淺埋偏壓公路隧道施工技術的應用建議

周永琴

(山西省盂縣公路管理段，山西陽泉 045100)

1 案例工程

某公路工程全長285 km，需要24 588 km3路基土石，并有1 081 km3的排水防護，其中有20座大小的隧道，總長度22 510 m。本文將以其中的一座規格79 km/h的高速公路隧道為例，該隧道凈寬和凈高分別為10.603 m和6.804 m，屬于雙向四車道分離式隧道。隧道的左洞受到地形的限制，左側腹墻距離地表的最薄位置僅有2.5 m，接近洞口位置存在嚴重的偏壓，而且僅有9 m的埋深，屬于淺埋偏壓區。另外，在接近低山區的隧道，地勢具有較大的起伏，而且地勢斜坡坡度為27°～34°，再加上含水量較大的地表植被影響，需要采用降排水的措施。除此之外，進口段的圍巖屬于強風化粉砂巖，厚度為3 m～5 m，不僅頂板厚度薄，而且裂隙發育的強度低，存在較差的穩定性，坍塌和冒頂的危險系數比較大。筆者在綜合勘察工程現場的地質條件之后，發現該隧道存在以下幾方面的問題:首先是坡面的崩塌和滑動，在開挖腳部之后，圍巖出現松弛，并且隨著地下水的滲入，隧道可能發生崩塌和滑動。其次是偏壓，受到地形地貌分布的影響，巖層存在斷層和破碎，在偏壓的情況下，洞口開挖可能會破壞圍巖的平衡，導致坡面的崩塌。再次是地表的下沉，洞口位置的圍巖屬于強風化帶，而且存在堆積物，這些都是誘發地表沉降的可能性因素。最后是掌子面崩塌和承載力不足，難以形成承載拱，以及地基的承載力不足，容易引起掌子面滑動崩塌和隧道墻角下沉。

2 淺埋偏壓公路隧道施工技術的應用

淺埋偏壓公路的隧道施工，是在做好開工前施工準備工作的基礎上，在洞頂開挖砌筑截水溝和做好洞口排水設施，以及開挖洞口明洞、洞口邊仰坡、外側耳墻、半明洞土石方、成洞面邊仰坡等，然后進行外側耳墻和外側套拱的施工，根據圍巖的條件參數，開挖近洞口的淺埋偏壓段，進行初期的支護和仰拱施工，最終襯砌施工淺埋段和洞門。期間淺埋偏壓公路隧道的施工技術應用，具體情況如下。

2.1 雙層洞面施工技術

根據該隧道的節理發育和裂縫地質特征，工程以“早進洞、少開挖、安全成洞”為基本原則，加強植被的保護工作。工程根據洞口的實際情況，采用雙層洞面施工技術。

1)開挖洞口邊坡，要求在距離洞口正上方1 m～3 m的邊坡位置上，設置具有截堵和引排山水的排水溝，起到控制山水倒灌的作用。2)開挖洞臉之后，采用一定強度和長度的中空注漿錨桿，以環形的模式布設在洞口，起到防護邊坡的作用。同時每隔100 cm×100 cm布置梅花形的錨桿，再用強度C20的混凝土噴射坡面，厚度大約控制在10 cm，最后再用6寸的鋼筋懸掛處理。3)洞口圍巖段，采用短臺階的施工方法，將每次循環進尺控制在50 cm～100 cm范圍內，而且需要同步設置錨噴掛網和鋼拱架于洞口段，起到聯合支護的作用，其中鋼拱架的坐底需要以下臥的方式置于基巖面上，以防止擴大基礎時的拱架下沉，并綜合考慮鋼拱架的水平受力，形成封閉成環的防護模式。4)在綜合考慮淺埋、偏壓、地質因素的情況下，開挖洞面和防護坡面，并利用中空注漿錨桿加固邊坡和仰坡。

2.2 半明半暗施工技術

鑒于偏壓洞口坡度大，容易發生坍塌的事故，因此可以考慮采用半明半暗施工的方法。這種方法的開挖量小，不會對隧道周邊圍巖產生明顯影響，而且可以通過控制臨時邊坡的高度，確保山體的穩定性。

1)案例工程中采用半明半暗施工技術方法，需要利用Flac-2D有限元分析軟件，模擬工程數值，動態分析工程的應力場、位移場、應變場等，在開挖和防護明洞段之后，分層明挖耳墻，然后砌筑耳墻混凝土。2)明挖部分施工，是在明挖外墻和支護坡面之后，以1∶0.3的坡面比例開挖隧道洞體和1∶0.5的坡度比例開挖隧道上部圍巖，然后分別進行外墻結構的澆筑和外墻外側的回填，其中耳墻采用強度C25的混凝土，同步施工套拱結構，采用鋼花管和無孔鋼管，形成有效的套拱頂填筑施工方案。3)暗挖部分施工，是在完成大管棚施工作業之后，開挖進洞的暗挖部分，其中要控制暗挖開挖量，采用中隔壁法開挖洞身，同時做好相應的安全措施和監控措施，提高暗挖施工的安全系數，譬如增加初期支護和增加中空注漿錨桿等。

2.3 斜交大管棚超前支護技術

案例工程隧道的成洞面，仰坡坡面和洞軸線呈斜交狀態，因此進洞的大管棚，屬于斜交大管棚，為了降低開挖時坍塌的危險系數，需要減少斜交大管棚的開挖量，要求采用超前支護技術。

1)在早期施工階段，由于采用大開挖的工藝手段，在進洞之前需要進行刷坡，這種施工工藝對周邊環境具有明顯的影響。為了減少進洞開挖量，同時提高偏壓地形的抵抗能力，可以在隧道的一邊砌筑擋土墻，然后回填。另外在修筑的時候設置管棚，緊挨山體的一邊，起到護拱的作用，而在洞口開挖量控制方面，要提高支護形式的靈活程度，這樣才能盡量減少開挖量。

2)關于斜交大管棚施工的參數，分別包括:鋼管規格為107 mm，采用人工熱軋無縫鋼管，壁厚為6 mm，節長為4 m～6 m;孔編號為1號～28號，從右到左編排，其中雙號和單號分別采用鋼花管和無孔鋼管;外插角為仰拱頂與洞身形成的夾角，為2°，但需要綜合考慮曲線的因素，同時調整與其他孔的比例;孔口管規格為12 mm，其中壁厚為4 mm，屬于熱軋無縫鋼管。

3)斜交大管棚施工是在套拱施工完成之后，搭設鉆孔作業平臺，然后利用鉆機沿著導向管方向鉆到預定的深度;鉆孔完畢之后，進行清孔和成孔檢查，同時移開鉆機;頂管需要分節段頂入，各節之間需要連接絲扣，隨后封堵隔空鉆眼、鋼花管、鋼管扣，并利用調試注漿系統注漿，在注漿的時候，要求做好相關的記錄和檢查工作。

4)斜交大管棚施工技術的應用，主要分為套拱施工和大管棚施工兩個步驟。前者為孔口管固定和大管棚提供導向，套管長度約為2 m，要求在開挖套拱的時候，預留距離成洞面大約為5 m～7 m的核心土，并在做好成洞面的防護工作之后，開挖套拱和套拱基礎，同時進行基底的承載力試驗，用鋼筋固定，最后再用測斜儀定位。后者則需要搭設鉆機平臺，利用2臺水平地質鉆機同時施工，但需要固定鉆機，以保持鉆機平臺的平穩。至于鋼花管和絲扣的加工，需要控制好厚度、直徑、節長、間距等的參數，以及控制好鉆進、頂管、連接等的施工細節，采用間歇注漿的方式，控制注漿時候產生的壓力。

2.4 爆破施工技術

在隧道施工當中，爆破是不可或缺的施工步驟，由于爆破的時候對隧道圍巖會產生明顯的應力影響，因此針對淺埋偏壓的公路隧道，爆破開挖需要綜合考慮對周圍環境和人員的影響。

1)在爆破的過程當中，爆破的能量對爆破點周圍圍巖產生非彈性作用，在沖擊波和高溫高壓的作用下，圍巖會產生破損，其中沖擊波對隧道圍巖產生擾動破壞，為此要綜合考慮這些方面的因素。

2)爆破的控制，需要結合爆破的環境、規模和對象，并借助施工和防護等技術措施，控制爆破能量所釋放的介質破碎，同時控制爆破的范圍、空氣沖擊波的危害、破碎無飛散危險等，同步控制爆破的效果和爆破的危害。

3)爆破對破碎程度的要求，與破壞范圍的要求和設計的尺寸息息相關，要求爆破的時候不能超過設計的規定值，以及拋擲和坍塌的磨損程度，譬如爆破地震、空氣沖擊波、爆破噪聲、爆破飛石等。

4)至于爆破的安全質量控制，首先需要分清掌子面爆破施工的主次部位，根據鉆爆設計的圖紙，合理安排炮眼和鉆孔的數量與位置，同時嚴格控制鉆孔的裝藥量。其次是嚴格測量爆破的精度，譬如鉆眼和裝藥的參數，以及裝藥的結構等，做好現場的布眼和裝藥記錄。再次是爆破之后加強質量的檢查，對光爆設計參數進行合理修正，并建立信息快速反應體系。

2.5 超前地質預報技術

根據案例工程的特點，為減少工程地質的惡化情況，需要采用超前地質預報的技術，綜合掌握地質的情況，為工程的科學施工提供科學參數。首先是地面地質的調查，找出不良地質的性質、位置、寬度和影響，譬如地下水情況、圍巖級別等的預報。其次是短距離超前地質的預報，采用素描、雷達、紅外線、鉆孔等綜合的方式，預報掌子面15 m～30 m范圍內的地層情況和巖性情況，譬如地下水涌出情況。再次是超前地質預報方法的比較，案例工程采用的預報手段有地質素描法、TSP203預報系統、紅外探水、地質雷達、超前地質鉆孔、臺車加長鉆孔法，其中地質素描法探測距離為10 m，占用探測時間為30 min;TSP預報系統探測距離為50 m～300 m，占用探測時間為1.5 h;紅外探水探測距離為20 m～30 m，占用探測時間為30 min/次;地質雷達探測距離為10 m～25 m，占用探測時間為1 h;超前地質鉆孔探測距離為30 m～100 m，占用探測時間為8 h～20 h;臺車加長鉆孔法探測距離為15 m～30 m，占用探測時間為2 h/次。由此可見，不同的探測距離，所采用的預報手段各不相同，需要根據具體工程所需靈活應用。

3 結語

淺埋偏壓公路的隧道施工，是在做好開工前施工準備工作的基礎上，根據該隧道的節理發育和裂縫地質特征，以“早進洞、少開挖、安全成洞”為基本原則，考慮采用半明半暗施工的方法，控制對隧道周邊圍巖產生明顯影響，而且可以通過控制臨時邊坡的高度，確保山體的穩定性。另外，仰坡坡面和洞軸線呈斜交狀態，因此進洞的大管棚，屬于斜交大管棚，為了降低開挖時坍塌的危險系數，需要減少斜交大管棚的開挖量，要求采用超前支護技術。

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