10.5.2 施工方法及工艺
1.洞口段施工方法及工艺
洞口段工程主要包括隧道洞口边、仰坡的土石方开挖、防护，洞口排水系统，明洞等。
隧道洞门形式为帽檐斜切开孔式缓冲结构洞门，洞口段明洞采取明挖法施工，永久边仰坡采用骨架护坡防护，明洞段开挖后，对临时边仰坡及时进行喷锚防护，待洞门施作完成后，及时对边仰坡进行永久防护；洞口段采用φ108大管棚加超前小导管预加固。施工顺序：测量放线→洞口开挖（地表处理→截水天沟→洞口土石方开挖）→边仰坡刷坡与防护→超前支护施工→暗洞进洞施工→洞门衬砌→回填。
2.洞口开挖
1）地表处理及截排水天沟
进出口洞门施工前先进行测量放线，根据测量放线做好边坡开挖轮廓线和截水天沟，以利截排水，同时将洞口段开挖线以外10m范围的漏斗、洼地、危石等进行处理，防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全，确保边仰坡稳定。
2）洞口土石方开挖
严格控制边仰坡开挖高度和坡度，洞口开挖由外向里，从上至下分层分段开挖。土方和强风化岩采用挖掘机挖装，人工配合清理边仰坡开挖面，局部陡坡段采用人工开挖，石方采用弱爆破。
为进洞施工方便，洞口10m范围土石方先开挖至上断面设计标高，作为进洞施工平台。
3）边仰坡防护
边仰坡开挖后及时进行洞口边仰坡防护，以防围岩风化、雨水渗透而滑塌。隧道边仰坡采用喷锚防护。洞门开挖时边仰坡防护采用打锚杆、挂钢筋网、喷混凝土进行临时防护。做好坡面喷混凝土防护层与原坡面衔接，防止坡面风化，引起水土流失，导致边仰坡防护受到损坏。
3.暗洞进洞
暗洞施工前首先对洞口衬砌外1～3m范围内的边仰坡进行锚喷（网）加固。洞口土石方开挖到达明暗洞交界处满足大管棚施作高度时，应形成台阶做超前大管棚施作平台，并在平台上施作超前大管棚。超前大管棚施作完成后进行暗洞洞身开挖。暗洞进洞采用三台阶临时仰拱法开挖。
1）明洞施工
明洞施工工艺流程见图10.3。
图10.3 明洞施工工艺流程图
（1）明洞开挖。
明洞土石方开挖采取横向分层、纵向分段的方法进行施工，采用挖掘机开挖，必要时采取弱爆破和人工配合机械刷坡，装载机装渣，自卸汽车出渣。按照设计施作边仰坡防护。开挖完成后进行基底处理，基底承载力达到要求后施作仰拱并填充混凝土，填充混凝土在仰拱混凝土终凝后进行浇筑。
（2）仰拱及边墙基础施工。
仰拱施工采用全幅施工，基础开挖采用挖掘机开挖，自卸汽车运输。钢筋安装前先根据测量放样的水平、中线点，设置定位钢筋，再安装钢筋，保证钢筋位置的正确。
堵头模板处及边墙基础面预留接头钢筋，并长短错开，保证满足钢筋焊接需要。钢筋焊接采用帮焊接头，纵环向施工缝处设止水条。
仰拱及边墙基础混凝土浇筑过程中，根据混凝土浇筑的进度将拼装式钢模或木模板固定在钢筋骨架上方，保证仰拱混凝土的拱形。
（3）拱墙混凝土浇筑。
仰拱及边墙基础混凝土浇筑完毕48h后，将边基与拱墙施工缝连接处及时凿毛，清除浮浆，并用高压风吹干净。
拱墙钢筋施工时，搭设钢管脚手架以模板台车为工作平台进行拱墙钢筋的安装，定位钢筋与模板之间设同标号砂浆垫块。端墙处预留钢筋与洞门端墙钢筋相连。
明洞衬砌均采用模板台车做内模，外模采用组合钢模对拱墙衬砌混凝土一次性灌注，混凝土由自动计量拌和站生产，罐车运输，泵送入模，插入式振捣器振捣。洞口衬砌与隧道洞门整体灌注后进行洞顶回填施工。
（4）防水层施工。
明洞衬砌全部施工完毕后进行防水卷材施工，但要在混凝土养护期满后施工，先用砂浆将混凝土基面整平，然后再施作防水卷材。
（5）明洞回填。
明洞回填在洞外防水层施作完成且混凝土强度达设计强度后进行。侧墙回填两侧同时进行。土质地层，将墙背坡面挖成台阶状，用片石分层码砌，缝隙用碎石填塞密实。拱部回填应两侧分层夯实，每层厚度不大于0.3m，两侧回填的土面高差不大于0.5m；回填至拱顶后，分层满铺至设计高程。采用机械回填时，应在人工夯填超过拱顶1.0m后进行。顶层回填材料采用黏土以利于隔水。隔水层与边坡搭接平顺、封闭紧密，防止地表水下渗。
2）洞门修筑
在进洞施工正常后，适时安排洞门施工，洞门采用混凝土整体浇筑，浇筑时采用钢管搭设脚手架，大面积钢模板立模，混凝土输送泵浇筑，插入式振捣器振捣。
洞门完成后及时修筑洞顶排水沟，保证洞口稳定和排水顺畅。
4.超前地质预报方法
根据各隧道工程地质条件，采用TSP203地质预报系统、红外线探水仪、地质雷达、超前钻孔探测及地质素描等综合地质预报技术，长距离预报与短距离预报相结合，预测开挖工作面前方一定范围内的工程地质。施工中将超前地质预报工作纳入施工工序，由专人负责，主要设备配置见表10.10。
表10.10 超前地质预报主要设备配置表
续表
超前地质预报的重点内容：预测开挖面前方地质情况，围岩整体性，断层、软弱围岩破碎带在前方的位置和对施工的影响，地下水活动情况等。
5.地质预报计划
施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测、后施工，实施计划总的思路是：长期预报和短期预报相结合，采用TSP203超前地质预报系统进行长距离宏观控制，红外探水连续实施，地质雷达进一步强化、补充和验证，加大超前水平钻探和孔内数码成像的力度，加强常规地质综合分析，根据地质预报结果，经专业人员进行分析研究后，拟定相应对策以指导施工。多管齐下，力争把发生地质灾害的概率降至最低。地质超前预报计划见表10.11。
表10.11 地质超前预报计划表
续表
（1）地质素描。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂与掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
（2）TSP203技术。
地震（声）波由特定点上的小规模爆破产生，并由电子传感器接收。当地震波遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、破碎带、破裂区、陷穴的出现）的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。
TSP203技术特别适用于高分辨率的隧道折射地震（微地震）勘探，以及断裂和岩石强度降低地带的监测。TSP203技术理论上可预测100～150m的距离。
（3）地质雷达周边探测。
地质雷达周边探测采用电磁波反射原理进行，通过测定与含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，如含水的地层、岩性界面等。
可采用SIR-3000地震反射波法进行中长距离（100m）较大的岩性结构变化情况的预报，采用探地质雷达进行短距离（10～20m）的精细岩性结构变化情况的预报。作为TSP203超前地质预报的补充，在高水压地段对TSP203预报的异常点，比如确定异常体的规模、性质、危害等有困难时，采用地质雷达作为补充手段。
（4）红外探水。
红外探水每20m测量一次。红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。
（5）超前水平钻探。
超前水平钻探是隧道施工期超前地质预测预报最直接、最有效的方法，也是对其他探测手段成果的验证和补充。通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验，可获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水等诸方面的资料。
预报一般为单孔，孔深一般30～50m，必要时也可以钻100m以上的孔，采用地质钻机接杆钻孔。为防止遇高压水时突水失控，开孔采用φ120钻头，孔内放入3.0m长的φ108钢管作为孔口管，孔口管伸出掌子面50cm，孔壁间用环氧树脂加水泥浆锚固，孔口管伸出部分安封闭装置，并与注浆泵连接，以便遇高压水时及时封堵并注浆，钻孔时作业平台要求平稳、牢固，钻机施工时不晃动，施钻过程中，由地质工程师详细记录钻速、水质、水量变化情况，并对岩芯进行统一编录、收集，综合判断预报前方水文、地质情况。
（6）加深炮孔。
加深炮孔可直接探明前方围岩地质情况，指导工程施工。每断面均匀选取3～5孔，孔深5m以上。加深炮孔探测严禁在爆破残留眼中实施。
6.预报效果检查
开挖到预报位置时，对实际地质进行素描，和预报地质资料进行对比，以此来评价预报的准确性，积累经验，为以后的预报提供参考，并及时将预测数据、结果反馈至设计院，调整设计方案或改变施工方案。(https://www.daowen.com)
1）超前支护施工方法及工艺
（1）超前大管棚。
建平隧道洞口及明暗交界段地质条件较差，采用φ108超前大管棚。
①管棚布置。
洞口段超前长管棚采用每节长4m或6m的热轧无缝钢花管（φ108壁厚均为6mm），布置于隧道拱部。管棚外插角为1°～3°，环向间距40cm。
②施工工艺。
超前长管棚施工工艺流程详见图10.4。
根据管棚施工的机械设备情况，在开挖至管棚施工段时，预留下台阶不开挖，作为管棚和混凝土导向墙施工平台。工作平台宽度为2.5m，高度2.0m，平台两侧宽度为1.5m。
a.导向墙施工。
采用C20混凝土护拱作为管棚的导向墙，尺寸为1m（厚）×1m（宽），导向墙在隧道开挖外轮廓线以外，紧贴洞口仰坡面。导向内设3榀18工字钢制作的钢拱架为环向支撑，钢架外缘设φ140、壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。
图10.4 超前长管棚施工工艺流程图
b.管棚制作。
管棚采用φ108钢管制作，管壁打孔，采用梅花形布孔，孔径为10～16mm，孔间距为150mm，钢管尾留150cm不钻孔的止浆段，钢管加工成4m和6m长的两种规格。编号为单号的采用钻孔的钢花管，编号为偶数的采用普通不钻孔钢花管。
c.钻孔。
作业平台采用方木按“井”字形搭设，顺序由下向上、由两边向中间，根据孔位依次搭好。方木间以扒钉连接牢固，防止在钻孔时钻机摆动、倾斜、不均匀下沉而影响钻孔质量。
钻孔采用液压钻机钻孔。选用的钻机首先应适合钻孔深度和孔径的要求，钻机要求平稳灵活，能在360°范围内钻孔。为减少因钻具移位引起的钻孔偏差，钻机立轴方向应准确控制，钻进过程中要经常采用测斜仪量测钻杆钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求时及时纠正。
钻孔直径：φ127。
钻孔平面误差：径向不大于20cm，相邻钢管之间环向不大于10cm。
d.下管、清孔、放钢筋笼。
钻孔检测合格后，将钢管连续接长，用钻机旋转顶进将其顶入孔内，单号孔顶进有孔钢管，双号孔顶进无孔钢花管钢管，如遇故障，需清孔后再将钢管插入。为改善管棚受力条件，接头应错开，使钢管接头错开，隧道纵向同一断面内的接头数量不得超过钢管总数的50%，相邻钢管接头错开距离不小于1m，因此第一节管采用4m和6m交替布置，编号为奇数的第一节管采用4m长钢管，编号为偶数的第一节采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管，两节钢花管之间采用φ114丝扣连接。
为增加洞口段管棚的抗弯能力，钢管中增设钢筋笼，钢筋笼由4根φ22主筋和固定环组成。
e.注浆。
采用全孔压入式向长管棚内压注水泥浆，水泥浆液水灰比为1∶1（重量比），注浆压力0.5～2.0MPa。注浆前先进行现场注浆试验，确定注浆参数及外加剂掺入量后再用于实际施工。注浆按先下后上，先稀后浓的原则注浆。注浆量由压力控制，达到结束标注后，停止注浆。注浆完成后及时清除管内浆液，并用M7.5水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。
2）超前小导管施工
建平隧道DK030+270～DK030+625、DK041+275～DK041+310采用密排小导管超前支护，Ⅳ、Ⅴ级围岩一般地段拱部设置超前小导管支护。
超前小导管施工工艺流程见图10.5。
（1）小导管结构。
小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻φ6的注浆孔，注浆孔呈梅花形布置（防止注浆出现死角），间距为20～30mm，尾部1m范围内不钻孔以防漏浆，末端焊直径为6mm的环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管连接。加工成形后的超前小导管构造详见图10.6。
（2）小导管布置。
小导管采用φ42、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管；纵向水平搭接长度不小于100cm，外插角为10°～15°。超前小导管支护布置见图10.7。
图10.5 超前小导管施工工艺流程图
图10.6 超前小导管构造图
（3）钻孔。
先将小导管的孔位用红漆标出，钻孔的方向垂直于开挖面，仰角10°～15°。采用风枪或凿岩台车成孔。钻孔钻进避免钻杆摆动，保证孔位顺直。钻至设计孔深之后，用吹管将碎渣吹出，避免塌孔。
图10.7 超前小导管支护布置图（单位：cm）
（4）顶管。
在钻孔内插入钢花管，在管尾后段30cm处，将麻丝缠绕在管壁上呈纺锥状，并用胶带缠紧。开动钻机，利用钻机的冲击力将钢花管顶入围岩中，钢管顶进长度不小于90%管长。
（5）固定。
顶管至设计孔深后，将孔口用水泥-水玻璃胶泥将钢花管与孔壁之间的缝隙封堵。孔口露出喷射混凝土面15cm，安装钢拱架后与拱架焊接在一起。
（6）压水。
管路连接完成后进行压水试验，检查管路及工作面有无渗漏现象。
（7）小导管注浆。
小导管注浆见图10.8、图10.9。
图10.8 小导管注浆施工工艺流程图
图10.9 小导管注浆施工示意图
①注浆设备选择。
超前小导管注浆采用SJB-6型注浆泵。
②浆液的选择。
浆液采用水泥浆液，水灰比1∶1（重量比），施工时由试验室选定，使用强度不低于42.5的水泥。
③注浆量。
为了获得良好的固结效果，必须注入足够的浆液量，确保一定的有效扩散范围。注浆范围按开挖轮廓线外0.3～0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散。注浆压力与岩层裂隙的关系见图10.10。
浆液单孔注入量Q和围岩的孔隙率有关，根据扩散半径及岩层的裂隙进行估算，其值见式（10.1）：
式中：R为浆液扩散半径（m）；L为压浆段长度（m）；η为岩层孔隙率，风化岩层取2%～3%，断层破碎带取5%。
图10.10 注浆压力与岩层裂隙的关系图
④注浆压力。
注浆压力为0.5～1.0MPa，施工中根据施工现场试验确定较合理的注浆参数。
⑤止浆盘。
由于采用低压加固注浆，止浆盘用5～10cm厚喷射混凝土封闭，防止跑浆。
⑥注浆注意事项。
注浆前检查注浆泵、管路及接头牢固程度，防止浆液冲出伤人；注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理；注浆时注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆要停止注浆，分析原因随时解决；做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项参数记录。