隧道淺埋偏壓段關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化研究

劉鵬

中交一公局華南工程有限公司 廣東廣州 510700

近年來，隨著國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)大，隧道現(xiàn)階段工程數(shù)量越來越多，淺埋、偏壓、軟弱圍巖隧道已成為常見的隧道類型。隧道的進(jìn)洞及淺埋偏壓段是施工災(zāi)害的頻發(fā)地段，對(duì)該地段的支護(hù)措施的研究，方案的合理優(yōu)化，在減小施工難度和降低安全風(fēng)險(xiǎn)上具有十分重要的理論和實(shí)際意義。本文敘述了廣西荔浦至玉林高速公路鴉橋江隧道淺埋偏壓段技術(shù)優(yōu)化及施工要點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

鴉橋江隧道基本略呈弧形展布，隧道分左、右線設(shè)計(jì)，左線起訖里程樁號(hào)為ZK236+615-ZK237+218，隧道長603m，中線最大埋深60.7m。右線起訖里程樁號(hào)為K236+600-K237+178，隧道長578m，中線最大埋深63.8m。其中左線ZK236+930-ZK236+960、右線K236+944-K236+991段，段屬于淺埋偏壓段。

圖2 左線淺埋偏壓段橫斷面圖

圖3 右線淺埋偏壓段縱斷面圖

圖4 右線淺埋偏壓段橫斷面圖

1.2 工程地質(zhì)條件

隧道淺埋偏壓段為Ⅴ級(jí)圍巖，巖性主要為強(qiáng)-中風(fēng)化硅質(zhì)頁巖，為軟巖，受構(gòu)造影響節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。隧道開挖后頂部及側(cè)壁圍巖自穩(wěn)能力一般，無支護(hù)時(shí)局部可能產(chǎn)生大型坍塌，側(cè)壁有時(shí)失去穩(wěn)定。

該隧道區(qū)主要屬于中低山地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程116-191m，最大高差約75m。山體自然坡度一般20-40°，局部可達(dá)50°。隧道南側(cè)山坡植被較發(fā)育，多種植荔枝樹、松樹，隧道北側(cè)多種植桉樹。進(jìn)、出口均處于山前坡地帶，山坡處于穩(wěn)定狀態(tài)[1]。

1.3 原設(shè)計(jì)方案

1.3.1 左線淺埋偏壓段處理措施

左線淺埋偏壓段樁號(hào)為ZK236+930-ZK236+960，長30m。此段采用蓋挖法施工，在地面回填碎石土后設(shè)置鋼筋混凝土蓋板，地表注漿預(yù)加固后采用暗挖法施工，注漿加固范圍為K236+925-K236+950，長25m；橫向范圍按隧道中線左側(cè)15m、右側(cè)15m；隧道開挖線以外范圍φ89×5鋼管豎向打入深度按仰供開挖底線以下100cm，開挖線以內(nèi)范圍打入深度至隧道圓心水平線；頂面設(shè)置50cm厚C25鋼筋混凝土蓋板，澆筑完蓋板對(duì)鋼管進(jìn)行注漿。

1.3.2 右線淺埋偏壓段處理措施

右線淺埋偏壓段樁號(hào)為K236+944-K236+991，長47m。此段采用明挖法施工，開挖前施做洞頂截水溝，防止地表水滲入開挖面影響明洞邊坡和成洞面的穩(wěn)定。開挖過程中分層小切口明挖，明洞逐級(jí)開挖逐級(jí)防護(hù)，仰坡防護(hù)采用噴錨防護(hù)、植草防護(hù)等防護(hù)方案；開挖至成洞面附近時(shí)預(yù)留核心土體，施工長管棚后開挖進(jìn)洞。成洞后回填土夯實(shí)，地表蓋50cm厚隔水粘土層。

2 調(diào)查研究

2.1 左線淺埋偏壓段

本隧道工程自然環(huán)境及周邊環(huán)境復(fù)雜，且技術(shù)要求高，左線淺埋偏壓段區(qū)域地表沖溝位置處為2-3m厚松散堆積土、其他位置為中風(fēng)化灰?guī)r，有孤石。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件原設(shè)計(jì)地表注漿效果達(dá)不到預(yù)期要求，且施工時(shí)間長，注漿量將遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)工程量，經(jīng)濟(jì)成本高。

2.2 右線淺埋偏壓段

隧道右線淺埋偏壓段洞口山體陡峭，按照原設(shè)計(jì)方案需要開挖三級(jí)邊坡，對(duì)原地貌破壞較大，尤其在南方施工受雨季及地形影響，采用大面積開挖對(duì)工期影響較大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，后期運(yùn)營安全隱患較大，且違背了隧道“零開挖”進(jìn)洞的施工理念。

3 方案優(yōu)化

3.1 左線淺埋偏壓段

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況勘查、研究并召開專家會(huì)議，決定洞外回填碎石土改用水泥土回填至拱頂以上3m并分層壓實(shí)，50cm厚C25鋼筋砼蓋板改為30cm厚C20素砼進(jìn)行封層防水，豎向地表注漿改為洞內(nèi)管棚超前支護(hù)。

回填水泥土水泥型號(hào)采用P·O42.5硅酸鹽水泥；水泥摻入量5%-10%，根據(jù)現(xiàn)場施工回填土質(zhì)、水泥固結(jié)情況及施工經(jīng)驗(yàn)動(dòng)態(tài)選取，摻水量以不泌水為度，水泥土28天抗壓強(qiáng)度不小于2MPa。

為有效利用現(xiàn)有材料，洞內(nèi)管棚也采用φ89×5鋼管，在拱部設(shè)置，環(huán)向間距40cm，縱向間距6m一環(huán)，上插角5-15°（不含路線縱坡）。

圖5 洞內(nèi)超前管棚布置圖

圖6 洞內(nèi)超前管棚縱斷面圖

3.2 右線淺埋偏壓段

右線淺埋偏壓段山體植被覆蓋完整，自穩(wěn)能力較好，為保護(hù)自然生態(tài)，降低邊坡開挖高度，避免大面積開挖，貫徹隧道“零開挖”進(jìn)洞理念，對(duì)洞口方案進(jìn)行優(yōu)化，將出洞口明暗交接處由K236+944移至K236+948，將進(jìn)洞口明暗交接處由K236+991移至K236+985，總縮短明洞長10m，以減小邊坡開挖高度和面積[2]。

4 施工要點(diǎn)總結(jié)

4.1 回填水泥土參數(shù)確定

在水泥摻入量5%-10%，含水量在10%-30%進(jìn)行參數(shù)試驗(yàn)，并通過試拌調(diào)整，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 28d水泥土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表（單位：Mpa）

經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定水泥土最終配合比：水泥摻入量：7%，含水量15%，28天抗壓強(qiáng)度為2.2MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 水泥土回填

（1）對(duì)地表進(jìn)行清表工作，并清除孤石。

（2）將P·O42.5硅酸鹽水泥、素填土運(yùn)至現(xiàn)場，并摻入水泥。

（3）采用機(jī)械拌合均勻，從低處分層回填夯實(shí)，每層回填厚度不超過30cm，壓實(shí)度不小于90%，回填范圍為隧道中線兩側(cè)15m內(nèi)。

（4）對(duì)回填土高度測量監(jiān)控，直至回填至隧道拱頂以上

3.0 m。

4.3 蓋板、排水溝施工

30cm厚素混凝土蓋板一次性澆筑完成；排水溝與原山谷沖溝順接，使之形成完整的排水體系，防止山坡流水匯集地表且滲漏進(jìn)隧道，以保證洞內(nèi)圍巖穩(wěn)定及施工安全。

4.4 洞身開挖及支護(hù)

（1）施工洞內(nèi)管棚：管棚采用孔口管為Φ89×5mm熱軋無縫鋼管，節(jié)長3m、6m，鋼管環(huán)向間距40cm，上插角選10°；管棚采用絲扣連接，絲扣長15cm，φ83×5套絲鋼管長30cm，為了使鋼管接頭錯(cuò)開，編號(hào)為奇數(shù)孔位第一節(jié)管長3m，編號(hào)為偶數(shù)孔位的第一節(jié)管長6m，以后每節(jié)均為6m。管棚注漿采用水泥漿液，添加5%的水玻璃；水泥漿水灰比1:1，水玻璃濃度：35波美度；注漿初壓1.0MPa，終壓2.0-2.5MPa。

（2）淺埋偏壓段為Ⅴ級(jí)圍巖，巖層為強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)頁巖，圍巖破碎，采用人工配合機(jī)械開挖。對(duì)局部需要爆破時(shí)，采用多鉆孔、少裝藥控制爆破。

（3）根據(jù)圍巖等級(jí)左線淺埋偏壓段洞身開挖工藝采用CD法施工，導(dǎo)坑分臺(tái)階開挖，臺(tái)階長度5-10m，并按照設(shè)計(jì)圖紙支護(hù)鋼拱架，每1榀（0.5m）為一個(gè)施工循環(huán)。

4.5 施工注意事項(xiàng)

（1）注意左右線隧道淺埋偏壓段施工順序，合理組織工序，避免互相干擾。

（2）因隧道淺埋偏壓段在山谷或沖溝處，故避開雨季施工，提前做好排水措施，尤其右線明洞需注意避免雨水灌入隧道洞內(nèi)[3]。

5 結(jié)語

左線隧道淺埋偏壓段施工過程中，通過在洞外進(jìn)行水泥土回填和蓋板處理，減少了洞內(nèi)滲水量，增加洞內(nèi)管棚注漿預(yù)加固，開挖過程中嚴(yán)格按照圍巖等級(jí)對(duì)應(yīng)工藝施工，施工安全質(zhì)量得到了有效保證，順利完成隧道淺埋偏壓段施工，加快了施工進(jìn)度。

右線隧道淺埋偏壓段通過研究采用“零開挖”法，使山體保持穩(wěn)定，大量少了植被破壞，保護(hù)了自然生態(tài)平衡。相比于通常的邊、仰坡開挖法，“零開挖”法在確保施工安全及工后運(yùn)營安全的前提下，減少了邊、仰坡開挖，工藝更為安全快捷。

本次技術(shù)方案優(yōu)化，既保證了施工安全質(zhì)量又縮短了施工工期，左、右洞優(yōu)化后工程造價(jià)減少150萬元，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。