中交隧道工程局有限公司华南分公司 广东广州 510700
摘要：山岭隧道洞口围岩风化破碎，且经常伴随坡积土，洞口施工存在极大安全风险。“零开挖”工法能最大限度地减少山体开挖，降低边仰坡高度，保持洞口坡体稳定，保护洞口原生态环境。本文介绍了“零开挖”工法在隧道洞口施工中的应用，比较了隧道原设计方案和优化方案，结果表明，对设计施工方案进行合理优化后，“零开挖”工法极大程度地降低了隧道洞口施工安全风险，有效保证了工程施工安全与保持生态环境的目的。
关键词：“零开挖”工法；洞口施工；方案优化
引言
随着我国西部大开发战略的实施，公路建设中隧道比重越来越大，隧道洞口施工地质越来越复杂多样化，洞口施工安全也日益引起各方关注。隧道洞口施工是隧道整个施工过程中最复杂、安全隐患最多的环节。以往公路隧道洞口施工通常采用大拉槽工法，该工法施工坡面高、面积大、工程量大、破坏洞口的自然生态及土体平衡，容易造成洞口处边、仰坡坍塌失稳。而“零开挖”工法，是一种新的洞口施工理念，该工法能够最大限度地降低隧道洞口边、仰坡开挖高度，降低洞口边、仰坡坍塌的风险，保持洞口坡体稳定，同时减小对洞口地形地貌的破坏，保护洞口自然生态。
我囯在经历多年的隧道施工总结，也日益重视生态环境的保护，相关规范对洞口施工也提出了相应要求：《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004（05180））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》（JTG F60-2009（07992））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”。故此，合理的选择进洞方案，是降低施工风险、节约成本、保护自然生态的有效途径。结合隧道进洞方案的优化，本文介绍“零开挖”工法在隧道洞口施工中的应用。
1 鸦桥江隧道地形地貌简介
1.1 地形地貌
隧道位于广西玉林市仁厚镇正阳村北鸦桥江东岸，主要属中低山地貌，植被发育。
1.2 工程地质评价
隧道进口工程地质评价，左线进口位于山谷，自然坡度约30°，左线轴线与地形等高线基本平行，地形上西低东高；右线进口位于山坡，自然坡度约35°，轴线与地形等高线有一定交角，地形上东南侧较高。洞口主要地层为全-强风化硅质页岩，分部厚度大于20m，较破碎。仰坡及两侧边坡坡体全-强风化硅质页岩厚度较大，多呈散体结构或较破碎，自稳能力差；边坡及仰坡开挖时，在无坡面防护或无超期支护措施、不恰当的爆破施工、坡比较陡、地表水冲刷等情况下，边坡岩土易产生大面积坍塌、碎落，为V级围岩。
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图1 鸦桥江隧道进口地貌
1.3 原设计隧道洞口施工方案
隧道原设计为开挖边仰坡方案进洞：左线进口左侧边坡为三级坡，总高度达27.3m，右侧总高度22.7m；右线边坡高度约12m。做好排水系统后，先开挖边仰坡，预支护采用大管棚，左线初期支护采用间距为60cm的I20a工字钢，右线初期支护采用间距为50cm的I20b工字钢，D25中空注浆锚杆的喷锚支护系统。
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图2 左线ZK236+623成洞面
2 开挖边、仰坡进洞的主要工序
（1）施工截水沟
先在设计的边仰坡外3~5m开挖、浇筑C25混凝土截水沟，将地表水截引到洞口外，形成有效的排水系统，防止水流冲刷、浸泡边、仰坡坡体。
（2）开挖边、仰坡
在边、仰坡开挖过程中应开挖一级、防护一级。边、仰坡防护采用锚杆+挂网+喷射混凝土。
（3）施工套拱
（4）施工大管棚预支护
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挑梁的作用，从而改善围岩的整体性和自稳性。
（5）开挖进洞
左线采用预留核心土环形开挖法，右线采用CD侧壁导坑法。
2.1 开挖边、仰坡进洞方法特点
开挖边、仰坡进洞，施工方法简单直观，是目前国内广泛应用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），施工安全风险大，对洞口周边自然生态破坏大。
2.2 隧道进洞施工方案优化
隧道开工前，业主、设计、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。根据广西荔玉高速公路有限公司《关于隧道洞口量开挖相关要求的通知》，针对不同洞口地形归类采用不同的“零开挖”进洞形式：
（1）洞口位置和地形位于自然坡面且坡面较大并与路线大角度相交的缓坡，在平面图上体现为等高线与路线大角度或近乎垂直相交的，按原设计位置“零开挖”进洞或调整洞口位置实现“零开挖”进洞；
（2）洞口位置和地形位于山嘴或沟谷边缘，开挖后会在一侧出现高边坡的，采用偏压挡墙、洞顶回填和异型套拱等措施实现“零开挖”进洞；
（3）洞口位置和地形位于沟谷位置，开挖后两侧会出现高边坡的，采用加长套拱、洞顶回填等措施实现“零开挖”进洞。
本着动态施工、动态设计的原则，对洞口原地面复测，每2m一个断面，经过与原设计图纸对比分析，最终将鸦桥江隧道左线的进洞施工方案优化为：将明暗交界处ZK236+623前置为ZK236+619，对地表ZK236+619~+626进行注浆预加固。
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图3 优化后左线ZK236+619成洞面设计
在隧道洞口施工过程中，“零开挖”目的是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，从而达到保证工程安全、保持生态环境的目的。
2.3 “零开挖”工法特点
“零开挖”工法的优点：缩短进洞时间，开挖范围小，有利于洞口土体的稳定，有利于洞口开挖和洞身开挖的工序转换，进洞安全有可靠的保证，同时能尽快形成施工能力；为台车的安装提供吋间，大幅度减少施工干扰。洞口工程的绿化和生态工程与大自然更加协调和谐。
“零开挖”工法的精髓就是尽量少开挖，或者不开挖边、仰坡，保持洞口坡体的稳定及自然生态环境。
2.4 左洞“零开挖”进洞
隧道左洞口位于山谷处，山谷两侧山脊为全-强风化硅质页岩，松散、开挖后自稳性差。经过多次现场踏勘、论证，结合临时便道的修建，确定先将洞口左侧边仰坡开挖成形，并及吋做好边、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，相应的目标要求为：
（1）隧道洞顶仰坡高度控制在0.8~1.5m以内。
（2）洞口位置和地形位于沟谷位置，开挖后两侧会出现高边坡，采用加长套拱、洞顶回填等措施实现“零开挖”进洞。
（3）先施作洞顶截水沟，截水沟未完成不允许施工。
（4）边、仰坡开挖一级防护一级。
（5）开挖到洞顶高度后预留核心土，以支撑成洞面和便于套拱管棚施工。
（6）30mФ108大管棚注浆预加固隧道开挖轮廓线外风化破碎围岩。
（7）隧道洞顶地表采用地表注浆，固结破碎岩体，加强其自稳性。
（8）隧道洞身开挖掘进采用预留核心土环形开挖法，严格控制进尺和爆破药量，Ⅴ级围岩控制进尺在1榀钢支撑，Ⅳ级围岩控制进尺在2榀钢支撑，坚持“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的开挖原则。
（9）在洞内初支、地表上分别设置沉降观测点和位移观测点，如发现数据异常，及时调整施工工艺及支护参数。
2.5 “零开挖”工法实施效果
左洞安全、环保进洞，实现了预期的目标，优化后的“零开挖”工法洞口施工方案是科学合理的。
结 论：
隧道洞口施工是隧道施工的重点和难点，应因地制宜，选取科学合理、安全有效的施工方法。“零开挖”工法大大降低了鸦桥江隧道进洞施工安全风险，保护了洞口自然生态，可以指导今后类似隧道洞口的施工。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部.JTG D70-2004（05180）公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004
[2]中华人民共和国交通运输部.JGF60-2009（07992）公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009；
[3]广西荔玉高速公路有限公司关于隧道洞口零开挖相关要求的通知 桂荔玉发【2018】40号