黃土地區深溝淺埋隧道施工進洞方案比選研究

毛金沙

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.097

摘 要：該文通過對延延高速公路鐵家塬隧道左線出口V型長深溝淺埋段施工進行分析，從進洞段蓋挖法施做、深溝段明洞延長和高邊坡抗滑樁施做等方面進行了論述，闡述了黃土隧道在深溝淺埋溝底施做中技術應用和質量控制措施，為今后類似工程提供借鑒。

關鍵詞：黃土隧道 深溝淺埋 蓋挖法 長明洞施工 抗滑樁施工

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0097-03

隨著近幾年我國交通基礎設施的大力發展，尤其是高速公路建設在向西部山區延伸的過程中，受到山區公路線形指標控制、特殊地形地貌和地質條件限制，路線在傍山路段布設時，不可避免地要遇到隧道穿越深溝帶來的進洞困難、防排水困難、高邊坡防護困難等技術難題。黃土隧道深溝淺埋段施工技術要求高、施工難度大，特別是各工序施工連續性尤為重要，這將是關乎隧道能否安全進洞及保證工程質量的重要因素。應用蓋挖法進洞、加長明洞并反壓回填及采用抗滑樁防護邊坡的組合方式是一種行之有效的方法。

1 工程概況

延延高速公路鐵家塬隧道位于陜西省延安市延長縣黑家堡張羅溝村，為曲線形雙線隧道，左右洞間距約為109 m，軸線總體走向約49°。隧道左線長510 m，最大埋深約134 m，右線長910 m，最大埋深約152 m。隧址區未見地表水，地下水主要為黃土空隙、裂隙水，大氣降水是唯一補給源。隧道穿越區為黃土塬峁工程地質區的黃土塬工程地質亞區，山體近南北走向，隧道與山脊近于直交，垂直隧道軸向兩側低，中部高。隧道左線出口位于一山體黃土梁，河谷三級階地，地形坡度較陡，坡腳30°～36°，圍巖以黃土、粉質黃土、粘土為主，洞室埋深較淺，洞口位于山溝溝底位置，圍巖穩定性差。隧道左線出口設65 m明洞，削竹式洞門，右線出口設8 m明洞，墻式拱門。隧道進口段施工道路不方便，考慮到機械、材料的進場，為了確保計劃工期按時完成，決定從鐵家塬隧道出口端進洞。

2 施工方案的選定

鐵家塬隧道左線出口位于V型深溝溝底，原設計明暗交界樁號為：ZK59+325，明洞長65 m。根據實際情況，道路路基邊坡開挖高度過大且由于隧道出口均位于過濕土當中，而該段落縱坡為延長端上坡，隧道位于溝心，且匯水面積較大，極易在雨季發生水流倒灌現象，且隧道位于河谷內，覆蓋層較薄，多為坡積土，原設計明洞采用深挖（7～13 m），致使右側邊坡挖方高度達到近60 m，可能導致山體失穩，經建設單位、設計單位、監理單位現場核查后，認為原設計路基段落存在各種安全隱患及高邊坡問題，隧道施工期間存在水流倒灌且在運營中存在安全隱患，隧道明洞邊仰坡過高，對兩側山體穩定性存在較大影響，綜合以上因素并依據陜西交通建設集團公司紀要對原設計提出優化方案如下。

（1）隧道起點由ZK59+390調整為ZK59+520，明暗交界處由ZK59+325調整為ZK59+328。其中ZK59+385～ZK59+520為明洞，長135 m，ZK59+328～ZK59+328-385采用蓋挖法施工暗洞，長57 m。

（2）ZK59+400～ZK59+445段右側有一小型古滑坡體，為確保安全，本著盡量少擾動滑坡原則，在ZK59+400～ZK59+445右側順著下滑布設8根2×1.5 m抗滑樁，樁間距6 m，樁長15 m、20 m。

（3）ZK59+460～ZK59+490段右側如果分臺階刷坡，右側邊坡最高約52 m，邊坡太高并且刷坡對右洞影響較大。為減小邊坡高度、減少對右洞影響，在ZK59+400～ZK59+445右側布設6根2×1.5 m的抗滑樁，樁長15 m、20 m、25 m，樁間采用樁間板連接。

（4）隧道明洞施工完成后對洞口至暗洞口洞頂及沖溝進行回填，為確保洞頂排水順暢，在明洞回填兩側設置排水溝以排除沖溝及明洞頂雨水，優化后降低了隧道邊仰坡高度，避免了大開挖，最大程度上保護了生態環境，同時解決了洞口處雨水倒流進洞內及隧道頂的綜合排水。

（5）原設計隧道出口路基段落為過濕土，土質均一，軟塑，天然含水量為22.5%～27.5%，作為明洞基礎設計采用水泥攪拌樁處理，作為明洞基礎設計采用水泥攪拌樁處理。

3 隧道深溝淺埋方案施工

根據下發鐵家塬隧道左線出口施工圖要求，現場合理安排施工工序，優化施工組織方案，確定左洞出口小里程方向淺埋段首先施工出口超前大管棚施工，管棚長度為35 m，采用熱軋無縫鋼管Φ108×6 mm，管棚施工完成后進行蓋挖法施工，蓋挖法頂蓋為鋼筋混凝土結構，長57 m，厚0.8 m，蓋挖法施工完后進行暗洞施工，待隧道進入暗洞兩板襯砌長度后再退出施做明洞。同時大里程方向進行明洞基礎抗滑樁處理及邊坡抗滑樁施工，水泥攪拌樁樁心距150 cm，樁徑40 cm，等邊三角形布置；抗滑樁規格為2×1.5 m，樁長15～25 m，明洞基礎處理完成后進行明洞施工，暗洞正常施工，施工現場應合理安排施工順序，做好現場防排水工作，避免雨季施工積水，防止雨水浸泡明洞基底。

3.1 大管棚及蓋挖法施工

洞口段管棚護拱縱向設置2 m，厚度55 cm，拱內預埋導向鋼管，鋼管規格型號Φ133×4 mm，31根，長度2 m。鋼管與鋼拱焊接，鋼拱間距60 cm，導向管外插角1°～2°。鋼拱兩側無焊接導向管處，采用70 cm長Φ20鋼筋與相鄰鋼拱焊接，環向間距1 m。長管棚規格：熱軋無縫鋼管Φ108 mm，壁厚6 mm，節長3 m、6 m。環向間距40 cm，仰角2°（不包括路線縱坡），方向與線路中線平行。鋼管施工誤差徑向不大于20 cm，隧道縱向同一橫斷面內接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1 m。

管棚超前支護完成后，進行蓋挖法施工，護拱采用C25混凝土澆筑，厚度80 cm，護拱主筋采用Φ25螺紋鋼，間距25 cm，水平筋采用Φ10鋼筋，間距25 cm，箍筋采用Φ10鋼筋，間距50 cm。蓋挖法護拱原設計采用土模施工，土模完成后進行拱頂回填，后進行暗挖施工。實際施工中經過現場施做發現土模強度低，施工容易造成暗洞初支輪廓侵限，且土模施工時間長，施工質量難以保證，對施工周期影響較大，實際施工中經過反復比較遴選，選定以暗洞初支鋼架為護拱底模，上覆防水板，增加初支輪廓面精確程度，且施工周期較土模施工大大縮短。

3.2 邊坡抗滑樁施工

在ZK59+460～ZK59+490右側明洞外側布設8根2×1.5 m抗滑樁，樁間距6 m，樁長15 m、20 m，在ZK59+400～ZK59+445右側布設6根2×1.5 m的抗滑樁，樁長15 m、20 m、25 m，樁間采用樁間板連接。

3.3 明洞基礎處理

明洞基礎采用水泥攪拌樁處理，樁心距150 cm，樁徑40 cm，等邊三角形布置，樁體固化劑采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，參量為被加固土體的15%，水泥漿液水灰比0.5，加固后要求地基承載力不小于250 kPa。ZK59+385～ZK59+510段基底采用0.8 m拋石+0.6m砂礫換填+0.85 mC15片石混凝土處理。

3.4 明洞施工及明洞回填

鐵家塬隧道右線出口段YK59+562～YK59+532段30 m采用55 cm厚二次筑模C25鋼筋混凝土襯砌。明洞回填土石指標：r=1.9 t/m3，Φ=35°，明洞拱背回填，應對稱分層夯實，每層厚度不大于0.3 m，夯實度不小于90%。

4 施工質量控制措施

在隧道施做過程中，由于蓋挖法在淺埋段帶來的沉降不均勻問題、長明洞施工中明洞基底處理問題、明洞防排水問題等，隱蔽工程質量控制顯得尤為重要。在隧道施工中，我們采取了詳細的質量控制措施對上述的施工質量進行控制。

4.1 蓋挖法施工質量控制問題

為保證蓋挖法施工的質量，減小不均勻沉降，在施工過程中，應做好蓋挖法護拱的測量和監控，掌握動態下沉量，防止預留沉降量不足造成侵限，同時采取措施減小下沉量。蓋挖法護拱原設計采用土模施工，土模完成后進行拱頂回填，后進行暗挖施工。實際施工中經過現場施做發現土模強度低，施工容易造成暗洞初支輪廓侵限，且土模施工時間長，對施工周期影響較大，實際施工中經過反復比較遴選，選定以暗洞初支鋼架為護拱底模，上覆防水板，增加初支輪廓面精確程度，且施工周期較土模施工大大縮短。實際施工中首先施做蓋挖法基礎，基礎采用C25混凝土，適當增大基礎面積，保證鋼架連接板落實在混凝土上（暗洞施工時鑿除連接板混凝土，左右側鋼架錯開3榀開挖，防止整體下沉），鋼架連接筋焊接牢固，形成整體受力。鋼架安裝完成后上覆防水板，防水板下安裝焊接鋼筋網片，噴射C20噴射混凝土，形成整體受力結構。噴射混凝土強度達到設計強度后進行初期支護下部安裝支撐裝置，上部進行護拱鋼筋綁扎，模板安裝混凝土澆筑工作，澆筑過程左右側對稱澆筑，一次澆筑成型，防止不均勻受力造成沉降。

4.2 明洞基底處理、明洞防排水處理

長明洞施工由于多次立模、多次澆注，容易引起外觀質量下降、二襯不均勻下沉開裂、施工縫處理不符合要求造成二襯滲漏水。為了提高外觀質量，防止二襯不均勻下沉，做好明洞防排水工作，經過探索，采取了以下措施。

（1）長明洞基底施工應避開雨季施工，明洞基底開挖一次成型，現場通過實測地基承載力，對不符合設計地基承載力要求的地基采取措施保證承載力達到設計要求，回填片石及回填碎石應保證密實，現場采用大型機械壓實，保證地基承載力受力均勻。

（2）明洞施工前做好現場臨時防排水措施，根據現場實際情況合理調整臺車位置，保證現場施工便道暢通，洞內外施工協調有序。

（3）明洞澆筑混凝土，要確保二襯外觀質量，澆筑混凝土前，檢查模板牢固性，保證模板牢固不變形，做好止水條、止水帶安裝工作，先對上一循環施工面人工鑿毛，對支架、模板、鋼筋和預埋件進行檢查、整理，清除雜物，用高壓水沖洗干凈，模板間和下部嵌塞海綿條以防漏漿。混凝土應按一定厚度、順序和方向分層澆注。

（4）明洞施工完成后對洞口至暗洞沖溝進行回填，回填前做好明洞防排水工作，防排水遵循“防排截堵，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結構物和營運設備的正常使用和行車安全。隧道防排水設計應對地表水、地下水妥善處理，洞內外應形成一個完整通暢的防排水系統。施工縫、沉降縫施工均采用橡膠止水條、止水帶環向布設，外部采用三油兩氈防水，隧道明洞外部設置兩層土工布包裹一層防水板，明洞兩側邊墻后設置縱向Φ160排水管，采用漿砌片石回填兩側邊墻，明洞頂部回填土表面鋪設隔水層，設置截排水溝，引排洞頂水。

5 結論

經過2年的不懈努力，鐵家塬隧道左線于2014年4月順利貫通，獲得一致好評，通過鐵家塬隧道左線施工，總結出以下結論。

（1）蓋挖法施工、抗滑樁及加長明洞施工有效解決了深溝淺埋段進洞困難問題，有效避免了大開挖施工，消除了高邊坡開挖帶來的安全隱患，節約了施工成本，提高了施工效率。

（2）蓋挖法施工中采用初支鋼架代替土模施工能夠解決土模施工困難，更好的控制超欠挖，提高施工效率，能夠保證工期。

（3）隧道明洞回填后降低了邊仰坡高度，避免了大開挖，最大程度保護了環境，同時解決了洞口處雨水倒進洞內及隧道頂的綜合排水。

參考文獻

[1] 公路橋涵施工規范[M].人民交通出版社，2003.

[2] 公路隧道設計規范[M].人民交通出版社，2004.

[3] 延安至延川高速公路隧道施工圖[M].陜西省交通規劃設計研究院，2012.