零开挖进洞技术在隧道施工中的应用

文章编号：1673 -6052(2016)12 -0141 -03

北方交通

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DOI：10.15996/j. cnki. bfjt.2016.12.036

零开挖进洞技术在隧道施工中的应用

李福贵

(辽宁省交通工程质量与安全监督局沈阳市110005)

摘要：零开挖进洞技术能最大限度地减少山体开挖，保持原山体稳定，保护原山体生态环境。介绍了零开挖 进洞技术在隧道施工中的应用，给出了隧道原设计方案和优化方案。结果表明，对设计建议的施工方案进行合理 优化后，零开挖进洞技术大大降低了隧道进洞施工安全风险，达到工程安全、经济与保持生态环境双赢的目的。

关键词：隧道施工;零开挖进洞技术;施工方案优化

中图分类号：U455

文献标识码：B

1引言

山岭隧道进洞是隧道施工工况最复杂、安全隐

于陡斜坡上，右洞洞口处仰坡坡度82° ~ 86°之间， 几近垂直陡峭，逆向坡，基岩裸露，强风化基岩风化 节理裂隙发育，岩体破碎，为V级围岩。坡体表层覆 盖层及强风化岩层，易失稳崩落，坡体整体稳定。左 洞口位于山脊处，山脊两侧是堆积土，松散、自稳性 差。山脊为强风化岩层，易崩落，整体稳定，为V级 围岩。3

原设计给出的隧道进洞方案

隧道原设计建议按开挖边仰坡方案进洞:做好 排水系统后，先开挖边仰坡;预支护采用大管棚;初 期支护采用间距为60cm的I20a工字钢及$25中 空注浆描杆的喷锚支护系统;开挖方式采用上下台 阶法。

3.1开挖边仰坡进洞的主要工序

(1) (2)

先在设计的边仰坡外开挖截水沟，将地表 然后开挖边仰坡。在边仰坡开挖过程中应

患最多的环节。传统的隧道进洞通常采用拉槽方 式，该方式施工面积大、破坏山体的生态环境及受力 平衡，容易造成洞口处边仰坡失稳。而零开挖进洞 技术，是一种新的进洞施工理念，该方法能够最大限 度地减少山体开挖，保持原山体稳定，保护原山体生 态环境。我国相关规范对洞口开挖也提出了相应要 求:《公路隧道设计规范》（JTG D70 -2〇〇4)规定“隧 道应遵循‘早进洞、晚出洞’的原则，不得大挖大刷， 确保边坡及仰坡的稳定;《公路隧道施工技术规范》 (JTGF60 - 2009)指出“应根据隧道长度、断面大 小、结构形式、工期要求、机械设备、地质条件等，选 择适宜的开挖方案”。因此，选择合理的进洞方案， 是降低安全隐患、保证质量、节约成本的有效途径。 本文结合隧道的进洞方案优化，介绍零开挖进洞技 术在隧道施工中的应用。2

某隧道地形地貌简介 地形地貌

隧道地处贵州东北部，大娄山脉与武陵山脉接 壤部位。隧道区属构造溶蚀、剥蚀型低山地貌，地表 受溶蚀、剥蚀作用强烈，地势起伏较大。隧道区基岩 大部出露，地貌类型属构造溶蚀型低山地貌。地表 植被发育，多为灌木。2.2工程地质评价

隧道进洞口工程地质评价，隧道左右幅进口位

水引到洞口外，形成一套有效的排水系统。

边开挖、边防护边仰坡。边仰坡防护一般采用施打 描杆+挂网+喷射混凝土。

(3)

采用预支护系统(一般方法有大管棚、钢花

管、地表注浆等）在隧道开挖轮廓线外注浆加固处 理;管棚体系在水平方向起支撑拱的作用、沿隧道中 心线方向起起梁的作用，从而改善岩体的整体性和 自稳性。

(4)

开挖进洞，其方法主要有两台阶开挖法、三

台阶开挖法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁（CRD

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法）、环形开挖留核心土法、双侧壁导坑法等。3.2开挖边仰坡进洞方法特点

开挖边仰坡进洞，施工方法直观，是现今国内应 用最广泛的一种隧道进洞方法。适用范围主要是洞 口段埋深不高，围岩较破碎或者是覆盖层为土层;一 般是结合大管棚进洞，可根据现场实际情况结合其 他一些辅助方法和措施保证进洞安全。

开挖边仰坡进洞的缺点:刷坡的土石方量、支护 工程量较大，费用高，施工工期长;如果洞口段埋深 较高时(边仰坡高），增加安全风险;对周边自然环 境破坏较大。4

隧道进洞施工方案优化

隧道开工前，设计、业主、监理、施工等有关人员 多次现场勘查和测量，发现边仰坡开挖工程量较大 (达到三级坡），施工难度大、工期长、安全风险高。 本着动态施工、动态设计的原则，经过多次论证，最 终将官庄隧道的进洞施工方案优化为:加强预支护， 右洞采用斜交零开挖进洞、左洞采用正交零开挖进 洞。

“零开挖进洞”理念是在隧道洞口施工过程中， 为了使山体保持稳定，不破坏或尽量少破坏植被，保 护自然生态平衡。也就是在洞口施工阶段，采取一 定的工程辅助措施或改变施工方法，在确保施工安 全及工后运营安全的前提下，尽可能减少边仰坡开 挖，或者不开挖边仰坡，从而达到工程安全、经济与 保持生态环境的目的。4.1零开挖进洞技术特点

零开挖进洞技术的优点:便于洞口开挖和洞身 开挖的工序转换，能尽快形成施工能力，有效缩短进 洞时间;先护后挖，开挖范围小，有利于进洞口段的 稳定，进洞安全有可靠的保证;为台车的加工和安装 有效地提供时间和场地，大幅度减少施工干扰。工 程的防护和生态恢复工程与大自然更加和谐。零开 挖进洞技术适用于围岩地质情况较好、山体自稳性 高的地段。不管是斜交进洞还是正交进洞，都应先 评估地质情况，并采取有效措施确保在开挖过程中 山体的稳定性。

隧道零开挖进洞技术的精髓就是尽量少开挖或 者不开挖边仰坡，但在实际环境中，往往山体的坡面 与隧道中心线不一定垂直，由此就衍生出了斜交零

开挖进洞和正交零开挖进洞。4.2隧道右洞斜交零开挖进洞

隧道右洞，坡面呈82° ~ 86°之间，几近垂直陡 峭，基岩裸露，基岩为强风化，节理裂隙发育，但岩石 整体性好。坡面与隧道中心线夹角约61°，如果一 味地追求洞门正作的方法进洞（正交进洞），势必会 形成十几米的高边仰坡，破坏山体的自稳性，施工难 度大，安全风险高。为有效降低安全风险，本着因地 制宜的原则，最终优化成斜交零开挖进洞；并为右 洞进洞施工制定了几项针对性强的辅助措施，具 体为：

(1)

套拱的第一榀拱架紧贴山体，与隧道中心

线的夹角为61°，套拱的四榀拱架都与隧道中心线 斜交，但重点要保证隧道的轮廓线；隧道开挖5m后 逐渐改变钢拱架的间距，并将拱架调整为正交。

(2)

为防止套拱和明洞下沉，要求填筑段分层

压实，并将套拱基础和明洞段的仰拱加强为3m厚 的片石混凝土基础。

(3)

在套拱基础上、套拱顶及山体上分别设置

沉降观测点和位移观测点;如发现观测数据异常，及 时调整修订施工工艺。

(4)

洞身开挖掘进采用两台阶法，开挖过程遵

循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封 闭、勤量测”的施工原则。4.3隧道左洞正交零开挖进洞

隧道左洞口位于山脊处，山脊两侧是堆积体，松 散、自稳性差。山脊为强风化岩层，易崩落，整体稳 定。堆积体距隧道轮廓仅3.2m，山脊与隧道夹角约 为68°，形成偏压，洞口右侧边仰坡处岩石破碎并夹 有堆积体。经过多次现场踏勘、论证，确定先将洞口 右侧边仰坡的松散堆积体和破碎岩石清理掉，并及 时做好边仰坡的临时防护;将洞门开挖成与隧道中 心线正交，采用正交零开挖方法进洞，相应的辅助措 施为：

(1) 大管棚应穿过冲沟堆积体，在中108管棚内 安装一个钢筋笼，以增强管棚强度。(2) 隧道洞顶地表采用地表注浆，固结堆积体 和破碎岩体，加强其自稳性。

(3)

隧道洞身开挖掘进采用三台阶法，严格控

制进尺和爆破药量，坚持“短进尺、弱爆破、强支护、

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早封闭、勤量测”的开挖原则。

(4 )在套拱顶、初支、山体上分别设置沉降观测 点和位移观测点，并定时测量数据;如发现数据异 常，及时调整修订施工工艺。4.4零开挖进洞实施效果

经过二个多月的施工，隧道左右洞均安全、环保进 洞（图1、图2)，实现了预期的目标。事实证明，优化后 的零开挖进洞施工方案是科学合理、行之有效的。

图2

隧道右洞

施工方案进行优化，采用零开挖进洞技术大大降低 了官庄隧道进洞施工安全风险，并且保证了洞口山 体自然环境。

参考文献

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隧道进洞是隧道施工的重点和难点，应因地制 宜，制定出科学合理、安全有效的施工方法。通过对

术规范[S].北京:人民交通出版社，2009.

Application of Zero Excavation Tunnel - entering Technique in Tunnel Construction

LI Fu-gui(Liaoning Province Communications Engineering Quality & Safety Supervision Bureau,Shenyang 110005, China)

Abstract Zero excavation tunnel - enteringtechnique can maximallyreducemassif excavation, keep the

stability of original massif and protect ecological environment of original massif. The application of zero excavation tunnel - entering technique in tunnel construction is introduced, and original design scheme and optimization scheme of tunnel are given. The results show that after reasonable optimization of construction scheme suggested in the design, zero excavation tunnel - entering technique greatly reduces safety risk of tunnel - entering construction, so as to achieve the win - win goal of engineering safety, economy and keeping ecological environment.

Key words

optimization

Tunnel construction ； Zero excavation tunnel - entering technique ； Construction scheme