高速公路怀集至三水段第十一合同段马头塘隧道左洞出口进洞方案

马头塘隧道左洞出口进洞方案

一、工程简介

马头塘隧道为三车道大跨度隧道，隧道建筑限界净宽14m，净高5m，隧道左洞长1035米，为长隧道，左线平面除进口段204.95m位于R=2700m的圆曲线上外，其余均为直线，纵断面坡率为+2.2%和-0.52%双向坡。内轮廓为三心曲墙式衬砌断面。隧道左线出口为削竹式洞门，削竹段长为10m，明洞（Sma）段长为4米。

隧道左洞出口ZK43+899~ZK43+940段V级围岩，长约41m，为第四纪残坡积土及强风化变质砂岩，岩体破碎，结构松散，隧道埋深浅，围岩稳定性较差为浅埋洞口隧道，开挖时易发生滑塌，开挖时采用地表锚杆支护与注浆加固，开挖时加强地表下沉观测及坡面观察等预测和预报措施。

二、施工临时场地设施安排

隧道出口处生产设施主要包括混凝土拌和站、粗细骨料储存仓、钢筋堆场、钢构件加工场、空压机房、炸药库、油库、工人生活区、高山蓄水池、施工便道、施工用电、洞内通风等设施，切实做到洞口布置“三通一平”，并做好相应排污、排水措施，做好文明施工。

1、施工便道

马头塘隧道出口施工便道从S263省道开始修至隧道出口，长约500m，路宽5m，同时从主便道引出一便道至炸药库。

2、施工用电

在隧道出口左侧山坡处安装1组 500kvA+400kvA变压器组供马头塘隧道出口混凝土拌和站、钢构件加工场、隧道洞内照明以及空压机房等用电。为保证正常施工生产，同时在隧道出口绿化带位置备用1台250kw柴油电机，供断电时使用。

3、施工用水

在隧道出口山坡26 m高处设置一50m3蓄水池，配备一组增压泵满足供水压力，通过铺设相应供水管路到隧道洞口、混凝土搅拌站供隧道施工。施工人员饮用水取当地山泉水。

4、场地布置

隧道搅拌站及钢构件加工场场地租用附近农田，经过清表回填，推土机整平，压路机碾压密实，待土体稳定然后对场地进行硬化。住房采用雅致活动板房。搅拌站基础挖

深至持力层，保证基础满足承载力要求。清表土采取集中堆放为以后回填绿化利用，隧道内弃碴运往指定的第二弃碴场。

图1 场地布置平面图

三、人员、机械设备进场安排

马头塘隧道出口采取左线先行进洞、右线紧随其后方式，出口施工由隧道二队负责。

施工人员及主要机械设备见表1、表2。

表1 出口左洞人员配备表

表2 主要机械设备

四、洞口段开挖、防护

洞口段施工应在做好充分准备下进行，在保证施工安全的前提下，尽量做到连续快速，减小雨季对施工的负面影响。

洞口段施工工艺如图2所示：

图2 洞口段施工工艺流程图

1洞口排水

⑴、洞口排水系统概况

隧道洞口主要水系有洞顶截水沟及洞内地表水，隧道出口左洞洞口左侧设一集水坑兼做沉淀池，接洞顶60cm×60cm矩形截水沟及洞内排水边沟，沿施工便道排入自然冲沟，路基段排水沟完工后接路基边沟排水，右侧截水沟直接排入自然冲沟。

⑵、截水沟施工

根据设计图纸提供断面数据及测量组提供洞口范围横断面测量数据，定位出洞口开挖边仰坡边线，在洞顶距洞口边仰坡顶5m以外，定出60 cm×60cm矩形截水沟，排泄洞顶地表水。本段山体洞顶较为平缓，两侧边坡相对较陡，地表植被良好。截水沟开挖采用机械开挖与及人工开挖相结合，所需片石均采用人工搬运，尽快施作完工。

⑶、注意事项

左洞出口植被发育良好但属于浅埋地段，地表覆盖层较薄，故在洞口施工期间派专人定期进行地表下沉等监控观测，发现洞顶地表水向洞内下渗时及时做好防渗措施，以防开挖面渗水带来危险。

2、边仰坡开挖

截水沟施工完成，按设计要求测放边仰坡开挖线。仰坡开挖采用自上而下分级开挖，共分两级，第一级ZK43+925.05～ZK43+926按1：0.5比例进行刷坡，第二级ZK43+922.55～ZK43+925.05按1：0.75比例刷坡。刷坡过程须在测量人员指导下进行，并结合现场情况适当调整，每层高度控制不大于2m。用挖掘机先打出一条机械爬坡道，供自卸汽车配合装运施工。若遇坚硬岩石，采用人工钻眼松动爆破开挖。洞口场地用装载机辅整平压实。开挖至大管棚施工高程以上5m时采用预留核心土方式稳定仰坡。做好套拱边墙基础后（边墙基底承载力要求不小于300KPa），立模浇筑ZK43+926～ZK43+928段长2m的C25混凝土套拱。并在套拱内预埋Φ127导向管和3榀20b工字钢。套拱达到设计强度后施工大管棚，管棚采用P.O 32.5R号水泥浆液，水灰比1：1（掺加5%水玻璃）注浆，注浆结束后，钢管内灌注M30水泥砂浆增加钢管刚度。待大管棚施作完成，进行洞口段仰拱机仰拱填充的施工，对洞口段进行硬化，然后再进行进洞开挖。

3、边仰坡防护

坡面防护采用锚-网-喷组合形成系护体系，坡面开挖经人工修正至设计坡面后，在

初喷一层不小于4cm的C20喷射混凝土，再施作Φ22长3.5m锚杆，锚杆间排距1.2×1.2m 梅花型布置，边坡锚杆法向打入边坡，仰坡锚杆水平方向打入坡面。锚杆施作完成，现场铺挂单层Φ6.5钢筋网，网格间距20×20cm。锚杆及钢筋网片施作完成即将喷射混凝土复喷至设计厚度10㎝。，通过及时对边仰进行锚网喷联合防护，有效防止岩体风化、雨水渗透和坡面坍塌，保证边仰坡稳定。边仰坡开挖前，即在坡顶原地面埋设边坡滑移监测桩，在开挖支护完成一级后，埋设坡面监测桩，在施工过程中专人负责对边仰坡进行观测。发现边坡出现不稳定趋向，及时反馈现场施工，调整施工方法或变更支护参数。

附图1：洞口横断面图

五、V级围岩开挖及防护

隧道出洞口V级围岩属于第四纪残坡积土及强风化变质砂岩。洞口段围岩开挖时，必须尽量减少对围岩扰动，并加强监控量测。待围岩变形趋于稳定，并满足设计及规范规定的二衬施工时机要求时，及时施作二次衬砌。施工流程为：施工准备→测量放样→掌子面开挖→出碴找顶→安装钢拱架→初喷混凝土→施作锚杆→铺挂网片→复喷混凝土→埋设监测点→二次衬砌。

V级围岩采用双侧壁导坑法施工，首先开挖左右侧导坑（首先开挖围岩较差的一侧导坑，在开挖另一侧导坑），具体参见双侧壁导坑法施工工艺。左右侧导坑的前后间距控制在3～7m。后进导坑与核心土距离控制在3～7m，且支护结构基本稳定后在进行核心土的开挖。核心土开挖分两次进行，首先进行拱部岩体的开挖支护，与侧壁支护体系联接成整体后在进行下部核心土的挖除。形成设计要求的开挖马口后，即可进行左右导坑与核心土开挖支护的交替推进施工。

六、洞口段二衬及洞门施工

隧道洞口二衬由监控量测的数据中和分析确定，当围岩变形趋于稳定，明显收敛达设计及规范规定要求时围岩及初期支护基本稳定，应立即施工二次衬砌。左洞出口为削竹明洞结构，浅埋，二衬施工顺序为先明洞浇筑，再暗洞施工。明洞段浇筑首先施工仰拱及仰拱填充片石混凝土，待强度达到要求后施工明洞二次衬砌70cm厚C25钢筋混凝土浇筑。明洞衬砌施工必须加强模板加固，内模用衬砌台车，外模采用拼装钢模板支立，刚模板尽量采用定型模板，提高混凝土外观质量。浇筑时左右必须对称下料，避免模板侧向滑移。明暗洞交接处为沉降缝处，环向设中埋式橡胶止水带，并埋设Φ10cm 半圆式透水管。暗洞处防水板和土工布伸入明洞方向不少于40cm，保证交接处不出现

渗漏水。

左洞出口洞门施工前，先将二衬表面突出尖锐物凿平，并用砂浆将整个明洞二衬表面找平，接着铺设两层350g/㎡土工布，1.2mm厚PVC防水板夹在两层土工布之间。待混凝土强度达到要求后，及时砌筑浆砌片石病回填覆土，回填时注意两侧土体均衡填筑，以免对明洞产生过大偏压，对衬砌产生不利影响，回填土表面覆盖一层厚50cm的粘土层隔水。坡脚挡墙采用M7.5浆砌片石，洞门削竹外露部分用白色瓷砖饰面。

七、监控量测与超前地质预报

1、隧道地表沉降观测

⑶、监测频率：

开挖前大于30m，一次/2天

开挖面前后小于30m，2次/天

开挖面后30～80m，一次/2天

开挖面后80m，一次/7天

⑷、监测精度：h=0.1mm

⑸、注意事项

A、做好监测准备工作，设置测点，引入高程控制基准点，配备专职人员及仪器。

B、测点布置时，在预计位移较大地段予以加密。

C、地表下沉观测与地下洞内拱顶下沉和水平收敛监测同步进行，利于分析资料。

D、观测数据及分析结果全部纳入竣工资料。

⑹、量测数据的整理：

A、绘制每一横断面沉降槽（u）随时间（t）的变化关系曲线如图5所示。

图5 沉降曹u-t曲线图

衬砌中线原地面线

μ(mm)

B、绘制每一横断面最大沉降量（Umax）随时间(t)的变化关系曲线，如图6所示。

图6 横断面（Umax-t）曲线图

u max(mm)

C、绘制每一横断面最大沉降量（Umax）与开挖面距离（l）关系曲线，如图7所示。

图7 每一横断面（Umax-l）曲线图

D、对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析。

E、对纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析。

F、根据隧道顶部地表沉降与拱顶沉降值对土地内部垂直位移进行回归分析。

G、根据回归分析数据求出每一断面沉降定值。

⑺、在整理资料时，若发现地表位移量过大，下沉速度无稳定趋势或位移速度曲线出现

反弯时，对下部隧道结构应采取补强措施：

A、增加喷混凝土厚度，加长加密锚杆或加密加粗钢筋网片。

B、有必要时提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核对二次衬砌强度。

C、按更高一级围岩级别施作衬砌。

2、双侧壁导坑开挖施工监控量测

⑴、在施工初期阶段地质较差时，位移下沉量增加速度较大或卧收敛趋势时，必须增加量测断面和量测频率，并反馈施工现场立即进行处理。

⑵、测点设置应可靠，并应妥善保护，测量仪器使用前应严格标定。

⑶、各测量项目应尽可能布置在同一个断面，测量点应尽可能选择具有代表性的地方，以便测量数据的分析及为以后的工作提供经验。

⑷、对测量资料的整理：

A、绘制位移量u随时间t变化的(u-t)关系曲线；

B、绘制位移速度v随时间t变化的(v-t)关系曲线；

C、绘制位移量u与开挖面距离l变化的（u-l）关系曲线；

D、绘制位移u—时间t的关系（u-t）回归分析曲线，推测围岩变形的最终净空位移量和围岩最终稳定时间；

E、根据各类围岩量测数据求出围岩的E、r、C、φ等物性参数；

⑸、当隧道水平位移收敛速度为0.1～0.2mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时，可认为围岩已基本稳定，对于V级围岩，二次衬砌按承受部分围岩压力设计，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间；

⑹、在监测过程中，若发现净空位移量过大超过最大位移值时，收敛速度无稳定趋势或速度位移曲线（v-t）曲线出现反弯时，对结构应采取补强措施，改变施工方法，有必要时采取以下措施：

A、增加喷混凝土厚度，或加长加密锚杆，或加挂更密更粗的钢筋网；

B、提前施作仰拱；

C、提前施作二次衬砌；

此外，根据施工及地质等情况，和设计、监理工程师研究增加其它量测项目。

量测项目、仪器及方法见表3。

表3：量测项目、仪器及方法

图8 洞内沉降、收敛量测图

3、超前地质预报

超前地质预报是预测隧道开挖掌子面前方围岩地质情况的有手段，其中最常用且

拟在马头塘隧道主要采用：地质素描、超前地质钻孔两种方法。

⑴、地质素描

地质素描须详细准确，与实际相吻合。并配合监控量测，综合测试围岩地质特性

和支护措施合理性、有效性。地质素描的主要内容有：

1）、断面位置和编号。

2）、名称、结构组成、色泽及其分布。

3）、层理走向、节理组数、裂隙发育和断层性状及产状、延伸情况和连续性。

4）、成因类型、力学属性、充填物成分及其胶结性状。 5）、围岩自稳时间与自稳性能。 6）、风化程度、和抗风化能力。

7）、地下水类型、出露位置、涌水大小、化学成分、压力及其出流形式。 8）、开挖方法、支护参数、循环进尺及周期。 9）、掌子面及侧壁围岩掉块、坍塌位置及范围。 10）、喷层开裂、起鼓、剥落及其发展情况。 11）、展绘地质断面和纵、横剖面图。 ⑵、超前地质钻孔

用YT28 钻机队掌子面围岩进行近距离浅孔钻探，用40m 管棚钻机对岩体进行深孔钻探，通过岩石粉末或岩芯判断岩石性质。通过钻速、钻压和扭矩判断岩体特性，还可通过加入钻孔水压力技术，预测涌水量和涌水压力，能完整准确地揭示地质状况，并可在孔口进行有害气体监测。单孔钻探，可分析预测每孔范围地下水储量，岩石可爆性。不同部位的钻孔信息经过综合分析，可判断前方岩石产状，岩层、节理裂隙走向，地下水储藏范围，指导施工现场组织，为下循环钻进深度、单孔装药量、现场量测的调整提供参考。

孔位布置如下：

在Ⅲ级围岩处采用下图中1、4、5三孔超前钻探明前方地质，在Ⅳ、Ⅴ级围岩和围岩变化处采用下图中1、2、3、4、5五孔超前钻探明前方地质，每孔的搭接长度不小于5m 。孔位分部为拱顶部分一个，上台阶左右拱脚各一个，下台阶左右拱脚各一个，共五个。在隧道进出口处，可通过大管棚施工钻孔施工，了解该段围堰地质情况，起到超前钻探的作用。超前钻孔位如图9所示：

图九 超前钻孔断面布置示意图

1

2

3

5

4

拱衬中线

八、主要工序施工工艺

隧道洞口段施工方法重点有边仰坡锚、网、喷防护施工方法，Φ108大管棚施工方法，V级围岩双侧壁导坑开挖支护施工方法和二次衬砌施工工艺四种。

1、边仰坡锚、网、喷防护

（1）、平整坡面：首先清除边仰坡面浮土、松石及浮根，平整坡面。按设计要求边坡开挖测放边仰坡开挖线。自上而下分层开挖，边开挖边防护，下层开挖必须在上层防护完毕后进行，不得掏底开挖或上下重直施工。开挖中随时观察边仰坡变形和顶部地面裂缝情况，如有滑动、开裂等现象，适当放缓坡。监控量测在边仰坡开挖前进行并读取初读数，且必须在整个施工过程中不得间断或停止观测，做到勤量测，多记录，保证边仰坡稳定和施工安全。

（2）、锚杆施工：锚杆施作在初喷一层喷射混凝土后进行，使用YT28手持风钻施作锚杆孔。锚杆孔钻进施工，首先测放锚杆定位点，准确确定钻孔位置，调整钻杆方向（边坡位法向锚杆，尽量与坡面垂直；仰坡位水平锚杆，应案水平方向打入），钻孔倾角和方向允许误差±1.0°。

钻孔尽量使用干钻，减少对围岩扰动。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难。

钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行灌浆固壁（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

钻孔孔径、孔深不小于设计值。实际使用钻头直径不小于设计孔径。为确保锚杆孔深度，实际钻孔深度必须超钻20cm。

钻进达设计深度后，不能立即停钻，要稳钻1～2min，防止孔底达不到设计孔径。孔壁不得有沉碴或水粘滞，否则必须清理干净。钻孔完成后，使用高压风（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水清除干净。

安装锚杆前先将水注入牛角泵内，水占泵体积的2/3，并倒入少量砂浆，初压水和稀浆湿润管路，然后再将已调好的砂浆倒入泵内，将注浆管插至距孔底5～10cm处，将

泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开风阀开始注浆，在气压推动下，水在前，砂浆在后，水湿润泵体和管路，引导砂浆进入锚孔中。随着砂浆不断压入孔底，注浆管缓慢拔出，注浆管头必须埋入砂浆中不小于30cm避免砂浆中掺入空气影响注浆质量，直至砂浆注满眼孔后，立即插入锚杆，再用锤把锚杆打入孔底并堵塞孔口，防止砂浆流失。砂浆不足时应重注砂浆，保证锚杆全长被砂浆所包裹，保证其锚固效果。锚杆应有少量外露，以便固定钢筋网片，但入土长度不得少于锚杆设计长度95%。

（3）、网片安装：钢筋网安装采用现场编织方式施工，设计规格为单层Φ6.5钢筋网片，间距0.2×0.2m。钢筋网的铺设应设在初喷和锚杆施工完成后进行。网片紧贴初喷混凝土表面。钢筋搭接长度应为 1～2 个网格（即40cm），允许偏差为±50mm。钢筋网表面保护层厚度为3cm，不得有钢筋网外露现象。

（4）、喷射混凝土施工

喷射混凝土施工前必须报请监理工程师检测，合格后方可施工。喷射工艺流程如图10所示喷射混凝土施工方法如下：

①、喷射混凝土，采用分段、分片、分层。由下而上顺序进行，每段长度不大于6m。当岩面有较大凹洼时，喷射混凝土多次喷射挂网填平。

②、喷射混凝土分层喷射、初喷厚度不少于4cm，在进行锚杆和钢筋网施工前完成。

③、边仰坡防护必需做到，开挖一段，处理一段，检测一段防护一段，喷射混合料必须随拌随喷。

④、速凝剂掺量占水泥量4%，均匀添加，计量准确不得随意增加或减少。

⑤、喷嘴与岩面垂直，并保持1.5～2.0m距离。有钢筋网等阻挡时角度可稍微倾斜，但不能小于70°，喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，及时清除。

⑥、分层喷射时，后层混凝土应在前层混凝土终凝1h后，先用风、水清洗喷层表面后再喷射。

⑦、喷射终凝2h后，喷水养护，养护时间不少于7d。

图10 喷射混凝土湿喷示意图

↓

→

→→

↑↑

⒉、大管棚施工

马头塘隧道左右线进出口，均设有Φ108超前大管棚超前支护，其中段隧道左线进口ZK42+917～+945长28m，出口ZK42+886～+926长40m；隧道右线进口YK42+920～+948长28m，出口YK43+858～YK43++818（半明洞式）长40m。管棚施工必须在套拱（起导向墙左右）施工完成并达到一定强度后进行。

⑴、施作套拱

洞口端用2m 长C25混凝土套拱作为大管棚导向墙。套拱施工采用先墙后拱法，套拱内埋设3榀20b型工字钢，型钢与φ127×4mm导向管焊成整体。导向管沿拱圈环向布设39根（圆心角124°24′50″），中对中间距50cm、导向管中心距圆心8.93m。混凝土采用强制式搅拌机JS1000型拌合，内、外模采用竹胶板，以保证混凝土内外质量。

⑵、管棚施工

管棚施工前距导向墙5m时预留核心土开挖，为管棚提供施工平台。

马头塘隧道长大管棚施工主要工序有：搭钻机平台—安装调试钻机—钻孔—清孔-安装管棚钢管—注浆—清孔—充填M30水泥砂浆。

①钻孔

套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。坡面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保坡面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌，保证坡面围岩稳定。

A、钻孔前，进行试机，以检查风管、水管是否畅通，钻机工作状态是否正常。

B、钻机就位后，根据事先测量放样好的点位钻孔位置；施钻时，顶紧掌子面，来

回套孔，待接触面形成与钻杆方向垂直的平面后，再增加顶推力进行钻进，提高施钻精度；钻机开孔时钻速宜低，钻深至20cm以后转入正常钻速；钻进过程中不断调整钻机钻进方向。钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易塌孔时，加泥浆护壁；如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻；。

C、第一节钻杆打入岩层，尾部剩20～30cm时停止钻进，加长钻杆继续钻进。

D、换钻杆时，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等，不符合要求的应更换，以确保正常作业；

E、为防止钻杆在推力和振动力双重作用下钻杆上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时应把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移。

②顶管

A、先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力，将安有工作管头的管棚沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底。

B、管棚接长时先将第一根钢管顶入钻好的孔内，再逐根联接。事先需加工好连接丝扣。

C、接长钢管应满足管棚受力要求，相邻钢管的接头应前后错开，避免接头在同一截面上。

D、顶管时，当第一节钢管推进孔外剩余30~40cm时，人工装上第二节钢管，钻机低速前进对准第一节钢管端部，严格控制角度，工人持钳进行钢管联接，使两节钢管通过螺纹联成一体。钻机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。

（3）、管棚注浆

①施工程序及方法

管棚注浆施工的流程如图11所示，具体施工方法如下：

A、注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，可以施工。

B、注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆；无条件时，立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续