拱架推进逐渐“亲吻”山体，拱架间以纵向钢筋连接为整体，浇筑混凝土临时衬砌，在进洞 前以临时衬砌成洞，回填反压后再进行临时衬砌内暗挖施工。而传统方法的明洞则是在洞口 大挖大刷，暗洞施工一定距离后再施作。前置式洞口工法不同的是：在进行暗洞施工前以先 形成的临时衬砌作为微开挖边仰坡的防护措施。这样，可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏 大大减少洞口仰坡开挖及防护工程量，这是保证仰坡稳定较为理想的方法。对于上下行分离 式设置隧道，不仅可以保护单个洞口的山坡和植被，更重要的是还
4、可以避免两洞间土埂的开 挖，这既可保护两间土埂上的原生植被又可借助土埂维护两洞口山体的稳定，可谓一举两得 3 主要施工工序 （图1）I:砌筑洞顶及周边截水沟，构成排水系统；II:临时衬砌与山体接触处仰坡开挖并喷混凝土防护；III:前置式洞口临时衬砌施工槽开挖、边坡防护；W：临时衬砌钢拱架立就位，并浇筑边墙混凝土；V：临时衬砌拱部混凝土浇筑养护；W:洞顶回填反压并覆土绿化；临时衬砌内暗挖；训I:暗洞段施工；IX：防水层铺设、衬砌施工。IIIIII前置式洞口工法施工工序示意图1 前置式洞口工法施工工序示意4 主要施工工艺与施工要点4.1 临时衬砌与山体接触处仰坡微开挖、防护精确测量放样，标出临时衬
5、砌与山体接触处轮廓线，对轮廓线以上1.01.5m高度部分 按设计坡度进行清表及修整微开挖。因开挖工作量很小，采用人工进行即可，以避免机械施 工扰动。4.2前置式洞口临时衬砌施工槽开挖、防护 施工槽的开挖应注意保留洞间土埂及其原生植被，同时对临时衬砌内山脚土体应尽量予 以保留，以用来维持洞口山体稳定，待以临时衬砌成洞回填后再用震动破碎的方法进行暗挖。(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 必须复核基坑位置及尺寸的准确性，同时做好排水系统。 开挖：洞身边墙部两侧分别开挖宽度约23 m的施工槽，逐步向山体推进。挖深较小段， 采用人工风镐开挖，以
6、减少对边坡的扰动；挖深较大段分23 m 台阶逐层开挖，挖掘机配 合施工。外则边坡边开挖边进行锚喷防护，内则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。临时衬砌段以外的边坡开挖后采用浆砌料石防护。对于洞身宽度范 围以内的部分，沿纵、横向均修整成台阶形式，以方便临时衬砌拱架和混凝土施工。 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3050 cm人工进行 刷修。修整也的边坡及时进行防护。 基底处理：基础必须置于稳固的地基上，基底埋入土质地基的深度不应小于1.0 m；墙基 底埋设深度应大于墙边各种沟、槽基底埋设深度。松软地基上的基础，当地基强度不足时， 可采取扩大、
7、加固基础等措施。 基坑开挖后要及时浇筑混凝土，不得让雨水浸泡，如赶上下雨旱，要预留一定厚度，待雨 后在施工。(2) 石质段施工表面比较松软的岩石开挖采用裂土器破碎、挖掘机并以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12m。为避免扰动坡面，采用预留光 爆层技术。嵌入岩石地基的深度不应小于 0.5m。4.3 钢拱架架立 工字钢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 精心加工和和制造。(1) 钢拱架的加工：根据设计图进行实地这么样，先加工一榀完整的钢拱架现场拼装， 检查尺寸、焊接等，符合要求后再进行批量加工。(2) 钢拱架的架设应精
8、确测量放样，准确定位，以免造成侵入二次衬砌界限。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 ,节段应尽量少,不可避免的接头应交错布置,避免都 在同一截面上；连接钢板间采用螺栓连接，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，浇筑混凝土或 浆砌片石至设计标高后在架立钢拱架。(5) 钢拱架架立后，纵向采用22螺纹钢筋焊接，以保证钢拱架的稳定及整体受力；纵 向连接筋交错布置，环向间距为 1.0m。4.2 模板固定及混凝土浇筑(1) 内、外模板均采用组合钢模板现场拼装、固定；端模板采用木模板，预留纵向连接 钢筋孔。(2) 内
9、模支撑于核心土体，外模支撑于外侧山体边坡。(3) 模板支立和混凝土一次浇筑有困难时，可分两次进行，第一次立模浇筑到起拱线位 置，第二次浇筑拱部；在第一次浇筑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。(4) 混凝土采用输送泵运送。4.5 洞顶回填反压洞顶回填反压采用人工夯填土或码袋装土方法进行,表层覆土植草木绿化。4.6 临时衬砌内预留山脚土体暗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。4.7 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58 m范围内原则上禁止爆破施
10、工。若 为土质岩体或松软破碎的石质岩体，则采用挖掘机配合人工手持风镐直接开挖；土石混杂情 况，较大孤石采用缓膨胀炸药破碎改小后清运，若为较坚硬的石质岩体，前5m范围周边采用 冲击锤破碎，暴露临空面后再用缓膨胀炸药破碎围岩，以减少施工对临时衬砌的扰动影响， 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，施作临时衬砌段防水板及 二次衬砌。5 工程应用5.1 工程概况江苏老山公路隧道位于宁（南京）淮（淮安）高速公路南京北段,隧址区属南京市浦口区老 山林场。隧道采用上下分离形式，为国内已建成和正在设计中最长的双向6车道公路隧道。I号隧道左线起讫桩号为ZK3+225ZK5+010，长1785
11、m；右线起讫桩号为YK+225ZK5+020, 长1795m。II号隧道左线起讫桩号为ZK5+075ZK6+500,长1425m；右线起讫桩号为YK5100 YK6+900，长 1800m。5.2 地形、地质情况老山隧道由I号、II号隧道组成，1号隧道出口、II号隧道进口位于所穿越山体间的垭 口处，地势较陡，坡角一般为2040。I号隧道表层为厚1.0 m以下的坡积碎石,松散一中密；其下为强风化灰岩，岩石风化较 强烈，岩质变软，节理裂隙发育，分布杂乱，层厚6.0 m左右;再其下为弱风化白云质灰岩， 裂隙发育,形态杂乱,岩石被切割成角砾状,碎石状，左线出口处围岩部分有溶洞，出口段主要 位于弱风化碎
12、裂状灰岩层中。II号隧道进口地形两侧高中间底，由南往北坡度较大，坡角3060。表层有1.0 m 左右的碎石土，中密；其下为强风化灰岩，岩质软，节理裂隙发育，层厚3.0 m左右；再其 下为弱风化灰岩，岩石完整性从差到一般，发育有溶洞。进口处于强风化灰岩和弱风化灰岩 层中，其中右线进口处于有溶洞，且地势较陡，坡角最大可达60。5.3 洞口原设计情况由于洞口处于地势较陡加之三车道隧道跨度大、净空高，一般情况下洞口边坡及仰坡高 度接近20 m,洞口段均设置了明洞，其中I号隧道出口左洞明洞长20 m,右洞明洞长10 m, 边仰坡开挖坡率均为1：0.75。II号隧道进口左右线洞口均设置明洞（长20 m）,
13、因纵坡较陡，其仰坡开挖第一级坡率为1： 0.5，第二级坡率为1：1。原设计开挖平面I号隧道出口位置如图2所示。|a-转弯车道淮安| | |II |.淮安图2 I号隧道出口原设计明洞方案示意5.4 前置式洞洞口工法设计与施工经比较现场地质情况，拟定在I号隧道出口（淮安端）、11号隧道进口（南京端）采用前置 式洞口工法施工。着重从边、仰坡开挖坡率、成洞位置及仰坡高度入手，在原设计明洞出口 位置不变的基础上，明洞适当缩短58 m,代之以临时衬砌，将成洞位置提前，作为边、仰 坡开挖后的辅助防护措施，以利山体稳定。以已采用该工法施工的I号隧道出口为例，取边坡开挖率为1： 0.2，成洞面仰坡脚至坡 顶高度
14、控制在1.0左右，左、右洞分别设置12.0 m和8.0 m。前置式洞口开挖位置如图4 所示。经对比（由图2和图3进行比较），I号隧道出口按前置式洞口工法设计进行施工，较原设计明洞方案可减少开挖面积为2308(斜坡面积)。以老山林场5060年代造林密度计算(马尾松、黑松每亩667株)，即可减少砍伐2308株，其环保意义显著。IIIIiiIlli,转弯车道ii illl ii淮安淮安图3 I号隧道出口前置式洞口示意6 结语前置式式洞口工法是公路隧道洞口施工在环境保护方面的又一新方法，该工法在真正意 义上实施了洞口设计施工中一直呼吁的“早进洞、晚出洞”的原则。该工法追求施工中的精 工细作，其应用可使
15、洞口施工更加规范化、标准化，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，可以显著地减少洞口边仰坡的开挖的有效地保护洞口原生植被。(1) 前置式洞口工法在山I号隧道出口的应用中，因洞口地质情况需要设置管棚进洞,在施工过程中对该工法的施工工序作了小部分调整，但大部分工序和设计、施工要点还是遵 循了该工法的原则，如：边仰坡率、仰坡高度、开挖范围等，使得洞口开挖量大大减少，这 正是前置式洞口工法的根本宗旨。(2) 任何一种工法都有其适用性和局限性，我认为前置式洞口工法，适用于纵坡适当、 植被情况较好的洞口设计、施工。对于偏压情况，需要对施工槽边坡较高一侧做加强防护处 理，其边坡加强防护较为传统偏压洞口边坡处理措施可适当减少。（3）因一般洞口开挖采用的是台阶法，在施作时，需要先期施作洞外段临时衬砌，以避 免明洞段衬砌施工时采用先拱后墙法。（4）传统的洞口工法中，一般是先进洞再由洞内向洞外施作二次衬砌，再修筑明洞。因 此明洞段采用外贴式防水方法较好。但采用该工法施工时，先期形成明洞段临时衬砌，如明 洞采用外贴式防水方法，将导致明暗洞相接处防水处理困难。（5）本依托工程的洞门形式采用削竹式洞门，节省了圬工。参考文献1 蒋树屏我国公路隧道工程技术的现状及展望.C中国公路学会2001学术交流论
