楊基

摘 要：該文以作者參與某高速公路隧道工程為研究對象，該隧道穿越溝谷淺埋段實際施工為例，論文首先探討了施工方案的選擇，進(jìn)而分析了淺埋地段隧道的施工工藝及關(guān)鍵施工工序，最后做了施工總結(jié)，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：隧道 穿越 淺埋 施工技術(shù)

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0055-02

某隧道全長4928m，起訖里程DK140+198～DK145+126，為單線隧道，設(shè)計時速160km/h。

DK144+433～DK144+502段為溝谷淺埋段，覆蓋層厚5～7m，溝內(nèi)常年流水，水量較大，溝水流量一般在13 000～15 000m3/d。地表有公路通過，居民房屋集中。見圖1淺埋段縱斷面圖。該段地層巖性主要為粗圓礫土，松散且膠結(jié)性差。洞身受地表水的補給，地下水發(fā)育，為中等富水區(qū)。原設(shè)計地表采用φ70鉆孔進(jìn)行注漿加固，洞身采用φ60中管棚超前支護(hù)，預(yù)注水泥-水玻璃雙液漿，全環(huán)設(shè)置工16型鋼鋼架，間距0.8m/榀。

1 施工方案選擇

DK144+433～DK144+502淺埋段原設(shè)計要求在隧道開挖前對地表進(jìn)行注漿加固并防水，注漿范圍為線路左右側(cè)各15m，深度達(dá)到土石分界下1m，注漿完畢后采用M10水泥砂漿封孔，并恢復(fù)原地貌。但實際施工中，由于地表居民阻撓，地表加固方案無法實施。在此情況下，經(jīng)建設(shè)四方對現(xiàn)場踏勘并多次經(jīng)濟技術(shù)方案比選論證后，確定通過加強隧道支護(hù)參數(shù)來實現(xiàn)隧道的安全施工。

（1）開挖至DK144+507里程前，通過與地表居民協(xié)商，對其臨時搬遷補償，并對地表及村民房屋實施監(jiān)測。（2）通過結(jié)構(gòu)計算，將原設(shè)計φ60中管棚變更為φ108大管棚，并加密鋼架間距為0.6m/榀。

2 技術(shù)措施

2.1 結(jié)構(gòu)受力分析檢算

（1）荷載計算。

該段為淺埋隧道，地面基本水平，所受的荷載具有對稱性，垂直壓力按①式計算，水平壓力按②式計算：

式中：B-隧道跨度（m）；

γ-圍巖重度（kN/m3）

θ-頂板土柱兩側(cè)摩擦角（°）

h-洞頂?shù)孛娓叨龋╩）

λ-側(cè)壓力系數(shù)

φ-圍巖計算摩擦角（°）

β-產(chǎn)生最大推力時的破裂角（°）

ei=γhiλ ②

式中：hi-內(nèi)外側(cè)任一點至地面的距離（m）

（2）結(jié)構(gòu)計算。

結(jié)構(gòu)受力分析采用荷載-結(jié)構(gòu)模型、平面桿系有限元位移法，根據(jù)圍巖級別、地形地質(zhì)條件，以破損階段理論為基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，并結(jié)合工程類比與施工條件的因素，綜合分析確定設(shè)計參數(shù)。

2.2 洞內(nèi)大管棚、小導(dǎo)管施作

洞身拱部設(shè)φ108大管棚，環(huán)向間距40cm，L=30m，打設(shè)角度向上傾斜3°～5°，縱向搭接3～5m，每環(huán)20根。為便于洞內(nèi)大管棚施作，提前擴挖洞內(nèi)大管棚工作室，如圖1。開挖前在加工廠提前制作好I16型鋼鋼架，鋼架比正常斷面擴大60～70cm，洞室縱向長度6～8m。洞室施工完畢后安裝正常斷面的鋼拱架，并焊接導(dǎo)向管。由于淺埋段圍巖為砂礫石、卵石，施工中采用偏心錨桿鉆機跟管施作φ108（外徑）×6mm（壁厚）大管棚，解決了一般的管棚鉆機打好孔后再插入鋼管時塌孔難以插入的難題。大管棚施做完畢后，相鄰兩管之間由于局部注漿不密實，出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象時，在大管棚相鄰兩管之間增加φ42超前小導(dǎo)管，L=4m，打設(shè)角度向上傾斜3°～5°，縱向搭接1.2m，同時注水泥-水玻璃雙液漿加固地層。

2.3 四臺階九步開挖法

四臺階九步開挖法是以三臺階七步開挖法為基本模式，將三臺階七步開挖法中的上臺階再分為兩個臺階，各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯開，平行推進(jìn)的施工方法。即先采用大管棚（超前小導(dǎo)管）護(hù)頂，將隧道斷面分為四個臺階分步開挖，仰拱緊跟下臺階并及時閉合成環(huán)。采用該法施工時，在各臺階形成一定的步距，而且同一臺階左右工作面形成相互錯開后，即可在各工作面按每循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行平行流水作業(yè)。施工時每循環(huán)進(jìn)尺按1榀鋼架間距控制，各臺階步距控制在3m～5m，同一臺階左右工作面錯開不少于2榀鋼架。四臺階九步開挖法施工工序見圖2。

施工控制要點：①加強對技術(shù)及施工人員的培訓(xùn)，提高全體參建人員的安全、質(zhì)量意識，堅持“短進(jìn)尺、強支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則，確保施工安全。②隧道開挖中，應(yīng)在每次開挖后及時觀察、描述圍巖裂隙結(jié)構(gòu)狀況、巖體軟硬程度、出水量大小，核對設(shè)計情況，判斷圍巖的穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)情況及時調(diào)整施工方法、開挖進(jìn)尺，杜絕盲目冒進(jìn)。③開挖作業(yè)時，應(yīng)根據(jù)巖體穩(wěn)定狀態(tài)合理確定中部拉槽長度及寬度，防止邊墻位移，引發(fā)塌方事故。在圍巖穩(wěn)定性較好時，應(yīng)及時取消核心土，以便提高上導(dǎo)光爆效果，減少超欠挖，加快施工進(jìn)度。④邊墻馬口嚴(yán)禁對稱開挖，一般錯開距離不宜小于2榀鋼架間距。⑤控制好各臺階長度，各臺階步距一般以3～5m為宜，便于機械操作，尤其是節(jié)省上臺階挖掘機的扒碴時間，進(jìn)而加快施工進(jìn)度。⑥每循環(huán)進(jìn)行測量放樣檢查，及時調(diào)整爆破參數(shù)，嚴(yán)格控制超欠挖，要求平均線性超挖不大于10cm，最大超挖不大于15cm。⑦在挖掘機扒碴過程中注意不得碰撞已施工好的初期支護(hù)，防止引發(fā)塌方事故。⑧注意各工序均衡生產(chǎn)，緊跟仰拱和二襯。

2.4 規(guī)范監(jiān)控量測

現(xiàn)場監(jiān)控量測是隧道施工管理的重要組成部分，它不僅能指導(dǎo)施工，預(yù)報險情，確保安全，而且通過現(xiàn)場監(jiān)測獲得圍巖動態(tài)的信息（數(shù)據(jù)），為修正和確定初期支護(hù)參數(shù)，混凝土襯砌支護(hù)時間提供信息依據(jù)，為完善設(shè)計與指導(dǎo)施工提供可靠的足夠的數(shù)據(jù)。針對廟子溝淺埋段地質(zhì)及地表情況，監(jiān)控量測采用地表量測與洞內(nèi)量測相結(jié)合的方式進(jìn)行。

（1）洞內(nèi)外觀察。

①洞內(nèi)外觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分，開挖工作面觀察在每次開挖后進(jìn)行，觀察內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、涌水情況等，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況基本無變化時，可每天進(jìn)行一次，觀察后及時記錄填寫開挖面地質(zhì)描述。②在觀察過程中如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件惡化，初期支護(hù)發(fā)生異常，應(yīng)立即采取相應(yīng)應(yīng)急措施，并進(jìn)行不間斷觀察。③對已經(jīng)施工區(qū)段的觀察，每天至少進(jìn)行一次，觀察內(nèi)容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況，以及施工質(zhì)量是否符合規(guī)定要求。④洞外觀察包括洞口地表情況、地表沉陷、邊仰坡的穩(wěn)定、地表水滲透觀察等內(nèi)容。

（2）拱頂下沉及周邊收斂量測。

拱頂下沉及周邊收斂量測在同一斷面進(jìn)行，并采用相同的量測頻率，具體斷面布置間距見表1，量測頻率從表2中根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。

（3）地表下沉量測。

地表測點與洞內(nèi)水平凈空變化和拱頂下沉在同一橫斷面位置布設(shè)觀測點，進(jìn)行地表下沉監(jiān)控量測，量測斷面的間距按下表10m布置。橫斷面方向地表下沉量測的測點間隔取2～5m，隧道中線附近測點適當(dāng)加密，隧道中線兩側(cè)量測范圍不小于H+B。地表下沉量測應(yīng)在開挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止為止。地表下沉量測的頻率和拱頂下沉和水平相對凈空變化的量測頻率相同。

（4）測點布置。

凈空變化，拱頂下沉和地表下沉設(shè)置在同一斷面。洞內(nèi)周邊收斂量測、拱部下沉根據(jù)淺埋段開挖方法設(shè)置4條水平測線。

（5）監(jiān)測資料整理、數(shù)據(jù)分析及反饋。

現(xiàn)場量測所取得的原始數(shù)據(jù)，不可避免的會具有一定的離散性，其中包含著測量誤差。因此，應(yīng)對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的目的是：將同一量測斷面的各種量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比、相互印證，以確定量測數(shù)據(jù)的可靠性；探求圍巖變形或支護(hù)系統(tǒng)的受力隨時間變化的規(guī)律，判定圍巖和初期支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。在取得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，及時由專業(yè)監(jiān)測人員整理分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)合圍巖、支護(hù)受力及變形情況，進(jìn)行分析判斷，將實測值與允許值進(jìn)行比較，及時繪制各種變形或應(yīng)力～時間關(guān)系曲線，預(yù)測變形發(fā)展趨向及圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況，并將結(jié)果反饋給現(xiàn)場施工人員。

2.5 防排水施工

在二次襯砌前，對初支面殘留水進(jìn)行處理，降低地下水對二次襯砌的壓力和侵蝕。由于地表水及地下水發(fā)育，初期支護(hù)完成后噴射混凝土面有大量滲水、流水、股狀水射出，在鋪掛防水材料前，先將集中出水點用鐵皮制作的半圓管引流到設(shè)計盲管出口位置，再用砂漿抹平。針對該段出水量較大，環(huán)向盲管間距較設(shè)計6m一環(huán)加密為2m一環(huán)。防水板采用熱熔墊圈焊接鋪掛，搭接不得少于15cm，雙焊縫，每條焊縫不小于15mm。嚴(yán)格保證防水板無焦焊、假焊、焊穿等現(xiàn)象，施做二襯鋼筋時要嚴(yán)防鋼筋頭刺穿防水板。中埋式橡膠止水帶要嚴(yán)格按設(shè)計施作，采用鋼筋卡固定牢固。二襯混凝土嚴(yán)格按配合比施工，加強振搗，確保起到防水作用。

3 施工總結(jié)

通過以上的施工技術(shù)措施，該隧道安全穿越了DK144+433～DK144+502溝谷淺埋段。

（1）通過方案優(yōu)化，取消了原設(shè)計地表加固措施，克服了外部環(huán)境對施工的影響，達(dá)到了35m/月的施工進(jìn)度。（2）采用先進(jìn)的管棚鉆進(jìn)工藝，兩臺鉆機同時工作，每天可完成60m管棚施工任務(wù)。（3）針對該段地層較為破碎的特點，施工中將三臺階七步法改為四臺階九步法開挖，確保了施工安全。（4）由于溝谷段地表水下滲，要求管棚注漿及防排水施工質(zhì)量要嚴(yán)格按設(shè)計施工，該段二襯施工后未出現(xiàn)明顯的滲漏水現(xiàn)象，取得了較好的效果。（5）通過嚴(yán)密的監(jiān)測及對地表房屋的監(jiān)控，地表房屋未見開裂下沉現(xiàn)象，為今后類似工程施工提供了思路和參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王偉鋒，畢俊麗.軟巖淺埋隧道施工工法比選[J].巖土力學(xué)，2007（S1）.

[2] 湯勁松，劉松玉，童立元，等.破碎巖體淺埋大跨公路隧道開挖方案對比研究[J].巖土力學(xué)，2007（S1）.

[3] 丁維利.大斷面黃土隧道二臺階四步開挖施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007（S1）.