蓋挖法過(guò)隧道淺埋段施工技術(shù)

楊 利 清

(中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151)

蓋挖法過(guò)隧道淺埋段施工技術(shù)

楊 利 清

(中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151)

依據(jù)滬昆鐵路客運(yùn)專(zhuān)線云南段野火芽隧道地形特點(diǎn)，通過(guò)施工方案對(duì)比分析，采用蓋挖法進(jìn)行施工，并詳細(xì)論述了該施工工藝的具體施工步驟及其質(zhì)量控制要點(diǎn)，為同類(lèi)工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

隧道，蓋挖法，淺埋段，施工技術(shù)

1 工程概況

滬昆鐵路客運(yùn)專(zhuān)線云南段野火芽隧道位于云貴高原剝蝕構(gòu)造丘陵區(qū)，隧道起訖里程D1K1061+375～D1K1063+288，全長(zhǎng)1 913 m，為大斷面單洞雙線隧道。

本隧道D1K1061+538～D1K1061+572段為自然沖溝，沖溝右高左低，坡度在25°左右，其中溝底D1K1061+555處拱頂出露，溝內(nèi)常年流水，沖溝兩側(cè)坡積層較厚，下伏泥盆系下統(tǒng)西屯組、下西山村組泥巖夾砂巖、泥灰?guī)r地層。隧道地形斷面圖見(jiàn)圖1。

2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況

施工前，結(jié)合施工圖對(duì)地表進(jìn)行踏勘，經(jīng)過(guò)實(shí)地踏勘，發(fā)現(xiàn)D1K1061+555處地表沖溝坡度較大，存在側(cè)壓，并且沖溝內(nèi)沖擊堆積層較厚，由于匯水面積較大，此處地下水豐富，受到地質(zhì)構(gòu)造(穿越向斜SE翼)的影響，巖體節(jié)理和裂隙較發(fā)育，呈層狀、碎石土狀，圍巖巖體完整性和穩(wěn)定性較差。

經(jīng)斷面測(cè)量，本處出露地表2 m，具體斷面見(jiàn)圖2。

3 優(yōu)化方案

發(fā)現(xiàn)該超淺埋段后，針對(duì)實(shí)際地形條件提出兩種施工方案：明挖法和蓋挖法。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形踏勘，進(jìn)行了對(duì)比分析，決定采用蓋挖法進(jìn)行施工。施工方案對(duì)比表見(jiàn)表1。

4 施工工藝

表1 施工方案對(duì)比表

根據(jù)地形情況，本段隧道采用蓋挖法施工，對(duì)地表松散及出露部分采用護(hù)拱進(jìn)行施工地表防護(hù)，具體見(jiàn)圖3。

施工過(guò)程分如下步驟進(jìn)行。

4.1 地表處理

1)根據(jù)地形情況，將地表水引排至需要進(jìn)行蓋挖段落外側(cè)。2)根據(jù)隧道輪廓線加大30 cm在地表進(jìn)行施工放樣，放樣時(shí)考慮邊坡穩(wěn)定，將坡比設(shè)為1∶1。3)機(jī)械開(kāi)挖至穩(wěn)定基巖，對(duì)兩側(cè)邊坡進(jìn)行臨時(shí)錨噴防護(hù)。4)施作長(zhǎng)度6 m砂漿錨桿，錨桿間距50 cm，橫向每側(cè)兩根，錨桿露50 cm作為護(hù)拱兩側(cè)托梁連接鋼筋。5)由于線路左側(cè)長(zhǎng)期受流水沖刷嚴(yán)重，并存在偏壓，在左邊設(shè)置一道縱向?yàn)椤癓”形的托梁，托梁寬度為1.2 m，托梁位于完整基巖上，縱向鋼筋采用φ22鋼筋，環(huán)向主筋采用φ8鋼筋，間距20 cm，鋼筋與錨桿預(yù)留部分焊接，右側(cè)置于基巖上。6)護(hù)拱底模采用土模，人工回填夯實(shí)，形成土拱，土拱上鋪設(shè)塑料防水板作為地模，左側(cè)外部側(cè)模采用木模。7)護(hù)拱厚度1.0 m，底部設(shè)置φ10鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm，護(hù)拱縱向根據(jù)實(shí)際地形，應(yīng)置于基巖上。8)一次性澆筑C30鋼筋混凝土，混凝土必須振搗密實(shí)，并覆蓋養(yǎng)護(hù)。9)根據(jù)工期安排，地表部分在暗洞開(kāi)挖前1個(gè)月完成。

4.2 洞內(nèi)施工

D1K1061+515～D1K1061+575段洞內(nèi)采用三臺(tái)階起步法開(kāi)挖，超前支護(hù)措施為φ76 mm中管棚，長(zhǎng)度8 m(現(xiàn)場(chǎng)具備條件時(shí)，管棚一環(huán)長(zhǎng)度可以取12 m)，環(huán)向間距0.4 m，縱向6 m一環(huán)。在沖溝處淺埋段混凝土護(hù)拱進(jìn)出口處增設(shè)φ42 mm小導(dǎo)管，長(zhǎng)度4 m。

1)中管棚施工。管棚應(yīng)按設(shè)計(jì)位置施工，外插角8°～10°，為了防止鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿下?lián)希瑢?dǎo)致侵限，外插角可以加大1°～2°。清理掌子面及上方危石后，測(cè)量放樣孔位，紅油漆標(biāo)示。

管棚采用多功能快速鉆機(jī)施作，個(gè)別孔位潛孔鉆施作。施鉆時(shí)，采用簡(jiǎn)易加工的導(dǎo)向架控制鉆孔角度滿足要求。

此段圍巖巖體較破碎，巖體易受到地下水軟化，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求注漿，提高破碎巖體完整性和堵截地下水，提高圍巖的自穩(wěn)能力。

每個(gè)管棚工作面配備ZTGZ-60/120注漿泵數(shù)量為1臺(tái)。注漿前要先檢查注漿管路和注漿泵的狀況，確認(rèn)正常后方可做壓漿試驗(yàn)，并通過(guò)試驗(yàn)確定合理的注漿參數(shù)。注漿泵壓力初壓宜控制在0.5 MPa～1.0 MPa，終壓控制在2.0 MPa為宜。

每根管棚一次完成注漿。漿液嚴(yán)格按照配合比拌制，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)控制漿液比重，保證漿液質(zhì)量。注漿量應(yīng)滿足施工要求。

注漿過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、河溝、覆蓋薄弱部位有無(wú)串漿現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)串漿，應(yīng)立即停止注漿。采用間歇式注漿封堵串漿口，或用快硬水泥砂漿、錨固劑等進(jìn)行封堵，直到不再串漿。如果注漿泵壓力突然升高，可能發(fā)生了堵管,應(yīng)立即停機(jī)檢查；如果注漿泵壓力值長(zhǎng)時(shí)間不升高，應(yīng)通過(guò)縮短凝結(jié)時(shí)間，進(jìn)行小劑量、低壓力注漿或間歇式注漿等方式，使?jié){液在孔隙中相對(duì)停留時(shí)間變長(zhǎng)，以便于凝結(jié)，但停留時(shí)間不能超過(guò)注漿的凝膠時(shí)間，避免注漿不飽滿。

DK1061+520斷面左側(cè)拱腰埋深不到4 m，布設(shè)50根管棚時(shí)，可以適當(dāng)挪到左側(cè)拱腰外側(cè)布設(shè)。

開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)管棚侵限時(shí)，切割掉侵入開(kāi)挖輪廓內(nèi)的部分，斷口兩側(cè)分別用鋼筋、工字鋼焊接到型鋼拱架上，也可增加2根2 m長(zhǎng)度小導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

地表鋼筋混凝土護(hù)拱內(nèi)無(wú)法布設(shè)管棚，可以適當(dāng)挪到護(hù)拱以外拱腰外側(cè)布設(shè)。

2)開(kāi)挖。洞身開(kāi)挖采用三臺(tái)階七步法，上臺(tái)階超前一定距離，中、下臺(tái)階同時(shí)跟進(jìn)。根據(jù)圍巖等級(jí)等條件，為了確保開(kāi)挖、支護(hù)的質(zhì)量和施工安全，合理確定臺(tái)階的長(zhǎng)度，一般長(zhǎng)為6 m。臺(tái)階的高度要根據(jù)地質(zhì)情況、隧道斷面大小和施工機(jī)械設(shè)備情況確定，上臺(tái)階高度為4 m，中、下臺(tái)階高度為3 m左右。本段圍巖整體性和穩(wěn)定性差，擬采取縮短進(jìn)尺，每次開(kāi)挖1榀鋼拱架，預(yù)留核心土3 m～5 m，上下臺(tái)階分左、右錯(cuò)開(kāi)2 m～3 m開(kāi)挖(臺(tái)階長(zhǎng)度宜為3 m～5 m)，及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)和仰拱，初支仰拱每次開(kāi)挖施作3 m。

4.3 監(jiān)控量測(cè)

1)洞外觀察。洞外觀察重點(diǎn)在洞身埋置深度較淺地段，包括地表是否開(kāi)裂、是否沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定狀態(tài)、地表水的滲透情況等。2)地表沉降觀測(cè)。在護(hù)拱上每隔5 m設(shè)置一組觀測(cè)點(diǎn)，開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格測(cè)量護(hù)拱的高程、點(diǎn)位坐標(biāo)變化(3個(gè)斷面)。淺埋段在地表每隔5 m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，位置與洞內(nèi)觀測(cè)斷面對(duì)應(yīng)，同時(shí)在橫向斷面根據(jù)實(shí)際情況選定主斷面，沿主斷面布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，間距為3 m，以觀察地表沉降的橫向影響范圍。按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行觀測(cè)。3)洞內(nèi)監(jiān)控測(cè)量。沿隧道縱向每隔5 m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，在拱頂和墻中布置觀測(cè)點(diǎn)，凈空變形測(cè)量宜在開(kāi)挖后及早進(jìn)行，初讀數(shù)在開(kāi)挖后12 h內(nèi)并在下一環(huán)開(kāi)挖前

讀取。拱頂下沉測(cè)點(diǎn)和凈空變化測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面，拱頂下沉測(cè)點(diǎn)原則上布置在拱頂軸線附近。拱頂下沉及凈空變化量測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖4。4)量測(cè)結(jié)果。經(jīng)過(guò)施工期間觀測(cè)，采用蓋挖施工過(guò)程中，三處觀測(cè)斷面，地表變形和洞內(nèi)圍巖收斂都符合規(guī)范要求，處于三級(jí)管理狀態(tài)。

4.4 地表后期處理

淺埋段二襯施工完成后，頂部進(jìn)行回填，保證回填土與地面要順接，護(hù)拱以外上下游的20 m范圍內(nèi)沿自然溝底鋪設(shè)一層25 cm厚C25混凝土鋪砌，不僅可以提前堵截地表水的滲入，還可以減少地下水的補(bǔ)給。在沖溝混凝土鋪砌澆筑前，在混凝土護(hù)拱上埋設(shè)沉降觀測(cè)標(biāo)志(3個(gè)斷面)，便于后期對(duì)護(hù)拱進(jìn)行沉降觀測(cè)。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)地表明挖前，做好地表排水措施，防止局部積水。2)明挖時(shí)嚴(yán)格按照放樣位置開(kāi)挖，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，盡量少放炮；施工邊墻錨桿時(shí)，要加強(qiáng)注漿控制。3)無(wú)工作室施工管棚時(shí)，要控制好鉆孔角度和位置，同時(shí)加強(qiáng)管棚注漿工作。4)開(kāi)挖時(shí)控制炮眼深度、裝藥量，減少對(duì)巖體的擾動(dòng)，適時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)，嚴(yán)格控制隧道超欠挖。5)型鋼拱架拱腳必須落在堅(jiān)實(shí)處，鎖腳錨管施作角度符合要求，與鋼架焊接好，注漿滿足要求；控制好型鋼拱架連接板焊接和螺栓連接質(zhì)量，確保型鋼拱架的整體性。6)暗洞施工過(guò)程中要加強(qiáng)地表和洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。7)二襯強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再對(duì)地表進(jìn)行回填和永久排水系統(tǒng)施工。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工進(jìn)度慢的特殊地形山嶺隧道、淺埋段施工等特點(diǎn)，本次采用蓋挖法通過(guò)野火芽隧道淺埋段，極大程度上減少了對(duì)地表的破壞，同時(shí)節(jié)約施工時(shí)間，在2個(gè)月內(nèi)完成本淺埋段通過(guò)，平均每天進(jìn)尺達(dá)1.2h，取得了良好效果和最佳效益，為同類(lèi)工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 張倬元，王士天，王蘭生，等.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.

[2] 洪開(kāi)榮.山區(qū)高速公路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 鐵建設(shè)[2010]241號(hào)，高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[4] 王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

On construction technique of cover-excavation method through tunnel shallow buried sections

Yang Liqing

(No.1EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway20thBureauGroup,Suzhou215151,China)

Referring to the topographic features at Yehuoya Tunnel at Yunnan Section of Shanghai-Kunming Passenger Special Line, the paper compares and analyzes the construction scheme, adopts the cover-excavation method in the construction, and discusses the factual construction craft and its quality controlling points of the construction craft, so as to accumulate the construction experience for similar projects.

tunnel, cover-excavation method, shallow buried section, construction technique

2014-12-18

楊利清(1978- )，女，工程師

1009-6825(2015)06-0172-02

U455

A