12.7.2 洞口及明洞工程
洞口与明洞工程总体施工工序：坡顶排水系统→明洞路堑土石方开挖→边、仰坡开挖及加固→混凝土衬砌→防水层→回填→隔水层→洞门砌筑、装饰→洞顶截、排水沟修筑。
1.洞口工程
在进行明洞施工前必须先完成洞口的排水和防护系统。排水系统包括洞顶截水沟和洞外临时排水系统，洞顶截水沟在边仰坡开挖线5m以外位置采用C30混凝土进行浇筑。洞门段及洞口临时边、仰坡均采用喷锚防护：洞门段临时边坡采用1∶0.75～1∶1坡率，洞口套拱以上临时仰坡采用1∶0.5坡率，锚喷防护参数为：C30喷射混凝土（10cm）+砂浆锚杆（L=3m，间距为1.2m×1.2 m）+φ6.5钢筋网（间距为25cm×25cm）。边仰坡采用挂网锚喷防护，详见图12.1。
2.明洞工程
根据设计，莲塘隧道进口（口岸段）为直削式洞门，出口（主线段）为端墙式洞门。明洞开挖必须待洞口边、仰坡外的截、排水沟施工完毕后进行，隧道明洞采用明挖法施工，本着“早进、晚出”的原则采用挖掘机自上而下分层开挖，石质地段可采用风动凿岩机钻孔，浅孔松动爆破开挖岩石，挖掘机配合自卸汽车装渣、运渣，并及时进行边仰坡临时支护，明洞开挖形成的临时边仰坡采用喷射混凝土+锚杆+钢筋网的复合防护形式。
明洞拱墙与洞内相邻的拱墙衬砌由外到内依次进行施工，连成整体，并与隧道衬砌紧密连接。明洞衬砌采用衬砌台车整体浇筑，钢筋在制作场集中加工，现场绑扎，混凝土采用拌和站集中拌制，混凝土运输车运输，混凝土输送泵泵送入模。明洞衬砌建成后两边墙以上6m范围采用MU40、M7.5浆砌片石回填+碎石土+黏土隔水层+耕植土，根植土厚度不小于100cm，利于恢复植被。
图12.1 洞口边仰坡挂网锚喷支护施工工艺框图
3.明洞施工工艺流程
本标段莲塘隧道主线段长2888.92m，口岸段长2033.644m，总长4922.564 m。隧道围岩级别有Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ级3种，其中Ⅴ、Ⅳ级围岩约占总长的51.3%，主要分布在莲塘段隧道进、出口及中部段。莲塘隧道中部浅埋段围岩水文地质情况较差，地下水埋深浅且丰富，拱顶基本位于强、中风化构造岩、碎裂岩及变质砂岩中，正交及平行F1～F6多条断层，断层以碎裂岩及碎裂岩化混合花岗岩为主，局部见角砾岩及糜棱岩，围岩相当破碎。本标段隧道大部分为标准二、四车道，少部分为标准三车道及莲塘分岔大跨段，开挖跨度及高度均较大，标准四车道最宽处（S5a-5型）达到20.96m，最高处（S5a-5型）达到13.5m；莲塘分岔大跨段最宽处（大断面）达到30.01m，最高处（大断面）达到18.4m。洞身开挖为隧道施工三大工序（开挖、支护、二衬）关键工序，根据洞身现场实际地质情况及开挖断面尺寸，按照新奥法进行施工，充分发挥围岩的自承能力，以喷混凝土、锚杆及量测技术为手段对围岩变形进行控制，结合现有施工技术力量及类似工程案例，在保障安全、质量的前提下，针对不同的围岩情况采用不同的掘进方法。莲塘隧道洞身根据不同围岩地质条件，采用全断面、两台阶、三台阶、单侧壁导洞（CRD）法及双侧壁导洞预留核心土开挖法等。本隧道围岩级别、开挖方法划分见表12.11。
表12.11 莲塘隧道围岩级别、开挖方法划分统计表
1）全断面开挖法
莲塘隧道车行、人行横通道全部采取全断面开挖方法，每循环开挖进尺控制在3.5m以内。
施工步序：全断面开挖→拱、墙初期支护→路面垫层施工→拱、墙浇筑（二次衬砌）。
2）两台阶开挖法
莲塘隧道小断面Ⅲ、Ⅳ类围岩穿越隧道微风化带，地下水不发育，主要为基岩裂隙水，基本无水，围岩稳定性较好，采用上下台阶分部开挖，上下台阶间距保持在20～30m，每个台阶开挖出渣后立即进行初期支护施工，完毕后再进行下道工序施工，每循环开挖进尺控制在3m以内。
（1）施工顺序。
施工顺序：隧道拱部超前支护施工→Ⅰ部断面开挖、初期支护→Ⅱ部断面开挖、初期支护→Ⅲ部断面开挖、初期支护，形成上半部闭合支护→Ⅳ部断面开挖、初期支护→Ⅴ部断面开挖、初期支护，形成整体支护→整体二衬混凝土浇筑施工。两台阶法施工横断面见图12.2。
图12.2 两台阶法施工横断面示意图
（2）施工方法。
①上台阶开挖支护。
开挖爆破作业采用自制工作平台，人工手持式YT-28凿岩机钻孔，非电毫秒系统光面爆破。爆破通风后立即初喷4cm混凝土，再进行出渣，然后挂钢筋网，打设系统锚杆，完毕后复喷混凝土至设计厚度。出渣采用长臂挖掘机找顶、耙渣，出渣用2台装载机装渣，15t自卸汽车运输至洞外临时弃渣场。
②下台阶开挖支护。
上台阶开挖进尺达到20～30m后，开始进行下台阶施工，为了不影响上半断面的出渣，下台阶拟采取左右侧分幅施工，左右侧分幅错位间距15～20m开挖循环进尺5～6m。由于开挖高度约为3m，可利用底板作为工作平台，采用装载机配合挖掘机出渣，初期支护施工方法及工艺基本与上台阶相似。
3）三台阶开挖法
莲塘隧道两车道Ⅴ级深埋围岩、四车道Ⅲ级围岩采用三台阶开挖方法，地下水不发育，主要为基岩裂隙水，基本无水，围岩稳定性较好，采用上、中、下三断面分步开挖法，上、中、下三断面施工台阶长度各保持在15m左右，每个断面开挖后立即进行初期支护，再进行下一道工序施工。为了不影响上半断面的出渣，中下断面拟采用左右半幅倒边施工，开挖循环进尺控制在2.5m内。
（1）施工顺序。
施工顺序：超前支护→上台阶1号断面开挖、初期支护、预留核心土、架设临时支撑槽钢→中台阶4号断面开挖、初期支护→中台阶5号断面开挖、初期支护、预留核心土→取掉临时支撑槽钢、开挖②⑤核心土→下台阶7号断面开挖、初期支护→下台阶6号断面开挖、初期支护，形成初期支护闭合→仰拱浇筑、回填→断面整体浇筑混凝土。（注：各台阶及左、右导坑开挖距离应交错必须在10m以上，核心土预留不得小于5m。）
（2）施工方法。
①上台阶开挖支护。
钻眼爆破采用自制作业平台，人工手持式凿岩机钻孔，非电毫秒系统光面爆破。上台阶尺寸以满足掌子面稳定为原则，以满足施工操作空间为宜，中间预留核心土，高度按2.5m、宽6.4m设置。上台阶设置竖向临时支撑，采用两片槽钢组合焊接，纵向间距与初支拱架相同，顶端与拱架栓接，下部焊接平钢板置于稳固的开挖面核心土基层上，其长度根据现场需要确定，其两端采用钢楔楔紧，必要时加设横撑。爆破通风后立即初喷4cm混凝土封闭开挖面，再进行出渣，再挂钢筋网，打设系统锚杆后复喷拱墙混凝土至设计厚度。隧道采用长臂挖掘机找顶、耙上台阶洞渣，用装载机装渣，15t自卸汽车运输至洞外临时弃渣场。
②中下台阶开挖支护。
上台阶开挖支护进尺达到5～10m后，开始进行中台阶施工；中台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始进行下台阶施工；利用台阶平台作为工作平台，采用装载机配合挖掘机出渣，其他钻眼方式、初期支护方法基本与上台阶施工方法类似。为了不影响上半断面的出渣，中下台阶拟采用左右侧半幅错位施工，错位间距10～15m。
4）单侧壁导洞（CRD）法
（1）开挖方案。
莲塘隧道四车道Ⅳ级围岩深埋段采用单侧壁导洞法施工，严格按“管超前，严注浆，弱爆破，短进尺，早封闭，勤量测”的原则组织施工。先挖隧道一侧两部分，施工部分中隔墙，再开挖隧道另一侧的两部分，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁墙，施工临时仰拱，最后开挖剩余部分施工。左右每侧又分上下台阶开挖，上下台阶错位4～6m，先行侧比后行侧下台阶滞后4～6m，根据监测情况，初期支护及围岩达到稳定后拆除临时支撑，然后浇筑仰拱及二次衬砌。(https://www.daowen.com)
（2）施工顺序。
施工顺序：施工超前支护→Ⅰ号断面开挖、初期支护、预留核心土→安装临时钢架、施工锚杆、注浆小导管→Ⅱ号断面开挖、取核心土、初期支护→安装临时钢架，与上导坑临时钢架连接，形成侧壁导坑支护闭合→Ⅲ号断面开挖、预留核心土、初期支护→Ⅳ号断面开挖、初期支护→撤除临时支护钢架→断面初期支护形成闭合→仰拱浇筑、回填→断面整体混凝土浇筑。
（3）施工方法。
①左侧上台阶开挖支护。
先施作超前支护，按设计要求先施作局部注浆（根据需要）、注浆小导管等超前支护。完毕后进行开挖，由于Ⅳ级拱部围岩较破碎，稳定性较差，上台阶尽量采用挖机、振动炮机配合人工（丁字镐、风镐）开挖，硬质岩地段采用人工钻眼、松动控制爆破，循环进尺1.0m，局部欠挖用振动炮机凿除；出渣采用装载机装渣、自卸汽车运出洞外；开挖完成后及时施作拱、墙初期支护，首先进行初喷，接着人工架设钢架、安装钢筋网，完毕后施作锚杆，人工钻眼、安装。钢架拱脚处必须垫牢实，锁脚锚杆与钢架焊接牢固。钢架、钢筋网、锚杆安装完毕经检查合格后，立即喷射混凝土至设计厚度。
②左侧下台阶开挖支护。
上台阶开挖支护3～5m后开始进行下台阶施工，下台阶围岩硬度、破碎程度一般好于上台阶，采用人工钻眼、预裂爆破，循环进尺1～2m，局部欠挖用振动炮机凿除；出渣采用装载机配合挖掘机出渣。完毕后施工墙、仰拱初期支护，人工架设钢架、安装网片与中部临时支撑闭合，形成封闭环，加强整个初期支护的受力。然后人工钻眼、安装锚杆。经检查合格后立即喷射混凝土至设计厚度。
③右侧上台阶开挖支护。
左侧（先行导坑）下台阶开挖支护完成3～5m后，开始进行右侧（后行导坑）上台阶开挖支护，其施工方法与左侧上台阶开挖支护相同。
④右侧下台阶开挖支护。
右侧上台阶开挖支护完成4～6m后，开始进行右侧下台阶开挖支护，其施工方法与左侧下台阶开挖支护相同。
由于同侧导坑上台阶施工难度及工作量大于下台阶，为了避免同侧导坑上下台阶施工相互影响，在条件允许的情况下，可采取上下台阶间隔一个循环施工，但循环进尺采取下台阶2倍于上台阶，这样达到均衡施工。左右导坑采取平行施工，确保施工进度。
⑤拆除中部临时支撑。
当右侧（后行导坑）下台阶进尺达到15～20m，主洞初期支护及中部临时支撑监控量测达到稳定后，开始拆除中部临时支撑，每次拆除5～10m，确保拆除端头距后行导坑下台阶掌子面约10m。采用人工配合炮机，由上至下分段分片进行拆除。拆除时由专人指挥，防止发生安全事故。根据监控量测资料，如果围岩不稳定，临时支护不及时拆除，待仰拱及仰拱回填施作完后，施作二衬前拆除临时支护。
（4）施工注意事项。
①严格控制开挖进尺及装药量，严禁左右导坑同时起爆，防止爆破过程中振动过大引起中间临时支护失稳，进而导致主洞支护失稳。
②支护应及时紧跟开挖掌子面，防止支护缓慢及距开挖掌子面过长引起隧道塌方。
③加强主洞与临时支护钢架连接质量，形成整体受力，钢架拱脚应用木板垫实，防止初支下沉超限引起支护开裂、变形失去支护效果。
④拱架制作采用液压弯曲机加工成型，把平面翘曲度控制在允许范围内，并充分保证连接板与拱架的焊接质量，将加工好的拱架先在平整的场地上预拼，检查合格后批量加工、编号分类存放。
5）双侧壁导洞开挖法
莲塘隧道四车Ⅳ、Ⅴ级围岩段，分岔大跨Ⅲ、Ⅳ级围岩段，三车道Ⅴ级围岩段，采用双侧壁导洞法开挖。
（1）开挖方案。
莲塘隧道采用双侧壁导洞开挖法围岩隧以全风化岩、块状强风化岩、微风化岩为主，块状强风化岩层具一定富水性，渗透性一般，地下水埋藏浅，主要为基岩裂隙水，隧道洞身埋深浅，自稳能力差，因此严格按照“预探测，管超前，严注浆，小断面，短进尺，强（紧）支护，早封闭，勤量测”的原则组织施工。在利用超前大管棚（小导管）预注浆加固后采用双侧壁导坑开挖法，侧壁导坑开挖高度为8m，宽度为8m，可以方便机械施工，开挖进尺采用1榀钢架，间距0.75m，如果地质条件较好，开挖进尺可采用2榀钢架，间距1.5m。
（2）施工顺序。
施工顺序：施工超前支护→Ⅰ号断面开挖、初期支护、预留核心土→安装临时钢架、施工锚杆、注浆小导管→Ⅱ号断面开挖、取核心土、初期支护→安装临时钢架，与上导坑临时钢架连接，形成侧壁导坑支护闭合→Ⅲ号断面开挖、预留核心土、初期支护→Ⅳ号断面开挖、初期支护→撤除临时支护钢架→断面初期支护形成闭合→仰拱浇筑、回填→断面整体混凝土浇筑。（注：左、右导坑开挖距离交错必须在10m以上。）
（3）施工方法。
隧道辅助施工措施：φ108、φ127超前大管棚，环向间距45cm，超前注浆小导管（φ42，L=4.5、5m，环向间距0.4m，环向搭接不小于1.0m，拱部150°范围布设，倾角10°～30°），中空注浆锚杆（φ25，L=4、4.5m，环纵间距0.75×1m，梅花形布置），钢筋网（φ6.5，网格间距20×20cm），拱、墙双层设置，型钢拱架（24b、22b、20b），纵向间距0.5m、0.75m，喷射混凝土（t=0.26～33m，C30），全断面设置。
①侧壁导坑开挖。
先施作超前大管棚（小导管）注浆，导坑采用挖机配合人工（丁字镐、风镐）开挖，个别孤石和少量硬质岩段采取风钻打眼、微药量解体，风镐修凿轮廓。导坑出渣由机械直接装入汽车内运至洞外临时弃渣地点。开挖完毕立即进行侧墙及侧壁导坑支护，即初喷4cm混凝土，挂钢筋网，架立隧道钢架，设置锁脚锚杆，打设系统锚杆后复喷拱墙混凝土至设计厚度。下半断面延后4～6m施工，采用机械配合汽车施工。
②主洞中部上半断面开挖。
正洞中部开挖分上下断面两部分开挖，一般在侧壁导坑开挖超前10～15m后进行上半断面开挖。采用挖车开挖配合汽车装运。上半断面开挖时间在侧壁导坑初期支护闭合后进行，开挖完毕立即进行拱部支护，即初喷4cm混凝土，挂钢筋网，架立隧道钢架，设置锁脚锚杆，打设系统锚杆后复喷拱墙混凝土至设计厚度。
③主洞中部下半断面开挖。
为方便汽车运输，拟在上半断面开挖超前15m后进行下半断面开挖，采用挖车开挖配合汽车装运，运至洞外临时弃渣地点，下半断面开挖时底部保留1～2m，开挖出2～3m后一次性落底，并及时完成仰拱初期支护。
④仰拱开挖（落底）浇筑。
下断面每开挖出2～3m后，立即落底进行仰拱格栅及喷混凝土支护，使整个隧道初期支护尽早形成闭合环，确保隧道施工安全，仰拱每开挖出5～6m后进行浇筑和仰拱填充，保证仰拱浇筑工作面滞后开挖面距离在10～20m。
⑤拱部二次衬砌。
在仰拱施作并达到设计强度后，进行拱部二次衬砌。洞口段9m开挖后先进行二次衬砌方可继续开挖，洞内类围岩当变形量较大时提前施作二次衬砌。