隧道淺埋暗挖富水段施工技術(shù)研究

賀鴻利

（山西昔榆高速公路有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

該隧道項目設(shè)計的是單洞雙線方式，隧道的整體長度11.08km，起訖樁號K31+552—K42+632，其中K35+227—K35+518 段為溝谷區(qū)，常年流水、積水，淤積層的厚度偏大，土體含水量基本為飽和狀態(tài)，隧道洞口頂部埋深范圍3.1～9.8m。開挖需要穿越富水段（各巖土層的力學(xué)性能如表1所示），施工階段容易發(fā)生突水、涌泥等現(xiàn)象，施工難度系數(shù)高，存在安全隱患。為了保證隧道施工質(zhì)量及安全，必須采用淺埋暗挖富水段施工技術(shù)。

表1 富水段各巖土層的力學(xué)性能

2 施工技術(shù)

2.1 地表水預(yù)處理

此隧道項目中河溝位置的水流小、時間長，產(chǎn)生了淤積層，為了控制淺埋段地表水從隧洞頂流過，必須在線路右側(cè)50m 處設(shè)置攔水壩，實現(xiàn)河溝與沖溝地表水的有效攔截，從攔水壩上部修建集水井、安裝抽泵，將水引排至線路左側(cè)。在線路左側(cè)40m 處設(shè)置攔水壩，以免下游水倒流。通過攔水壩將地表水攔截，然后使用水泵實現(xiàn)地表水引排。

2.2 隧洞內(nèi)排水

從隧道中線開始，以14m 為間距建立口徑相對較大（200cm）的井，井底位置標高低于隧道底部位置標高約3m，井內(nèi)使用PVC 管（直徑=200mm）實施護壁處理，PVC 管中按照合理的間距設(shè)置開孔，各排水井均安裝潛水泵，實現(xiàn)有效排水。

2.3 地表注漿

隧洞內(nèi)排水施工結(jié)束后，隧洞頂部土體的含水量減少，原土體呈現(xiàn)松散狀態(tài)，且土體間黏聚力減弱，應(yīng)力分布不均勻，就會威脅隧洞開挖施工安全性。所以需要采用地表注漿實施處治，注漿小導(dǎo)管的直徑=42mm，各段長度為4.5m，灌注的是水泥單液（水灰比控制為1∶1），各灌漿孔間距3m，漿液擴散半徑2m。小導(dǎo)管灌漿施工包含初壓階段與終壓階段，其中初壓階段的灌漿壓力控制為0.2～0.5MPa，終壓階段的灌漿壓力則控制為2～3MPa。此項目灌漿施工順序為：從外側(cè)2 排孔至內(nèi)側(cè)灌漿。各排灌漿孔先從兩端灌注，緊接著以間隔交錯方式進行灌注。

2.4 超前支護

為了確保汛期隧道項目施工的安全性，需要在K35+227—K35+518 段安裝管棚，間隔距離是3 根/m。管棚材料選擇熱軋無縫鋼管，注漿液為水泥漿，注漿壓力控制為0.5～1.0MPa，具體施工流程如圖1所示。需要布設(shè)小導(dǎo)管（材料應(yīng)采用熱軋無縫鋼管），將小導(dǎo)管的前端制作成為錐形，便于插打、防止?jié){液前沖。

圖1 超前支護流程

2.5 開挖支護

此隧道項目淺埋段開挖采用的是三臺階七步法，模式是弧形導(dǎo)坑開挖預(yù)留核心土，劃分成為三臺階與七開挖面，隧道各位置開挖與支護都采用“縱向錯開”+“平行推進”的方式。施工必須符合以下幾項要求：

第一，結(jié)合項目實際情況選擇機械設(shè)備實施開挖，同時以弱爆破的方式配合施工；

第二，弧形導(dǎo)坑應(yīng)順輪廓線完成環(huán)向開挖，預(yù)留核心土，待開挖結(jié)束后立即支護；

第三，采用分部平行開挖的方式，從平行方向進行初支，各分部初支應(yīng)緊密銜接，最短時間內(nèi)實現(xiàn)封閉成環(huán)；

第四，仰拱必須緊跟下臺階，快速閉合，形成穩(wěn)定、安全的支護體系；

第五，施工階段應(yīng)加強監(jiān)控測量，密切觀測隧道圍巖條件與支護狀態(tài)，結(jié)合監(jiān)控微調(diào)支護參數(shù)與預(yù)留變形量，確保施工安全性；

第六，優(yōu)化隧洞中臨時防排水系統(tǒng)，嚴格控制地下水浸泡拱墻腳。

為了增強隧道圍巖結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性，需要及時完成支護處理。根據(jù)設(shè)計要求做好V 級圍巖支護，采用的初期支護方式是型鋼支撐，以0.5m/榀的間距布設(shè)，砂漿錨桿長度5m，開挖結(jié)束后需要及時噴射混凝土（厚度30cm，混凝土級別C30）。

2.6 仰拱襯砌施工

此隧道項目仰拱襯砌選擇的是C35 鋼筋混凝土，施工時應(yīng)注意下述幾點：

第一，隧道底部開挖使用的是全幅分段方式，從上面建立仰拱棧橋，循環(huán)開挖長度應(yīng)處于2～3 榀之間。

第二，隧道底部開挖完成后，需要及時將積水、泥漿等清理干凈，同時噴射C35 混凝土（厚度處于3～5cm 間），完成巖層表面的封閉處理，結(jié)合設(shè)計規(guī)定安裝仰拱鋼架，使混凝土復(fù)噴符合規(guī)定厚度要求，最短時間內(nèi)實現(xiàn)初支封閉成環(huán)。

第三，仰拱施工階段需要將循環(huán)澆筑長度控制在4～6m 之間。混凝土采用全幅分段澆筑方式，保證一次澆筑成型，無須設(shè)置縱縫，施工縫和變形縫應(yīng)建立止水帶，仰拱襯砌施工結(jié)束后，其表面的平整度應(yīng)符合要求，且無積水。

第四，仰拱位置混凝土澆筑前，必須把表面的雜質(zhì)、積水等清理干凈，均勻、連續(xù)地澆筑混凝土，確保一次澆筑成型。當混凝土強度級別符合要求后，才能在上面行走，此外，仰拱填充表面坡度需滿足設(shè)計要求，保證排水通暢、無積水現(xiàn)象。

第五，合理縮短仰拱與開挖面間距，需要時應(yīng)使仰拱跟進至下臺階位置，且二次襯砌必須緊隨掌子面。

2.7 圍壁注漿和擴散注漿技術(shù)

應(yīng)用圍壁注漿法時，一般會選擇利用初支外圍的方式，逐漸形成漿脈，這樣有利于避免隧道墻壁出現(xiàn)嚴重的塌方等事故。應(yīng)用該項技術(shù)時，掌子面施工必須引起關(guān)注和重視，為保證掌子面施工質(zhì)量，通常以擴散式注漿法為主，這樣可以促使隧道中的中粗砂層實現(xiàn)有效凝結(jié)、隧道墻壁逐漸變硬，為施工人員的挖掘工作打下良好基礎(chǔ)。這樣不僅有利于提高挖掘施工效率，還可以避免隧道突然崩塌導(dǎo)致發(fā)生安全事故。

應(yīng)用該技術(shù)時，必須對圍壁注漿中的參數(shù)、注漿壓力等進行綜合分析，還要在管道徹底清洗完成后，進行注漿施工。一般注漿孔需要沿著初支外圍護壁布置，整個過程中要利用外插角的方式對鉆孔的弧度進行設(shè)置，可以為初支外圍砂層提供可靠的保護壁。

應(yīng)用擴散式注漿技術(shù)時，要掌握和了解對比數(shù)值，與圍壁注漿技術(shù)展開對比分析，擴散注漿過程中，只需要以少量的水泥與水玻璃組合而成，這樣可以避免在鞏固隧道砂層時，產(chǎn)生過于堅硬的固體結(jié)構(gòu)。

施工人員應(yīng)用該方法時，要對注漿的長度、圍壁注漿長度之間的一致性進行綜合考量。在注漿時，施工人員要對圍壁進行注漿處理，后續(xù)以擴散式注漿的方式，遵循從上到下的方式進行隔孔處理。整個過程中，施工人員要先對奇數(shù)孔位進行處理，后完成偶數(shù)孔位。

隧道施工過程中，如果墻壁施工在注漿后，其表面處于密封飽和的狀態(tài)，那么施工人員可以直接忽視偶數(shù)孔位。由于施工地質(zhì)條件具有非常明顯的差異性，施工人員要結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，對施工方法進行合理的選擇和使用。特別是對流水以及流砂問題比較嚴重的位置進行重點注漿處理，對流水比較少的部位，則可以避免注漿施工處理，以此提高注漿效果，為注漿質(zhì)量提供保證。

2.8 下導(dǎo)洞引水控水技術(shù)

施工人員在對整個隧道進行挖掘施工處理時，要對目前流水的來源位置和基本走向進行確定。針對流水沖刷引起的諸多積粉細砂層，如果水流過小，可以實現(xiàn)自我穩(wěn)定，究其原因是暗挖隧道內(nèi)部的流水具有非常明顯的規(guī)律性，施工人員使用長管棚，將地下水順利引出。

施工人員要想利用流水規(guī)律實現(xiàn)引水，就要嚴格按照中隔壁法進行施工。在隧道的右上角開挖導(dǎo)洞，將水全部引入右側(cè)的拱腳位置。流水進入后，施工人員在左上導(dǎo)洞位置處，開展跟蹤式的開挖處理，這種形勢下左上導(dǎo)洞水位就會越來越淺，保證左側(cè)的導(dǎo)洞可以順利施工。

破導(dǎo)洞口前，由于右導(dǎo)洞中含有大量的積水，施工人員需要結(jié)合實際情況，提前使用通風鉆，在左右兩個門洞位置處進行打孔。打孔時，一般采用左上右下的方式，這種形勢下右側(cè)的水會全部流入左側(cè)位置，為施工的有序開展打下良好基礎(chǔ)。

應(yīng)用該技術(shù)時，可以對導(dǎo)洞中的積水進行適當?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，嚴格按照現(xiàn)有規(guī)范化順序，全面有序開展引水作業(yè)，促使隧道洞中的積水圍繞暗挖隧道，集中在下導(dǎo)洞的位置處。左右導(dǎo)洞相互之間實現(xiàn)交替開挖，每一個左右導(dǎo)洞保持5m 左右的距離，有利于保持隧道內(nèi)砂層的穩(wěn)定性，為左右導(dǎo)洞挖掘施工的有序開展打下良好基礎(chǔ)。另外，水流通過暗挖隧道下導(dǎo)洞的中間位置時，會出現(xiàn)流砂，隧道受到格柵鋼架以及臨時搭建的環(huán)形拱等支撐，沒有出現(xiàn)塌方?；诖?，施工人員可以選擇利用PVC 管，直接將水流從暗挖隧道中引出，這樣不僅有利于保持墻體自身穩(wěn)定性，還可以保證隧道下導(dǎo)洞挖掘時的安全性、穩(wěn)定性。

2.9 上導(dǎo)洞留核心土技術(shù)

在暗挖隧道挖掘施工過程中，施工人員可以根據(jù)施工現(xiàn)場的現(xiàn)狀及施工要求，合理利用中隔壁法，將隧道劃分成四個部分。提前預(yù)留出導(dǎo)洞的核心土，以小斷面的方式展開深入挖掘，使掌子面的穩(wěn)定性得到有效提升。施工人員要提前搭建仰拱，隔山鋼架與仰拱之間間隔5m 左右，使其可以逐漸變成小環(huán)。臨時仰拱、格柵鋼架與立柱相互之間的安全距離控制在5m 左右，以此逐漸形成大閉合環(huán)。

應(yīng)用該施工技術(shù)時，最明顯的優(yōu)勢就是可以直接將臨時的仰拱、立柱分節(jié)節(jié)點、格柵鋼架等相互之間的參數(shù)、影響因素等，與隧道挖掘尺寸以及施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境之間緊密聯(lián)系。施工人員可以結(jié)合實際情況以及周邊環(huán)境，對符合要求的施工方法進行選擇和利用，為隧道施工的安全性、穩(wěn)定性提供保證。在隧道施工環(huán)節(jié)，由于富水段的淺埋暗挖隧道可以利用初支外圍對其提供可靠的支撐力，施工人員可以直接在隧道中對格柵鋼架進行安裝，有利于對流水流砂問題進行妥善處理，提升暗挖隧道的安全性，加快暗挖的速度。

由此可以看出，淺埋暗挖施工技術(shù)目前的應(yīng)用范圍比較廣，不僅有利于提高施工質(zhì)量，還可以實現(xiàn)施工單位經(jīng)濟效益的增長。施工過程靈活、簡便，有利于縮短工期，為隧道施工的安全性、穩(wěn)定性提供保證。

2.10 監(jiān)控量測

為了實現(xiàn)隧道安全施工，需要在施工階段采用信息化技術(shù)進行嚴格監(jiān)控。結(jié)合監(jiān)測結(jié)果確定隧道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)，為施工參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。此隧道項目施工監(jiān)測具體措施如下：

第一，地表量測。延隧道的中心線以5m 間距布設(shè)觀測點，重點觀測淺埋段地表變化情況，確定施工階段可能出現(xiàn)的安全隱患。

第二，隧道洞內(nèi)位移和拱頂下沉觀測。安排專業(yè)技術(shù)人員負責拱頂下沉與周邊收斂程度量測，判斷隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隧道洞內(nèi)以5m 間距建立量測斷面，在量測斷面拱頂、起拱線以及墻腳處布設(shè)觀測點。使用水準儀實施拱頂下沉量測，使用周邊收斂儀器完成側(cè)壁位移量變化的量測。

3 結(jié)語

本文選擇實際隧道項目為研究對象，綜合分析了隧道淺埋暗挖富水段施工技術(shù)，包含地表水預(yù)處理、洞內(nèi)排水、地表注漿、超前支護、開挖支護、仰拱襯砌以及監(jiān)控量測等。實踐表明，此隧道項目淺埋暗挖段采用的施工技術(shù)安全、可行，提升了隧道施工質(zhì)量，實現(xiàn)了隧道安全施工，為后續(xù)施工奠定了基礎(chǔ)。