隧道淺埋段蓋挖法的應(yīng)用與施工技術(shù)

王衛(wèi)華

摘要：本文分析了淺埋段蓋挖法的一般施工技術(shù)，并以施工工程為例探討了蓋挖法在隧道淺埋段的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：隧道淺埋；蓋挖法；施工技術(shù)

一、隧道淺埋段蓋挖法施工技術(shù)

當(dāng)前鐵路與公路隧道多為山嶺隧道，淺埋段一般位于隧道進(jìn)出口，洞身穿越洼地、溝谷地段，或者是避讓道路管線等構(gòu)筑物，或者是穿越城市等環(huán)境敏感地段。采用蓋挖法（或明挖）施工地段，施工組織上總會存在從蓋挖段落到暗挖段落，或暗挖段落到蓋挖段落的過渡。

蓋挖到暗挖（或暗挖到明挖）過渡段設(shè)計(jì)上一般會采用大管棚作為前進(jìn)、出洞的超前支護(hù)措施。采用蓋挖法施工，在明挖至護(hù)拱基礎(chǔ)面以后，要及時(shí)在蓋挖與明挖分界處按設(shè)計(jì)施作管棚導(dǎo)向混凝土墻，并采用錨桿使其和洞口仰坡連成一體，然后施工大管棚。施工要點(diǎn)如下：

（一）護(hù)拱基礎(chǔ)施工

護(hù)拱基礎(chǔ)形式結(jié)合明挖基坑深度，地質(zhì)水文條件確定，一般為擴(kuò)大條形混凝土基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，采用樁基礎(chǔ)時(shí)，樁基要設(shè)置在隧道開挖輪廓線以外，并加設(shè)托梁。護(hù)拱條形基礎(chǔ)或托梁，要考慮預(yù)留隧道拱部或邊墻初期支護(hù)型鋼拱架的連接板，便于下一步護(hù)拱鋼架與基礎(chǔ)（或托梁）的連接，在下部暗挖時(shí)隧道初支鋼架與護(hù)拱基礎(chǔ)的連接。后續(xù)護(hù)拱、邊墻鋼拱架施工時(shí)，鋼拱架連接板與護(hù)拱混凝土（或托梁）頂、底面預(yù)埋鋼板連接牢固。

（二）暗挖施工

護(hù)拱施工完成后，從暗挖段（或洞口）進(jìn)入護(hù)拱內(nèi)進(jìn)行蓋挖段剩余部分圍巖的開挖和支護(hù)。蓋挖段剩余部分圍巖的開挖支護(hù)施工，遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的暗挖方針，嚴(yán)格開挖制循環(huán)進(jìn)尺，及時(shí)施作鋼架，鋼架與鎖腳錨管焊接牢固，鋼架之間設(shè)縱向連接，并確保鎖腳錨管施工質(zhì)量。

（三）加強(qiáng)監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是隧道施工管理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對隧道進(jìn)洞過程中洞口段圍巖支護(hù)體系的穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，是確保進(jìn)洞施工及結(jié)構(gòu)安全、指導(dǎo)施工順序、便利施工管理的重要手段。

施工過程中要每天進(jìn)行監(jiān)控量測，主要對洞外觀察、地表下沉、周邊收斂位移、隧道拱頂下沉等量測項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控量測。按照噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范要求對量測斷面、間距和測點(diǎn)進(jìn)行布置，對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和反饋，以量測分析資料為基礎(chǔ)及時(shí)修正初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，并為二次襯砌施作時(shí)間提供依據(jù)。

二、隧道淺埋段蓋挖法的應(yīng)用

（一）工程概況

某隧道隧址區(qū)地處山南坡，植被茂密，地勢高亢，第四系表土層薄，僅為0.5～2m。隧道穿越圍巖巖性復(fù)雜，地質(zhì)條件差，其中隧道西進(jìn)口的下行線約有320m、上行線約有185m的段落穿越了4層卵石土（厚度大，卵石含量高），與下伏的浦口組礫巖接觸處裂隙發(fā)育，洞室頂板厚度?。?～8m），尤其是下行線西進(jìn)口有170m的淺埋段，圍巖整體穩(wěn)定性差，極易坍塌；隧道中部穿越弱白堊系礫巖，但段落長度很?。凰淼罇|出口段穿越安山凝灰?guī)r，圍巖破碎，且與下伏的礫巖逆斷層接觸；除了32.8m明洞外，暗挖部分II類圍巖占了80.4%，III類圍巖占了19.6%，無IV類以上圍巖，屬淺埋軟巖隧道。隧道最大開挖跨度17.21m，最大開挖高度12.04m，形狀扁平，不宜成拱。其中茅山西隧道下行線FK24+875～FK24+910段穿越一自然沖溝，為卵石土堆積地層，卵石含量為35%～50%。FK24+885.3～FK24+900.3段洞室局部外露（負(fù)埋深），拱頂最大70cm，屬超淺埋地段，設(shè)計(jì)為明挖法施工。FK24+845～FK24+875、FK24+910～FK24+940范圍采用暗挖施工。

（二）施工方案分析

該項(xiàng)目中，使用蓋挖法施工方案具有多個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)勢。首先是防水方面，蓋挖法不需要大規(guī)模開挖，所做的臨時(shí)改溝的分段施工方法可以解決施工排水問題，原始的沖溝接著順坡的回填段，形成自然排水路徑，這樣可以在雨季同時(shí)進(jìn)行施工，不影響工程，這些技術(shù)也更有利于所建隧道結(jié)構(gòu)的永久性防水。其次是環(huán)保方面，蓋挖法幾乎不會破壞原有植被林木等自然環(huán)境，繼而也就沒有傳統(tǒng)工藝造成水土流失的問題，跟噴射混凝土工藝防護(hù)相比，幾乎完全沒有污染到周邊環(huán)境，更好的貫徹執(zhí)行了環(huán)保的理念。再次是工程任務(wù)量和效率方面，蓋挖法避免深挖流程，減少土方開挖工程量，此外不需要臨時(shí)的邊坡支護(hù)項(xiàng)目，更易于操作且節(jié)省了工期，同時(shí)也節(jié)省了工程造價(jià)。此外從工程安全角度考慮，回填反壓和洞內(nèi)加固等更易于執(zhí)行的施工技術(shù)方案有利于山體偏壓的減小，從而更能保障隧道的安全永久性。

傳統(tǒng)的明挖施工工藝沒有很好地考慮施工中的臨時(shí)排水問題，其所設(shè)置的邊仰坡截水溝方案等都很不完善。經(jīng)現(xiàn)場水文地質(zhì)調(diào)查和實(shí)際測量，本項(xiàng)目的部分地段位于山谷沖溝之中，再加上上游較大的匯水面積，以及洪水和雨季大水的水流湍急，如果采用明挖法進(jìn)行施工的話，至少需要超過三個(gè)月的時(shí)間，施工周期太長，并且此法不能避開雨季，存在排水難題。針對以上的不能及時(shí)有效設(shè)置排水設(shè)施系統(tǒng)的考慮，其很可能將水流直接灌入到隧道內(nèi)，這樣對于暗洞的開挖等都造成安全隱患的存在。另一方面明挖斷面開挖往往邊坡坡率非常陡峭，存在很大的邊坡滑移隱患，及時(shí)進(jìn)行邊坡坡度放緩調(diào)整也很難做到良好的處理操作，而且大大的提高了相關(guān)工程造價(jià)。

綜合比較上述技術(shù)指標(biāo)，該項(xiàng)目采用蓋挖法工藝從技術(shù)到經(jīng)濟(jì)上都是更為合理高效的。

（三）施工技術(shù)

先留核心土開挖臨時(shí)邊坡至拱腳設(shè)計(jì)高程處，再按隧道襯砌拱部弧度澆筑混凝土套拱至拱腳處。當(dāng)混凝土套拱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在其上部結(jié)合原地面順坡回填碎石土，表層植草種樹。上部回填結(jié)束后，洞身采用暗挖通過。根據(jù)蓋挖段地質(zhì)條件及臨時(shí)邊坡坡高綜合確定，臨時(shí)邊坡放坡坡率為1：0.5，臨時(shí)邊坡放坡后，兩側(cè)邊坡自坡腳以上2m范圍內(nèi)采用Φ25中空注漿錨桿防護(hù)。

套拱采用C25混凝土.厚60cm，套拱中嵌入4榀I18型鋼拱架，間距50cm。為增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，套拱兩側(cè)邊墩與混凝土直墻采用2Φ22鋼筋連接，并與I18型鋼牢固焊接。FK24+875～FK24+910段其它部分采用反壓回填后暗挖進(jìn)洞施工。初期支護(hù)采用錨+網(wǎng)+噴的結(jié)構(gòu)形式，錨桿僅在側(cè)墻布置，采用Φ25GM自進(jìn)式中空注漿錨桿，間距80cm×80cm（縱×環(huán)），長度為4.0m。鋼筋網(wǎng)拱墻布置，采用Φ8mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm。噴射混凝土及鋼拱架全斷面布置，噴射混凝土采用28cm厚C25早強(qiáng)聚丙烯纖維混凝土，鋼拱架采用HW175型鋼，縱向間距50cm。二次襯砌采用C30防水鋼筋混凝土.厚50cm。由于該段存在一定偏壓，為防止隧道在橫斷面上發(fā)生不均勻沉降，隧道左右兩側(cè)設(shè)鋼筋混凝土直邊墻。

挖法主要施工步驟如下：（1）做好臨時(shí)排水工作，不得使原自然沖溝水流入基坑內(nèi)。（2）留核心土開挖臨時(shí)邊坡至混凝土套拱拱腳設(shè)

計(jì)高程處。（3）施工FK24+885.3～FK24+887.3、FK24+898.3～FK24+900.3段管棚導(dǎo)向墻，進(jìn)行該段管棚施工。（4）施工FK24+887.3～FK24+898.3段套拱。（5）混凝土套拱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在其上部結(jié)合原地面順坡回填碎石土，表層植草種樹。對FK24+875～FK24+910段其它部分進(jìn)行反壓回填。（6）采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對主洞進(jìn)行開挖。每步開挖后，應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，以盡早封閉。兩側(cè)直邊墻開挖不應(yīng)同步進(jìn)行，要前后錯(cuò)開一定距離，且一次開挖最大進(jìn)尺控制在50cm左右，與鋼拱架安裝同步進(jìn)行。

結(jié)論

1）通過對隧道段采用蓋挖法，工期至少提前3個(gè)月以上。同時(shí)該段隧道主洞施工全部在洞內(nèi)，雨季施工無影響。

2）通過該方案的實(shí)施，減少了土石方開挖量，避免了高凌空面的出現(xiàn)，降低了對既有隧道的擾動(dòng)，并且在實(shí)際施工中得到了驗(yàn)證。

3）實(shí)踐證明蓋挖法在明洞施工、偏壓段的隧道施工、易坍塌段山體（如堆積體）的隧道施工，均可采用該方法。

參考文獻(xiàn)：

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