軟巖隧道淺埋偏壓段蓋挖施工

鐘達(dá)

[摘要]隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速增長，國民交通建設(shè)也成為日益關(guān)注的焦點，其中隧道建設(shè)每年新增投資越來越多，新建隧道線路往往呈現(xiàn)地質(zhì)條件多元化、復(fù)雜化。為保證隧道在淺埋偏壓段的安全快速施工，本文以現(xiàn)場實際工程為依據(jù)，討論蓋挖法在軟巖及硬巖地區(qū)淺埋偏壓隧道的施工工藝。

[關(guān)鍵詞]軟巖隧道；淺埋偏壓段；蓋挖施工

文章編號：2095 - 4085（2018） 07 - 0100 - 04

由于地處于淺埋偏壓段的隧道往往會阻礙隧道的正常開挖掘進(jìn)，威脅隧道施工人員的安全，如若處理不好，會長期存在安全質(zhì)量隱患。一般來說，淺埋段隧道的施工多設(shè)計為反壓回填，具有處理周期長，自然影響因素多，會嚴(yán)重制約隧道洞內(nèi)的正常施工。蓋挖法在軟巖及硬巖地區(qū)淺埋偏壓隧道的施工工藝具有很多優(yōu)點。

1 特點

在隧道未進(jìn)入淺埋段施工前，該施做方法充分考慮了地表防排水、隧道施工安全性及后期環(huán)水保。

在淺埋段處理范圍以外，設(shè)置截排水溝，并引流至山下，減少隧道開挖及運營時的水量。

淺埋段地區(qū)處理，在地勢較低處（隧道開挖線之外）增加了鋼管樁及大體積混凝土，運用鋼管樁、鋼拱架對地表淺埋段進(jìn)行處理。淺埋段處打設(shè)砂漿錨桿，錨桿體與鋼拱架焊接。鋼拱架上部打設(shè)一組鎖腳鋼管。拱架上下各設(shè)置一層鋼筋網(wǎng)片，立模澆筑混凝土。蓋挖法能夠?qū)⒐绊攪鷰r與澆筑混凝土形成統(tǒng)一整體，使之在下部結(jié)構(gòu)開挖時，能夠有效的降低拱頂塌落的危險，施工安全系數(shù)高。

2 適用范圍

本蓋挖法適用于軟巖淺埋偏壓隧道的施工，也適用于硬巖淺埋偏壓段隧道的施工處理。對于山勢陡峻，修建便道過長的淺埋段處理，優(yōu)先選擇蓋挖法以節(jié)約成本，提高施工的安全性。

3 工藝原理

3.1 判斷隧道深淺埋

為確保施工安全，在討論圍巖壓力時，當(dāng)隧道拱頂以上覆蓋值小于深埋隧道荷載計算高度的2.5倍時，《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定如表1。

再根據(jù)計算判定深淺埋

h=0. 45×2s -1ω，

hs =2.5h，

ω=1+i（B-5）。

ω一一寬度影響系數(shù)；i——B每增減Im時，圍巖壓力增減率，當(dāng)曰<5m時，i=0.2；B>5m時，i=0.1；h——圍巖壓力計算高度（m）；s——圍巖級別，s=5；B——坑道寬度，m；時速350km/h的高鐵隧道開挖寬度，V級圍巖取14.96m。

則ω=l+i（B-5）=1+0.1（14.96-5） =1.996

h=0. 45×2s -1ω=0.45×25 - lω≈14. 37m

hs=2. 5h= 35. 9m

則可以得出以下結(jié)論，時速350km/h高鐵隧道，當(dāng)其覆蓋層h

當(dāng)隧道洞身地表傾斜，覆蓋層厚度滿足以上h（實）

淺埋段（地表水平）荷載分部見圖1；淺埋偏壓段荷載分部見圖2。

3.2施工工藝原理

本工法采用隧道淺埋段開挖限界之外的可靠地層，在隧道開挖之前，施工大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)之上施工覆蓋在隧道拱頂淺埋段之外的大幅混凝土，淺埋段混凝土大幅施工時，向淺埋段打設(shè)錨桿，并與該混凝土中結(jié)構(gòu)可靠連接。保證在開挖時，山體穩(wěn)定，隧道拱頂不發(fā)生掉塊，塌落等，確保施工任務(wù)的安全進(jìn)行。

先用挖機(jī)等在地表淺埋偏壓段上清理植被及表層覆土（保證上部刷坡坡度安全，噴錨防護(hù)）；再將山體偏壓段上部及下部，清理至巖面，各打設(shè)兩排縱向鋼管樁，并注漿，鋼管樁打設(shè)在隧道開挖邊線以外，切勿伸入開挖限界之內(nèi)?？v向打設(shè)鋼管樁，并注漿；在隧道對應(yīng)開挖范圍內(nèi)，安裝環(huán)向鋼拱架，拱架一頭焊接在鋼管樁上；施做大體積鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，將鋼管樁外露部分嵌入基礎(chǔ)中。拱架上部打設(shè)兩層鎖腳鋼管，在上部已清理出的巖面處打設(shè)錨桿，并注漿，錨桿外露部分接長并焊接在拱架上。鋼架上焊接縱向連接鋼筋，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片。

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程見圖3

4.2操作要點

4.2.1測量放線

（1）清理地表植被，以便于測量；

（2）測量隧道開挖區(qū)域地表橫縱斷面，明確地表淺埋段長度及寬度，確定淺埋段處理范圍，并打樁做好標(biāo)記。

4.2.2開挖截排水溝

在確定的地表淺埋段處理范圍之外5m處開挖截排水溝，并澆筑混凝土。保證能將山上雨水引排至山下或自然溝；避免后期大量雨水滲入隧道內(nèi)，給隧道施工期間排水增加困難。截水天溝大樣圖見圖4。

1.本圖尺寸除注明者及鋼筋直徑以mm計外，其余均以cm計。

溝身采用C25現(xiàn)澆混凝土，設(shè)置Φ8鋼筋網(wǎng)，間距20cm*20cm，截水溝中線距離刷坡線距離不小于5m，流水坡度不小于3‰，并根據(jù)現(xiàn)場實際地形設(shè)置。每延米溝身用C25混凝土0.9㎡，鋼筋13. 23kg。

4.2.3施做大體積混凝土基礎(chǔ)

在刷坡上部及下部設(shè)置大體積混凝土基礎(chǔ)，在施做基礎(chǔ)之前，先用潛孔鉆打設(shè)Φ89鋼管樁，地下打設(shè)4. 5m，地上預(yù)留部分長度為50cm；Φ89鋼管樁布置縱向間距0.5m，每處兩根。鋼管樁長度5m，鋼管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔與孔之間間距為15cm，梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段150cm。注漿采用1：1水泥漿（重量比），注漿壓力為0.5～2.OMPa，采用P.0 42.5型號水泥。目前國內(nèi)注漿工程中，攪拌器容積為300L，主軸轉(zhuǎn)速40～60r/min，電機(jī)功率為1.5kW，重量為145kg，攪拌能力為10～15㎡/h。注漿時，密切關(guān)注注漿壓力表讀數(shù)，注漿采用逐漸加壓式注漿，注漿結(jié)束后應(yīng)將注漿管封堵密實；二次加壓，第一次注漿2h后，將每個注漿孔按照0.lMPa的壓力保持lOmin注漿。當(dāng)達(dá)到下列情況之一時，即可結(jié)束注漿。①當(dāng)注漿壓力達(dá)到終壓且穩(wěn)定10min時；②孔口管出現(xiàn)冒漿時。具體設(shè)置見圖5。

鋼管樁施做及注漿完成后，開始施做基礎(chǔ)鋼筋，主筋為Φ25螺紋鋼，環(huán)向間距為20cm；縱向筋和箍筋分別為Φ16，Φ8，間距為25cm，Φ25螺紋鋼主筋在基礎(chǔ)外預(yù)留80cm及160cm，前后左右錯開布置?；A(chǔ)厚度為80cm，寬度為200cm，大體積混凝土基礎(chǔ)見圖6。

鋼管樁注漿完成后，按照所刷坡面的形狀，加工122b鋼拱架，鋼拱架縱向間距Im，拱架兩端與鋼管樁進(jìn)行有效連接。榀與榀鋼拱架之間采用Φ22縱向連接鋼筋焊接，為增強(qiáng)鋼拱架的整體穩(wěn)定性，焊接形式采用“八”字型，可靠焊接在鋼架外側(cè)翼緣。完成后在基礎(chǔ)部位澆筑C35混凝土見圖7。

4.2.4淺埋段地表處理

（1）清理淺埋段危石及雜物。

（2）在鋼拱架上下表面綁扎兩層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)主筋與大體積混凝土基礎(chǔ)預(yù)留鋼筋焊接連接，單面焊縫長度為25cm。鋼筋網(wǎng)層間距為30cm，上下層鋼筋網(wǎng)保護(hù)層為7cm；環(huán)向主筋采用誣5螺紋鋼，環(huán)向間距為20cm；縱向筋和箍筋分別為Φ16、Φ8，間距均為25cm。

（3）鋼筋綁扎完成后，開始模板安裝作業(yè)，模板安裝安全牢固，從下而上每2m高度留有混凝土澆筑窗口及振搗窗口，模板有接縫的位置用泡沫劑堵縫，防止?jié)仓炷吝^程中漏漿，造成混凝土蜂窩麻面，混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，滲水等。

澆筑混凝土應(yīng)自下而上逐層澆筑，澆筑自由落差不宜大于2m，要求一次性連續(xù)澆筑到位，以提高混凝土的整體性及質(zhì)量可靠性。澆筑過程中注意觀察模板及加固鋼筋有無變形，試驗員隨時把控混凝土性能，做好坍落度試驗。

4.2.5地表回填處理

混凝土施工完成后，在坡下修建一堵C20片石混凝土擋墻，用于淺埋段回填收坡，施作擋墻時，應(yīng)做好地基處理，基底承載力不小于250kPa；當(dāng)基底為土層時，應(yīng)采用C20片石混凝土換填至強(qiáng)風(fēng)化巖面一下0.5m。

擋墻高度根據(jù)回填后隧道開挖線范圍內(nèi)3%0的流水面確定。先分層回填水泥土（摻l0%），并及時夯實，人工夯實每層厚度不得大于0.2m，機(jī)械夯實每層厚度不得大于0.3m。表層客土回填，并撒草籽見圖8。

5 效益分析

（1）隧道淺埋段設(shè)計一般采用反壓回填或減少開挖臨空面的施工工法通過，如4步CD法、交叉中隔壁法等，類似施工方法有施工速度慢，周期長，工藝復(fù)雜，施工風(fēng)險不可控的缺點。而采用蓋挖法能夠大幅提高洞內(nèi)施工的安全性，降低開挖過程中產(chǎn)生塌方掉塊的風(fēng)險，減少地表滲水量，該方法操作性強(qiáng)，風(fēng)險可控性高。大體積混凝土基礎(chǔ)能夠有效承載上部壓力，中間拱形大幅混凝土施工結(jié)合砂漿錨桿能對隧道開挖掌子面上方的巖層起到懸掛作用，增強(qiáng)其整體性，避免施工中坍塌冒頂。其開挖工法簡單，施工快捷高效，采用此法能有效加快施工進(jìn)度，縮短施工工期。

（2）蓋挖法大體積混凝土施工完成后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，隧道內(nèi)快速開挖上臺階，并及時施作上臺階臨時仰拱，中下臺階開挖支護(hù)及時跟進(jìn)，盡早進(jìn)入二次襯砌施工階段。當(dāng)二次襯砌施作完成且達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，地表及時進(jìn)行回填施工。此工法洞內(nèi)外施工相互影響較小，施工主動性強(qiáng)，節(jié)約工期。