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摘 要：本文通過共和至玉树公路鄂拉山隧道出口段施工，对冻融交替带的地质情况进行了阐述，介绍了高原冻土地段偏压隧道洞口施工技术，详细介绍了冻土地段偏压隧道处理方法。
关键词：公路隧道；洞口；施工技术
1、引言
随着我国经济的发展，公路建设向高原发展，以前没有公路穿越的冻土地段也有公路隧道开始施工，本文介绍的共和至玉树公路鄂拉山隧道就是我国第一条高原多年冻土地段公路隧道。
在高原修建隧道最早出现在青藏铁路风火山隧道，但公路隧道在高原修建还是第一次，通过我们的施工，给以后公路隧道施工提供经验。
冻土是温度低于0℃含有冰的特殊土体，包括冻结土壤、冻结碎石土、冻结岩体，由于冻土的特殊性质，隧道穿越冻土地段工程措施主要保护冻土环境不被破坏。
隧道洞口地段大多处于浅埋地段，围岩破碎，稳定性差，变形大，易崩塌，特别是处于冻土地段，由于隧道施工，破坏了冻土的温度平衡，使冻土融化，围岩更加不稳定，施工难度增大，更加容易崩塌。
2、工程概况
我单位施工的共和至玉树公路GYI-SGA6合同段工程，标段起点K303+500，终点K320+000，线路全长16.5公里。位于青海省藏南自治州兴海县温泉乡，其中鄂拉山隧道属于标段重点和控制性工程，隧道采用分离式，左幅出口段起讫桩号K303+500～K305+655长度2135m，右幅出口段起讫桩号YK303+500～YK305+566长度2050m，隧道底面平均海拔高达4320m。
鄂拉山区属于冰缘及构造侵蚀中高山，海拔最高高程4780m，隧道穿越鄂拉山段海拔介于4300～4700m，高差400m。山顶地段为多年冻土的疙瘩状草沼极发育，地表有大量的积水坑、槽，还有热融湖塘、热融洼地、冻胀丘等冰缘地貌较发育。气候为高原大陆性半干旱，其特点为冬季气候寒冷漫长，多风雪，易成雪灾；夏季气候凉爽短促，雨水较充足；四季不分明，昼夜温差大，空气稀薄，气压低，含氧量少，日照充足，地下水丰富。年平均气温-4.2℃，极端最高气温26.6℃，极端最低气温-48.1℃。地层岩性主要为凝灰岩、安山岩、变砂岩。岩体受断层构造作用强烈，节理裂隙很发育，挤压破碎带发育，岩体呈碎块及碎粒状，软化及腐变现象严重，岩芯为碎粒状，基岩裂隙水发育，围岩稳定性差。
隧道呈南北走向，在隧道左侧有一条季节性水沟，使隧道距出口300m范围内出现偏压，在隧道出口80m左右有一鼻梁状山体，山脊和隧道中线基本70°夹角，坡度40°～70°，局部80°，最高差100m，在80～300m山体坡度15°～35°，坡度相对较缓。
隧道出口段地质较破碎，冲沟发育，坡面起伏较大，主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物。
3、施工方案及施工方法
冻土地段隧道施工的要点就是保护围岩，尽量保护冻土不解冻，维持围岩自身的承载力。不同于普通隧道施工，冻土地段隧道采用低温早强钢纤维喷射砼和双层衬砌砼加保温板来保持冻土不受外界温度的影响。
我单位施工的是隧道的出口段，采用从出口单口掘进。隧道洞口地段处于ⅴ级围岩偏压地段，设计施工方案采用长度40mΦ108mm大管棚进洞，三台阶七步法或CRD法开挖，初期支护采用低温钢纤维喷射砼和间距0.5m 22工字钢，衬砌砼采用两层C35砼，第一层厚度20cm，第二层厚度30cm，两层之间设土工布、防水板和5 cm保温板。
3.1洞口拉槽
2011年7月中旬设计图纸到位，按照“早进洞，晚出洞”的施工原则，尽量减少对环境的破坏。洞口开始拉槽，按1：1.5坡度施工临时边仰坡 ，边仰坡采用锚网喷防护；长度3.5mΦ22砂浆锚杆间距1.2m， 梅花形布置；Φ8钢筋网间距20cm，钢筋网焊接锚杆上；C20喷射砼厚度15cm。在边仰坡顶10m范围内施工截水沟，使洞顶雨水不能直接流入洞口。洞顶地表进行夯实，减少雨水下渗。
3.2管棚施工
2011年8月1日开始施工导向墙，导向墙采用C20砼，截面尺寸1×2m，长度为拱顶140度范围，导向墙内设4榀Ⅰ18a工字钢，钢架外缘设直径127mm壁厚4mm长度2m导向钢管。导向墙模板采用组合钢模，模板底部采用三道Ⅰ18a工字钢支撑。导向墙在预留沉降量基础上根据地质情况适当抬高，防止因导向墙和管棚沉降，初期支护侵界。预留沉降量20cm，抬高15cm，比开挖外轮廓线高35cm。
大管棚是一种超前支护方式，它对前方土体进行了预注浆固结，又可以起到棚架作用。5月20日 开始大管棚施工，大管棚采用外径108mm壁厚6mm长度30m热轧无缝钢管，钢管接头采用丝扣连接，钢管上钻Φ16mm注浆孔，孔间距15cm，梅花形布置，钢管头预留1m止浆段，钢管内设置钢筋笼提高钢管抗弯能力。钢筋笼采用四根Φ18mm钢筋和节长5cm外径42mm间距1.5m固定环组成。管棚采用Φ130mm潜孔钻干钻，成孔后，尽快插入钢管。压浆采用1：1水泥浆，可以分次进行，但终压压力必须达到2MPa。
2011年8月10在右幅隧道管棚钻进过程中，围岩裂隙水大量涌出，紧接着13日山体发生多处开裂和下沉，并伴有明显的水平位移，山体发生裂缝并有加剧的趋势，局部和整体滑塌的可能性极大。采取对仰坡进一步刷坡，由原来一面坡，减载形成两面坡，在洞顶8m设3m平台，恢复了管棚施工。
3.3暗洞开挖
2011年9月1日正式进洞，综合这几种施工方法，我们采用CRD法进行洞口施工，虽然施工进度慢，但施工相对安全，2天进度为3榀1.2m。
CRD法施工首先开挖上部导坑左侧，设置临时中隔壁和仰拱；其次开挖中导坑左侧，再次开挖上部导坑右侧，接着开挖中部导坑右侧，最后开挖下部导坑左侧和右侧。各部间距2～3m，为了尽快使初期支护封闭成环，施工中，我们在学习CRD法工法的基础上，对工序进行来了改进，尽量减小各部的间距，下部导坑左、右侧尽量跳槽开挖，使钢拱架尽早封闭成环，减少拱顶沉降。
施工前在洞顶、导向墙设观测桩，进洞后每5m设监控量测点，每天观测拱顶沉降量、边墙收敛值，根据监控量测数据，及时指导施工。
3.4初期支护
初期支护由喷射砼、锚杆、钢架组成联合支护体系。喷射砼能及时有效防止开挖岩面的松散、离层和掉落，和围岩共同受力；锚杆可以将周边一定范围内的围岩加固，承担外层围岩传来的荷载；钢架刚度大，可以尽快承受围岩压力，是喷射砼的支撑，和锚杆、喷射砼共同发挥作用。
低温早强钢纤维砼是一种掺加低温早强剂、钢纤维的喷射砼，可以阻止洞内空气和围岩之间热交换，防止围岩风化及融化，及时维护围岩的自稳能力。
喷射砼采用C25低温早强钢纤维砼，厚度35cm，施工采用湿喷工艺。系统锚杆采用Φ25中空注浆锚杆。钢架采用Ⅰ20a工字钢，钢架之间采用螺栓连接，每个施工台阶钢架脚打入二根Φ42锁脚锚管。
3.5二次衬砌施工
二次衬砌采用双层结构，第一层靠近初期支护喷射砼，采用C30低温早强砼，厚度20cm；第二层衬砌采用C45钢筋砼，厚度50cm；在第一层和第二层衬砌砼间设防水和保温层。
衬砌施工模板采用加工的衬砌台车，砼在拌合站集中拌合，罐车运输，输送泵入模。
3.6防水和保温层施工
防水和保温层采用400g/m2无纺土工布＋防水板＋5cm聚氨酯隔热板＋400g/m2无纺土工布。
第一层土工布采用射钉法施工，防水板采用粘结法施工，隔热板＋土工布采用Φ12mm的光园钢筋骨架固定施工。
4、卸载反压及注浆加固
从施工开始到2012年3月施工进度仅60m左右，而且一直处于处理变形和沉降中，在2012年4月10日发现顺隧道方向沿山体出现5条裂缝，裂缝最大宽度20cm，隧道内多处出现收敛明显，鼓状突出，鼻梁状山体有滑移动向，施工停止。
经过几方协商，提出集中处理方案，一是山体卸载加抗滑桩；二是山体卸载反压加洞顶注浆；三是改线。
山體卸载加抗滑桩施工安全，但施工周期长，需半年时间，影响总工期。改线施工快，但鄂拉山出口地段地质较破碎，冲沟发育，坡面起伏较大，主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物，难以选择合适位置。综合各种因素，最后选择卸载反压加注浆，此方法施工安全，施工工期需3个月。
卸载前对洞内已施工的60m左右洞身未衬砌的30m，进行加固，防止变形增大，出现险情。
在K305+400～+620段隧道左线右侧山体上进行刷方减载，刷方后形成自左线中心线至山侧长30～120m长的坡率为1:10的缓坡平台，平台靠山侧按1:1.5进行放坡，每级坡高10m，各级边坡间设置2m宽的平台，自缓坡平台起最高形成六级边坡，高约55m。在K305+400～+620段隧道左线右侧山体上进行刷方减载，刷方后形成自左线中心线至山侧长30～120m长的坡率为1:10的缓坡平台，平台靠山侧按1:1.5进行放坡，每级坡高10m，各级边坡间设置2m宽的平台，自缓坡平台起最高形成六级边坡，高约54.4m。
将以上弃方堆填于K305+380～+620段隧道左线上方自然沟及左侧坡体上，自隧道左线中心线左侧15m处填方平台宽110m，平台左侧放1:2.5的坡至原地面。填方应自沟口逐步向上填筑。K305+340～+380段将隧道顶部自然沟填平。自K305+600沿隧道方向按1:1.5放坡至沟口挡土墙顶。当沿路线走向或原自然沟方向地面横坡陡于1:5时，原地面必须开挖成台阶形，台阶宽度不小于2.0m，台阶顶面成4%的内倾斜坡，填筑时由最底台阶填起，并分层夯实，填方压实度不小于90%。
自K305+330将原自然沟改至左侧山梁外引出，沟底宽4m，高2.5m，沟身厚60cm，采用C30混凝土现场浇筑，改沟顶面应保证低于原地面不小于30cm以便地表水顺利汇入。改沟总长280m。
地表注浆加固的区段为：K305+470～K305+540,长，共70m。注浆范围在隧道拱顶以上6米往下和仰拱下2米以上，共19米的压浆范围。注浆顺序为：由出口向进口方向按顺序进行，注浆时先外围后内部，并采取同排隔孔错开的注浆方式。孔位按梅花形布置，孔距1.5m，采用双液注浆，既1:1的水泥浆掺5%的水玻璃，注浆压力0.5～1MPa，钻孔平均深度35m。
钻孔采用钻神SLZ-90潜孔钻，注浆机采用3SN-A双液注浆机，到7月15日卸载反压及注浆加固全部完成，进入正洞施工，现在已施工200m左右，衬砌150m，施工已正常进行。
6、施工总结
通过鄂拉山隧道洞口施工，我们总结下面几点应注意的事项
6.1隧道洞口地段施工，应多观察，勤量测，对洞内变形应全方位分析，在考虑洞内初期支护情况下，注意洞顶山体的变化。
6.2隧道洞口选线时，应尽量避开偏压地段，如不能避免，应在设计阶段考虑预防措施。
6.3高原多年冻土地段隧道洞口，不同于多年冻土地段，处于冻融交替地段，地质情况更加复杂，为围岩更加不稳定。
6.4高原多年冻土地段隧道洞身施工各项工序应紧密衔接，及时封闭围岩，二衬应紧跟。
关键词：公路隧道；洞口；施工技术
1、引言
随着我国经济的发展，公路建设向高原发展，以前没有公路穿越的冻土地段也有公路隧道开始施工，本文介绍的共和至玉树公路鄂拉山隧道就是我国第一条高原多年冻土地段公路隧道。
在高原修建隧道最早出现在青藏铁路风火山隧道，但公路隧道在高原修建还是第一次，通过我们的施工，给以后公路隧道施工提供经验。
冻土是温度低于0℃含有冰的特殊土体，包括冻结土壤、冻结碎石土、冻结岩体，由于冻土的特殊性质，隧道穿越冻土地段工程措施主要保护冻土环境不被破坏。
隧道洞口地段大多处于浅埋地段，围岩破碎，稳定性差，变形大，易崩塌，特别是处于冻土地段，由于隧道施工，破坏了冻土的温度平衡，使冻土融化，围岩更加不稳定，施工难度增大，更加容易崩塌。
2、工程概况
我单位施工的共和至玉树公路GYI-SGA6合同段工程，标段起点K303+500，终点K320+000，线路全长16.5公里。位于青海省藏南自治州兴海县温泉乡，其中鄂拉山隧道属于标段重点和控制性工程，隧道采用分离式，左幅出口段起讫桩号K303+500～K305+655长度2135m，右幅出口段起讫桩号YK303+500～YK305+566长度2050m，隧道底面平均海拔高达4320m。
鄂拉山区属于冰缘及构造侵蚀中高山，海拔最高高程4780m，隧道穿越鄂拉山段海拔介于4300～4700m，高差400m。山顶地段为多年冻土的疙瘩状草沼极发育，地表有大量的积水坑、槽，还有热融湖塘、热融洼地、冻胀丘等冰缘地貌较发育。气候为高原大陆性半干旱，其特点为冬季气候寒冷漫长，多风雪，易成雪灾；夏季气候凉爽短促，雨水较充足；四季不分明，昼夜温差大，空气稀薄，气压低，含氧量少，日照充足，地下水丰富。年平均气温-4.2℃，极端最高气温26.6℃，极端最低气温-48.1℃。地层岩性主要为凝灰岩、安山岩、变砂岩。岩体受断层构造作用强烈，节理裂隙很发育，挤压破碎带发育，岩体呈碎块及碎粒状，软化及腐变现象严重，岩芯为碎粒状，基岩裂隙水发育，围岩稳定性差。
隧道呈南北走向，在隧道左侧有一条季节性水沟，使隧道距出口300m范围内出现偏压，在隧道出口80m左右有一鼻梁状山体，山脊和隧道中线基本70°夹角，坡度40°～70°，局部80°，最高差100m，在80～300m山体坡度15°～35°，坡度相对较缓。
隧道出口段地质较破碎，冲沟发育，坡面起伏较大，主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物。
3、施工方案及施工方法
冻土地段隧道施工的要点就是保护围岩，尽量保护冻土不解冻，维持围岩自身的承载力。不同于普通隧道施工，冻土地段隧道采用低温早强钢纤维喷射砼和双层衬砌砼加保温板来保持冻土不受外界温度的影响。
我单位施工的是隧道的出口段，采用从出口单口掘进。隧道洞口地段处于ⅴ级围岩偏压地段，设计施工方案采用长度40mΦ108mm大管棚进洞，三台阶七步法或CRD法开挖，初期支护采用低温钢纤维喷射砼和间距0.5m 22工字钢，衬砌砼采用两层C35砼，第一层厚度20cm，第二层厚度30cm，两层之间设土工布、防水板和5 cm保温板。
3.1洞口拉槽
2011年7月中旬设计图纸到位，按照“早进洞，晚出洞”的施工原则，尽量减少对环境的破坏。洞口开始拉槽，按1：1.5坡度施工临时边仰坡 ，边仰坡采用锚网喷防护；长度3.5mΦ22砂浆锚杆间距1.2m， 梅花形布置；Φ8钢筋网间距20cm，钢筋网焊接锚杆上；C20喷射砼厚度15cm。在边仰坡顶10m范围内施工截水沟，使洞顶雨水不能直接流入洞口。洞顶地表进行夯实，减少雨水下渗。
3.2管棚施工
2011年8月1日开始施工导向墙，导向墙采用C20砼，截面尺寸1×2m，长度为拱顶140度范围，导向墙内设4榀Ⅰ18a工字钢，钢架外缘设直径127mm壁厚4mm长度2m导向钢管。导向墙模板采用组合钢模，模板底部采用三道Ⅰ18a工字钢支撑。导向墙在预留沉降量基础上根据地质情况适当抬高，防止因导向墙和管棚沉降，初期支护侵界。预留沉降量20cm，抬高15cm，比开挖外轮廓线高35cm。
大管棚是一种超前支护方式，它对前方土体进行了预注浆固结，又可以起到棚架作用。5月20日 开始大管棚施工，大管棚采用外径108mm壁厚6mm长度30m热轧无缝钢管，钢管接头采用丝扣连接，钢管上钻Φ16mm注浆孔，孔间距15cm，梅花形布置，钢管头预留1m止浆段，钢管内设置钢筋笼提高钢管抗弯能力。钢筋笼采用四根Φ18mm钢筋和节长5cm外径42mm间距1.5m固定环组成。管棚采用Φ130mm潜孔钻干钻，成孔后，尽快插入钢管。压浆采用1：1水泥浆，可以分次进行，但终压压力必须达到2MPa。
2011年8月10在右幅隧道管棚钻进过程中，围岩裂隙水大量涌出，紧接着13日山体发生多处开裂和下沉，并伴有明显的水平位移，山体发生裂缝并有加剧的趋势，局部和整体滑塌的可能性极大。采取对仰坡进一步刷坡，由原来一面坡，减载形成两面坡，在洞顶8m设3m平台，恢复了管棚施工。
3.3暗洞开挖
2011年9月1日正式进洞，综合这几种施工方法，我们采用CRD法进行洞口施工，虽然施工进度慢，但施工相对安全，2天进度为3榀1.2m。
CRD法施工首先开挖上部导坑左侧，设置临时中隔壁和仰拱；其次开挖中导坑左侧，再次开挖上部导坑右侧，接着开挖中部导坑右侧，最后开挖下部导坑左侧和右侧。各部间距2～3m，为了尽快使初期支护封闭成环，施工中，我们在学习CRD法工法的基础上，对工序进行来了改进，尽量减小各部的间距，下部导坑左、右侧尽量跳槽开挖，使钢拱架尽早封闭成环，减少拱顶沉降。
施工前在洞顶、导向墙设观测桩，进洞后每5m设监控量测点，每天观测拱顶沉降量、边墙收敛值，根据监控量测数据，及时指导施工。
3.4初期支护
初期支护由喷射砼、锚杆、钢架组成联合支护体系。喷射砼能及时有效防止开挖岩面的松散、离层和掉落，和围岩共同受力；锚杆可以将周边一定范围内的围岩加固，承担外层围岩传来的荷载；钢架刚度大，可以尽快承受围岩压力，是喷射砼的支撑，和锚杆、喷射砼共同发挥作用。
低温早强钢纤维砼是一种掺加低温早强剂、钢纤维的喷射砼，可以阻止洞内空气和围岩之间热交换，防止围岩风化及融化，及时维护围岩的自稳能力。
喷射砼采用C25低温早强钢纤维砼，厚度35cm，施工采用湿喷工艺。系统锚杆采用Φ25中空注浆锚杆。钢架采用Ⅰ20a工字钢，钢架之间采用螺栓连接，每个施工台阶钢架脚打入二根Φ42锁脚锚管。
3.5二次衬砌施工
二次衬砌采用双层结构，第一层靠近初期支护喷射砼，采用C30低温早强砼，厚度20cm；第二层衬砌采用C45钢筋砼，厚度50cm；在第一层和第二层衬砌砼间设防水和保温层。
衬砌施工模板采用加工的衬砌台车，砼在拌合站集中拌合，罐车运输，输送泵入模。
3.6防水和保温层施工
防水和保温层采用400g/m2无纺土工布＋防水板＋5cm聚氨酯隔热板＋400g/m2无纺土工布。
第一层土工布采用射钉法施工，防水板采用粘结法施工，隔热板＋土工布采用Φ12mm的光园钢筋骨架固定施工。
4、卸载反压及注浆加固
从施工开始到2012年3月施工进度仅60m左右，而且一直处于处理变形和沉降中，在2012年4月10日发现顺隧道方向沿山体出现5条裂缝，裂缝最大宽度20cm，隧道内多处出现收敛明显，鼓状突出，鼻梁状山体有滑移动向，施工停止。
经过几方协商，提出集中处理方案，一是山体卸载加抗滑桩；二是山体卸载反压加洞顶注浆；三是改线。
山體卸载加抗滑桩施工安全，但施工周期长，需半年时间，影响总工期。改线施工快，但鄂拉山出口地段地质较破碎，冲沟发育，坡面起伏较大，主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物，难以选择合适位置。综合各种因素，最后选择卸载反压加注浆，此方法施工安全，施工工期需3个月。
卸载前对洞内已施工的60m左右洞身未衬砌的30m，进行加固，防止变形增大，出现险情。
在K305+400～+620段隧道左线右侧山体上进行刷方减载，刷方后形成自左线中心线至山侧长30～120m长的坡率为1:10的缓坡平台，平台靠山侧按1:1.5进行放坡，每级坡高10m，各级边坡间设置2m宽的平台，自缓坡平台起最高形成六级边坡，高约55m。在K305+400～+620段隧道左线右侧山体上进行刷方减载，刷方后形成自左线中心线至山侧长30～120m长的坡率为1:10的缓坡平台，平台靠山侧按1:1.5进行放坡，每级坡高10m，各级边坡间设置2m宽的平台，自缓坡平台起最高形成六级边坡，高约54.4m。
将以上弃方堆填于K305+380～+620段隧道左线上方自然沟及左侧坡体上，自隧道左线中心线左侧15m处填方平台宽110m，平台左侧放1:2.5的坡至原地面。填方应自沟口逐步向上填筑。K305+340～+380段将隧道顶部自然沟填平。自K305+600沿隧道方向按1:1.5放坡至沟口挡土墙顶。当沿路线走向或原自然沟方向地面横坡陡于1:5时，原地面必须开挖成台阶形，台阶宽度不小于2.0m，台阶顶面成4%的内倾斜坡，填筑时由最底台阶填起，并分层夯实，填方压实度不小于90%。
自K305+330将原自然沟改至左侧山梁外引出，沟底宽4m，高2.5m，沟身厚60cm，采用C30混凝土现场浇筑，改沟顶面应保证低于原地面不小于30cm以便地表水顺利汇入。改沟总长280m。
地表注浆加固的区段为：K305+470～K305+540,长，共70m。注浆范围在隧道拱顶以上6米往下和仰拱下2米以上，共19米的压浆范围。注浆顺序为：由出口向进口方向按顺序进行，注浆时先外围后内部，并采取同排隔孔错开的注浆方式。孔位按梅花形布置，孔距1.5m，采用双液注浆，既1:1的水泥浆掺5%的水玻璃，注浆压力0.5～1MPa，钻孔平均深度35m。
钻孔采用钻神SLZ-90潜孔钻，注浆机采用3SN-A双液注浆机，到7月15日卸载反压及注浆加固全部完成，进入正洞施工，现在已施工200m左右，衬砌150m，施工已正常进行。
6、施工总结
通过鄂拉山隧道洞口施工，我们总结下面几点应注意的事项
6.1隧道洞口地段施工，应多观察，勤量测，对洞内变形应全方位分析，在考虑洞内初期支护情况下，注意洞顶山体的变化。
6.2隧道洞口选线时，应尽量避开偏压地段，如不能避免，应在设计阶段考虑预防措施。
6.3高原多年冻土地段隧道洞口，不同于多年冻土地段，处于冻融交替地段，地质情况更加复杂，为围岩更加不稳定。
6.4高原多年冻土地段隧道洞身施工各项工序应紧密衔接，及时封闭围岩，二衬应紧跟。