淺埋偏壓段隧道蓋挖法的應(yīng)用與施工技術(shù)

班瑞宏

摘要： 結(jié)合云桂鐵路望香臺(tái)隧道淺埋偏壓段，對(duì)明挖和蓋挖兩種施工方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)以及施工安全比較。并對(duì)蓋挖法施工方案及施工工藝進(jìn)行了介紹。

Abstract： Combining with the shallow buried bias section of the tunnel， the technical economy and the construction safety comparison of the two construction schemes are carried out. The construction scheme and construction technology of the cover are introduced.

關(guān)鍵詞： 淺埋偏壓段隧道蓋挖法施工；技術(shù)應(yīng)用；安全

Key words： shallow buried partial pressure section tunnel construction；technology application；safety

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）11-0108-04

0 引言

蓋挖法是當(dāng)?shù)叵鹿こ淌┳鰰r(shí)需要穿越公路、鐵路、建筑等障礙物而采取的新型工程施工方法，是由地面向下開(kāi)挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工。將蓋挖法引用到淺埋偏壓段隧道安全過(guò)渡，實(shí)踐證明，該方法節(jié)約了投資，縮短了工期，保護(hù)了環(huán)境，保證了施工的安全，是成功可行的。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

望香臺(tái)隧道位于革龍～新哨區(qū)間，全長(zhǎng)742m，起訖里程DK567+500～DK568+242。其中DK567+500～+543設(shè)計(jì)為明挖，DK567+543～+585設(shè)計(jì)為蓋挖，明暗挖分界線里程為DK567+543。洞身段最大埋深約39m，最小埋深約1.5m，明洞段覆蓋層厚度3.3m～4.0m；出洞口處覆蓋層較淺，自然坡度35°～45°，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)加強(qiáng)。

1.2 地層巖性

蓋挖斷覆蓋層為第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q[4]（dl+el））紅粘土、粘土、粉質(zhì)粘土、碎石土，坡洪積（Q[4]（dl+pl））松軟土、次生紅粘土、粘土。下伏基巖為三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組一段（T[2]g（1））砂巖及頁(yè)巖條帶，地層巖性分述如下：

<6-9>粘土（Q[4]（dl+pl））：棕紅、紫紅、黃褐色，硬塑狀，分布于隧道進(jìn)口處附近，厚約2～10m。屬Ⅱ級(jí)普通土，C組填料。

<7-4>粉質(zhì)粘土（Q[4]（dl+el））：褐黃色、紅褐色，硬塑狀；含風(fēng)化殘留角礫5～10%，為泥巖風(fēng)化產(chǎn)物，DK567+538～DK567+939段，厚度1.80～6.80m，屬Ⅱ級(jí)普通土，C組填料。

<14-5-3>砂巖夾頁(yè)巖（T[2]g（1））：紫紅、棕紅、褐黃色，薄～中層狀，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，淺表風(fēng)化強(qiáng)烈，含錳線，分布于DK567+538～DK567+920段洞身及DK567+920～DK568+252段右側(cè)。全風(fēng)化帶（W[4]）呈土狀，保留有原巖結(jié)構(gòu)，厚0～11m，屬Ⅲ級(jí)硬土，C組填料；強(qiáng)風(fēng)化帶（W[3]）呈碎塊狀，厚0～24m，屬Ⅳ級(jí)軟石，C組填料；以下弱風(fēng)化帶（W[2]）屬Ⅳ級(jí)軟石，B組填料。

1.3 不良地質(zhì)與特殊巖土

隧區(qū)不良地質(zhì)為順層偏壓，特殊巖土為紅黏土、人工棄土。

順層偏壓：DK567+538～+920段出露砂巖、頁(yè)巖，巖層層理產(chǎn)狀為N5～20°W/35～60°SW，與線路夾角為30～40°，傾向線路左側(cè)，橫斷面視傾角30～58°，隧道右側(cè)順層偏壓。DK567+920～DK568+252為白云巖，局部夾頁(yè)巖條帶，巖層層理產(chǎn)狀N15～20°W/60～65°SW。

1.4 地形地貌

隧區(qū)屬巖溶侵蝕中山地貌，地形起伏較大，地面高程1490～1536m，相對(duì)高差大于40m，坡面多墾為旱地，植被發(fā)育較差。地表多被第四系覆蓋，基巖零星出露。段內(nèi)無(wú)居民點(diǎn)分布，交通條件差，在隧道中部DK567+890處有鄉(xiāng)村公路通過(guò)。

1.5 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)

①隧區(qū)覆蓋層為第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el），紅粘土，粘土，粉質(zhì)粘土，碎石土，坡洪積（Q4dl+Pl）松軟土，次生紅粘土，粘土。下伏基巖為三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組一段（T2g1）白云巖，砂巖及頁(yè)巖條帶。

②水文地質(zhì)：隧區(qū)內(nèi)屬于碳酸鹽巖溶水及碎屑巖風(fēng)化裂隙水，主要含水層為T2g1白云巖砂頁(yè)巖。巖溶含水層屬裸露型，富水性中等～較強(qiáng)，近地表巖溶垂直發(fā)育，以溶隙（穴），溶槽，落水洞，洼地為主，受大氣降水，地表水滲入補(bǔ)給，通過(guò)巖溶管道深部逕流；砂巖風(fēng)化層少量裂隙水，向低洼地帶排匯。

③不良地質(zhì)狀況和特殊巖土：隧區(qū)不良地質(zhì)為順層偏壓，存在巖溶、人工坑洞現(xiàn)象，特殊巖土為紅粘土，人工棄土，圍巖整體穩(wěn)定性差，極易坍塌。

2 施工方案比選

明挖法和蓋挖法均適用于淺埋偏壓隧道施工。要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的防排水設(shè)計(jì)、施工安全管理要求以及環(huán)保要求等多方面因素對(duì)這兩套方案進(jìn)行對(duì)比和篩選，最終確定適合目標(biāo)工程的最佳工法。

2.1 明挖法施工方案的不利因素

①明挖法未設(shè)置臨時(shí)排水所用的邊仰坡截（排）水溝，從施工角度來(lái)看這套工法并不完善。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)水文勘測(cè)，位于山谷沖溝之中的DK567+543～+585施工段，其上游具有較大的匯水區(qū)，在降水時(shí)節(jié)水流較大，明挖工期至少需要3個(gè)月，開(kāi)工后無(wú)法規(guī)避雨季。加之明挖法缺少比較有效的臨時(shí)排水方案，一旦碰上強(qiáng)降雨，雨水將灌入隧道，無(wú)形中增大了暗洞開(kāi)挖難度，且施工中還會(huì)出現(xiàn)更多不安全因素。

②明挖斷面開(kāi)挖邊坡、仰坡坡率過(guò)陡，施工中可能出現(xiàn)滑坡事故。如果將坡率放緩，勢(shì)必會(huì)增加開(kāi)挖或回填環(huán)節(jié)的工程量。

2.2 蓋挖法施工方案的優(yōu)勢(shì)

對(duì)DK567+543～+585段采用回填反壓，暗挖通過(guò)，確保了隧道出洞的安全。

①蓋挖法只需做臨時(shí)改溝，分段施工即解決了排水難題，順坡回填接原始沖溝自然排水，雨季沒(méi)有任何影響。同時(shí)明挖改暗洞施工后，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)永久性防水更有利。

②42m地段采用蓋挖法施工，開(kāi)挖土方僅9020m3，減少了土方開(kāi)挖量，施工周期短，操作容易。

③蓋挖法對(duì)原有植被和林木幾乎沒(méi)有任何破壞，避免了大面積開(kāi)挖帶來(lái)的水土流失和噴射混凝土防護(hù)對(duì)周圍環(huán)境的污染，環(huán)保理念得到較好地貫徹與體現(xiàn)。

④蓋挖法施工減少了隧道暗挖施工所必須采取的管棚預(yù)支護(hù)、地表注漿等支護(hù)加強(qiáng)措施，同時(shí)通過(guò)加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)控制變形量，技術(shù)上安全可行。

⑤DK567+543～+585段回填反壓、洞內(nèi)加固施工技術(shù)方案易行，且回填有利于減小山體偏壓，隧道永久性安全得到有效保障。

2.3 施工方案的經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)明挖法和蓋挖法的工程量和施工成本進(jìn)行了一個(gè)大概的統(tǒng)計(jì)，其中蓋挖法只增加了約23.5萬(wàn)元的工程預(yù)算。相對(duì)來(lái)說(shuō)，明挖法不僅在場(chǎng)地費(fèi)、林木砍伐等項(xiàng)目上增加開(kāi)支，而且會(huì)增加一部分施工費(fèi)用，工程預(yù)算比明挖法要高一些。經(jīng)對(duì)比分析，蓋挖法更符合本次工程建設(shè)要求，并且該工法能夠在節(jié)省成本的同時(shí)進(jìn)一步壓縮工期，相對(duì)來(lái)說(shuō)更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此，建議采用蓋挖法施工。

3 蓋挖法施工工藝

按照蓋挖法理念，結(jié)合地表0～3m為粉質(zhì)黏土，以下為泥巖砂巖及礫巖，護(hù)拱（蓋子）地基承載力相對(duì)較高的現(xiàn)狀，該淺埋段采用無(wú)邊樁蓋挖法施工。通過(guò)明挖法施作拱部，在明挖基槽內(nèi)先施做套（護(hù)）拱條形混凝土基礎(chǔ)，在利用鋼拱架上懸吊鋼模灌注鋼筋混凝土護(hù)拱，其余部分在護(hù)拱施工完成后采用洞內(nèi)暗挖施工。

施工順序：施做地表臨時(shí)排水系統(tǒng)→拱部預(yù)留核心土開(kāi)挖，并施作臨時(shí)邊仰坡防護(hù)→護(hù)拱條形混凝土基礎(chǔ)→架設(shè)拱部鋼架→安裝護(hù)拱內(nèi)外模→澆筑護(hù)拱混凝土→待護(hù)拱混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，回填漿砌片石→按新奧法暗挖施工其余部分。

3.1 截水天溝及邊坡防護(hù)施工

3.1.1 截水天溝施工

在蓋挖法施工前要在洞口邊仰坡范圍內(nèi)設(shè)置好臨時(shí)天溝截水溝。邊仰坡開(kāi)挖邊緣線外5～10m設(shè)置截水天溝，截水天溝尺寸為0.4×0.6的梯形天溝。確保拱部明挖段排水通暢，防止陰雨天氣時(shí)雨水對(duì)邊坡范圍內(nèi)沖刷及隧道主體浸泡，對(duì)巖體等基礎(chǔ)承載力造成影響。挖機(jī)開(kāi)挖完成后，在天溝內(nèi)壁噴射C25混凝土8cm，作為臨時(shí)防護(hù)。永久性截水天溝在洞門施工完成后施做。

3.1.2 邊坡防護(hù)施工

在開(kāi)挖邊仰坡時(shí)，必須嚴(yán)格按照施工步驟先對(duì)邊、仰坡以上的山坡穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)地考察，將懸石、危石清理干凈。邊仰坡坡率按設(shè)計(jì)圖紙施工。邊坡開(kāi)挖完成后，對(duì)天溝范圍內(nèi)至仰坡開(kāi)口線范圍內(nèi)采用掛網(wǎng)噴護(hù)作為臨時(shí)防護(hù)。①邊仰坡臨時(shí)開(kāi)挖面采用噴錨網(wǎng)防護(hù)：噴砼厚10cm，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距25cm×25cm，錨桿采用Φ32砂漿錨桿，長(zhǎng)6.0m，間距1.2m×1.2m。

3.2 拱部明挖施工

隧道拱頂以上到地表均采用明挖法施工。按設(shè)計(jì)要求順著隧道外輪廓線逐步開(kāi)挖，邊挖邊護(hù)，開(kāi)挖深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況確定。開(kāi)挖到拱頂時(shí)暫不開(kāi)挖隧道范圍內(nèi)土（石）體，而是將其作為護(hù)拱混凝土施工的內(nèi)模（土模）方便下道工序順利開(kāi)工。

3.3 蓋挖及暗挖過(guò)渡段施工

蓋挖到暗挖過(guò)渡段由于進(jìn)出套拱的過(guò)度段處為圍巖薄弱段，所以施工套拱前在套拱兩端結(jié)合套拱鋼架采用大管棚并注漿進(jìn)行預(yù)支護(hù)。

3.4 護(hù)拱基礎(chǔ)施工

根據(jù)明挖基坑深度和地質(zhì)水文狀況確定護(hù)拱基礎(chǔ)形式，通常采用擴(kuò)大條形混凝土基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。對(duì)于樁基礎(chǔ)施工，必須在隧道開(kāi)挖輪廓線外布置樁基礎(chǔ)，同時(shí)設(shè)置專用托梁。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（如型鋼拱架拼裝圖），便于下一步護(hù)拱鋼架與基礎(chǔ)（或托梁）以及初支鋼架與護(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。

3.5 套拱施工

待混凝土基礎(chǔ)施作完成后，根據(jù)隧道設(shè)計(jì)斷面尺寸，安裝拱部型鋼鋼架，鋼架間距與暗挖部分初期支護(hù)鋼架間距一致。護(hù)拱鋼架采用Ⅰ20型鋼拱架間距60cm，拱架腳部采用C25砼底梁（截面（0.6m+0.8m）/2×0.5m）做支撐），縱向間距60cm，采用Φ22鋼筋縱向連接，環(huán)向間距100cm，套拱環(huán)向長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)及施工情況進(jìn)行調(diào)整，拱腳嵌入巖石深度不小于50cm，確保施工安全。套拱拱腳與巖面連接采用Φ42鎖腳鋼管并注漿穩(wěn)固鋼架，鋼管長(zhǎng)L=4m，其中端部1m埋入護(hù)拱砼內(nèi)，鎖腳錨管按每側(cè)2根，縱向間距0.6m布置，并與鋼架焊成一體，Φ8鋼筋網(wǎng)片焊接在拱架外側(cè)，確保套拱澆筑后與巖面牢固連接。

3.6 護(hù)拱混凝土施工

裝配型鋼鋼架的過(guò)程中，先將護(hù)拱混凝土基礎(chǔ)（或托梁）中的預(yù)埋鋼板鑿出，通過(guò)螺栓對(duì)其進(jìn)行連接。采用在鋼拱架上懸吊鋼模的方法施作護(hù)拱內(nèi)模，然后用模板加固護(hù)拱外模。檢查并確認(rèn)護(hù)拱的內(nèi)、外模穩(wěn)固后澆筑護(hù)拱混凝土。護(hù)拱采用C20砼，拱部厚100cm，底部厚150cm。待護(hù)拱砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拱頂2m范圍內(nèi)回填M10漿砌片石，并在DK567+543～+585段右側(cè)自然沖溝采用M10漿砌片石鋪砌，并在頂面設(shè)置洞頂水溝。

3.7 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(kāi)挖和支護(hù)。暗洞段拱部保留原鋼架及噴砼，取消系統(tǒng)錨桿。剩余部分圍巖的開(kāi)挖支護(hù)施工，開(kāi)挖過(guò)程中注意為隧道預(yù)留20cm的變形量，結(jié)束初支工序后盡快對(duì)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行踩點(diǎn)和布置。遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的暗挖方針，嚴(yán)格開(kāi)挖制循環(huán)進(jìn)尺，及時(shí)施作鋼架確保鎖腳錨管施工質(zhì)量。

3.8 拱頂碎石土回填

待混凝土強(qiáng)度符合相應(yīng)指標(biāo)后，用碎石土回填并夯實(shí)（回填標(biāo)高為200cm），再將頂面做出一50cm粘土隔水層；DK567+543～+585段回填反壓段覆蓋層小于200cm的段落，回填至200cm高度，并逐層夯填密實(shí)；臨時(shí)改溝一并進(jìn)行回填，采用對(duì)稱回填，減少對(duì)山體及結(jié)構(gòu)物的偏壓。

3.9 監(jiān)控量測(cè)

在前期監(jiān)控量測(cè)的基礎(chǔ)上，在洞內(nèi)及地表以5m為一個(gè)斷面采取加密布點(diǎn)監(jiān)控。對(duì)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果繪制成圖譜進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時(shí)掌握圍巖的變化情況。

3.10 施工注意事項(xiàng)

①做好超前支護(hù)輔助施工措施，以保證開(kāi)挖作業(yè)安全。②圍巖開(kāi)挖采用挖掘機(jī)和人工配合施工，局部需爆破施工時(shí)，密打眼，采用預(yù)裂爆破施工，盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)。③遵循步步成環(huán)的原則，每步開(kāi)挖后，及時(shí)施作初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，盡早封閉成環(huán)。④施工前，應(yīng)做好地表截水天溝和臨時(shí)排水措施，確保拱部明挖段排水通暢。施工中，加強(qiáng)對(duì)邊仰坡變形的監(jiān)控量測(cè)工作，分步分段開(kāi)挖，并及時(shí)做好防護(hù)措施，待護(hù)拱襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度回填，完善地表排水體系后，方可進(jìn)行暗洞施工，施工中，控制進(jìn)尺長(zhǎng)度，并加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)分析，必要時(shí)調(diào)整優(yōu)化支護(hù)措施，確保施工安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

望香臺(tái)隧道在超淺埋偏壓復(fù)雜地質(zhì)地段采用蓋挖法施工，已于2014年10月順利完工，目前該段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無(wú)質(zhì)量病害問(wèn)題。因此，在隧道淺埋偏壓地段，根據(jù)實(shí)地調(diào)查采用蓋挖法施工，對(duì)縮短工期、保證質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境等都有積極的作用。同時(shí)，該方法的成功應(yīng)用，亦為類似工程情況提供了解決方案。

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