淺埋偏壓段隧道蓋挖法的應用與施工技術

班瑞宏

摘要： 結合云桂鐵路望香臺隧道淺埋偏壓段，對明挖和蓋挖兩種施工方案進行了技術經濟以及施工安全比較。并對蓋挖法施工方案及施工工藝進行了介紹。

Abstract： Combining with the shallow buried bias section of the tunnel， the technical economy and the construction safety comparison of the two construction schemes are carried out. The construction scheme and construction technology of the cover are introduced.

關鍵詞： 淺埋偏壓段隧道蓋挖法施工；技術應用；安全

Key words： shallow buried partial pressure section tunnel construction；technology application；safety

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0108-04

0 引言

蓋挖法是當地下工程施做時需要穿越公路、鐵路、建筑等障礙物而采取的新型工程施工方法，是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工。將蓋挖法引用到淺埋偏壓段隧道安全過渡，實踐證明，該方法節約了投資，縮短了工期，保護了環境，保證了施工的安全，是成功可行的。

1 工程概況

1.1 工程簡介

望香臺隧道位于革龍～新哨區間，全長742m，起訖里程DK567+500～DK568+242。其中DK567+500～+543設計為明挖，DK567+543～+585設計為蓋挖，明暗挖分界線里程為DK567+543。洞身段最大埋深約39m，最小埋深約1.5m，明洞段覆蓋層厚度3.3m～4.0m；出洞口處覆蓋層較淺，自然坡度35°～45°，圍巖級別為Ⅴ級加強。

1.2 地層巖性

蓋挖斷覆蓋層為第四系全新統坡殘積（Q[4]（dl+el））紅粘土、粘土、粉質粘土、碎石土，坡洪積（Q[4]（dl+pl））松軟土、次生紅粘土、粘土。下伏基巖為三疊系中統個舊組一段（T[2]g（1））砂巖及頁巖條帶，地層巖性分述如下：

<6-9>粘土（Q[4]（dl+pl））：棕紅、紫紅、黃褐色，硬塑狀，分布于隧道進口處附近，厚約2～10m。屬Ⅱ級普通土，C組填料。

<7-4>粉質粘土（Q[4]（dl+el））：褐黃色、紅褐色，硬塑狀；含風化殘留角礫5～10%，為泥巖風化產物，DK567+538～DK567+939段，厚度1.80～6.80m，屬Ⅱ級普通土，C組填料。

<14-5-3>砂巖夾頁巖（T[2]g（1））：紫紅、棕紅、褐黃色，薄～中層狀，鈣泥質膠結，淺表風化強烈，含錳線，分布于DK567+538～DK567+920段洞身及DK567+920～DK568+252段右側。全風化帶（W[4]）呈土狀，保留有原巖結構，厚0～11m，屬Ⅲ級硬土，C組填料；強風化帶（W[3]）呈碎塊狀，厚0～24m，屬Ⅳ級軟石，C組填料；以下弱風化帶（W[2]）屬Ⅳ級軟石，B組填料。

1.3 不良地質與特殊巖土

隧區不良地質為順層偏壓，特殊巖土為紅黏土、人工棄土。

順層偏壓：DK567+538～+920段出露砂巖、頁巖，巖層層理產狀為N5～20°W/35～60°SW，與線路夾角為30～40°，傾向線路左側，橫斷面視傾角30～58°，隧道右側順層偏壓。DK567+920～DK568+252為白云巖，局部夾頁巖條帶，巖層層理產狀N15～20°W/60～65°SW。

1.4 地形地貌

隧區屬巖溶侵蝕中山地貌，地形起伏較大，地面高程1490～1536m，相對高差大于40m，坡面多墾為旱地，植被發育較差。地表多被第四系覆蓋，基巖零星出露。段內無居民點分布，交通條件差，在隧道中部DK567+890處有鄉村公路通過。

1.5 工程地質、水文地質

①隧區覆蓋層為第四系全新統坡殘積（Q4dl+el），紅粘土，粘土，粉質粘土，碎石土，坡洪積（Q4dl+Pl）松軟土，次生紅粘土，粘土。下伏基巖為三疊系中統個舊組一段（T2g1）白云巖，砂巖及頁巖條帶。

②水文地質：隧區內屬于碳酸鹽巖溶水及碎屑巖風化裂隙水，主要含水層為T2g1白云巖砂頁巖。巖溶含水層屬裸露型，富水性中等～較強，近地表巖溶垂直發育，以溶隙（穴），溶槽，落水洞，洼地為主，受大氣降水，地表水滲入補給，通過巖溶管道深部逕流；砂巖風化層少量裂隙水，向低洼地帶排匯。

③不良地質狀況和特殊巖土：隧區不良地質為順層偏壓，存在巖溶、人工坑洞現象，特殊巖土為紅粘土，人工棄土，圍巖整體穩定性差，極易坍塌。

2 施工方案比選

明挖法和蓋挖法均適用于淺埋偏壓隧道施工。要結合現場的防排水設計、施工安全管理要求以及環保要求等多方面因素對這兩套方案進行對比和篩選，最終確定適合目標工程的最佳工法。

2.1 明挖法施工方案的不利因素

①明挖法未設置臨時排水所用的邊仰坡截（排）水溝，從施工角度來看這套工法并不完善。經現場水文勘測，位于山谷沖溝之中的DK567+543～+585施工段，其上游具有較大的匯水區，在降水時節水流較大，明挖工期至少需要3個月，開工后無法規避雨季。加之明挖法缺少比較有效的臨時排水方案，一旦碰上強降雨，雨水將灌入隧道，無形中增大了暗洞開挖難度，且施工中還會出現更多不安全因素。

②明挖斷面開挖邊坡、仰坡坡率過陡，施工中可能出現滑坡事故。如果將坡率放緩，勢必會增加開挖或回填環節的工程量。

2.2 蓋挖法施工方案的優勢

對DK567+543～+585段采用回填反壓，暗挖通過，確保了隧道出洞的安全。

①蓋挖法只需做臨時改溝，分段施工即解決了排水難題，順坡回填接原始沖溝自然排水，雨季沒有任何影響。同時明挖改暗洞施工后，對隧道結構永久性防水更有利。

②42m地段采用蓋挖法施工，開挖土方僅9020m3，減少了土方開挖量，施工周期短，操作容易。

③蓋挖法對原有植被和林木幾乎沒有任何破壞，避免了大面積開挖帶來的水土流失和噴射混凝土防護對周圍環境的污染，環保理念得到較好地貫徹與體現。

④蓋挖法施工減少了隧道暗挖施工所必須采取的管棚預支護、地表注漿等支護加強措施，同時通過加強地表沉降監測控制變形量，技術上安全可行。

⑤DK567+543～+585段回填反壓、洞內加固施工技術方案易行，且回填有利于減小山體偏壓，隧道永久性安全得到有效保障。

2.3 施工方案的經濟比較

對明挖法和蓋挖法的工程量和施工成本進行了一個大概的統計，其中蓋挖法只增加了約23.5萬元的工程預算。相對來說，明挖法不僅在場地費、林木砍伐等項目上增加開支，而且會增加一部分施工費用，工程預算比明挖法要高一些。經對比分析，蓋挖法更符合本次工程建設要求，并且該工法能夠在節省成本的同時進一步壓縮工期，相對來說更經濟實用。因此，建議采用蓋挖法施工。

3 蓋挖法施工工藝

按照蓋挖法理念，結合地表0～3m為粉質黏土，以下為泥巖砂巖及礫巖，護拱（蓋子）地基承載力相對較高的現狀，該淺埋段采用無邊樁蓋挖法施工。通過明挖法施作拱部，在明挖基槽內先施做套（護）拱條形混凝土基礎，在利用鋼拱架上懸吊鋼模灌注鋼筋混凝土護拱，其余部分在護拱施工完成后采用洞內暗挖施工。

施工順序：施做地表臨時排水系統→拱部預留核心土開挖，并施作臨時邊仰坡防護→護拱條形混凝土基礎→架設拱部鋼架→安裝護拱內外模→澆筑護拱混凝土→待護拱混凝土達到設計強度后，回填漿砌片石→按新奧法暗挖施工其余部分。

3.1 截水天溝及邊坡防護施工

3.1.1 截水天溝施工

在蓋挖法施工前要在洞口邊仰坡范圍內設置好臨時天溝截水溝。邊仰坡開挖邊緣線外5～10m設置截水天溝，截水天溝尺寸為0.4×0.6的梯形天溝。確保拱部明挖段排水通暢，防止陰雨天氣時雨水對邊坡范圍內沖刷及隧道主體浸泡，對巖體等基礎承載力造成影響。挖機開挖完成后，在天溝內壁噴射C25混凝土8cm，作為臨時防護。永久性截水天溝在洞門施工完成后施做。

3.1.2 邊坡防護施工

在開挖邊仰坡時，必須嚴格按照施工步驟先對邊、仰坡以上的山坡穩定性進行實地考察，將懸石、危石清理干凈。邊仰坡坡率按設計圖紙施工。邊坡開挖完成后，對天溝范圍內至仰坡開口線范圍內采用掛網噴護作為臨時防護。①邊仰坡臨時開挖面采用噴錨網防護：噴砼厚10cm，鋼筋網采用Φ8鋼筋，網格間距25cm×25cm，錨桿采用Φ32砂漿錨桿，長6.0m，間距1.2m×1.2m。

3.2 拱部明挖施工

隧道拱頂以上到地表均采用明挖法施工。按設計要求順著隧道外輪廓線逐步開挖，邊挖邊護，開挖深度根據現場實際地質情況確定。開挖到拱頂時暫不開挖隧道范圍內土（石）體，而是將其作為護拱混凝土施工的內模（土模）方便下道工序順利開工。

3.3 蓋挖及暗挖過渡段施工

蓋挖到暗挖過渡段由于進出套拱的過度段處為圍巖薄弱段，所以施工套拱前在套拱兩端結合套拱鋼架采用大管棚并注漿進行預支護。

3.4 護拱基礎施工

根據明挖基坑深度和地質水文狀況確定護拱基礎形式，通常采用擴大條形混凝土基礎或樁基礎。對于樁基礎施工，必須在隧道開挖輪廓線外布置樁基礎，同時設置專用托梁。護拱條形基礎或托梁，要考慮預留隧道拱部或邊墻初期支護型鋼拱架的連接板（如型鋼拱架拼裝圖），便于下一步護拱鋼架與基礎（或托梁）以及初支鋼架與護拱基礎的連接。

后續護拱、邊墻鋼拱架施工時，鋼拱架連接板與護拱混凝土（或托梁）頂、底面預埋鋼板連接牢固。

3.5 套拱施工

待混凝土基礎施作完成后，根據隧道設計斷面尺寸，安裝拱部型鋼鋼架，鋼架間距與暗挖部分初期支護鋼架間距一致。護拱鋼架采用Ⅰ20型鋼拱架間距60cm，拱架腳部采用C25砼底梁（截面（0.6m+0.8m）/2×0.5m）做支撐），縱向間距60cm，采用Φ22鋼筋縱向連接，環向間距100cm，套拱環向長度根據現場實際地形地質及施工情況進行調整，拱腳嵌入巖石深度不小于50cm，確保施工安全。套拱拱腳與巖面連接采用Φ42鎖腳鋼管并注漿穩固鋼架，鋼管長L=4m，其中端部1m埋入護拱砼內，鎖腳錨管按每側2根，縱向間距0.6m布置，并與鋼架焊成一體，Φ8鋼筋網片焊接在拱架外側，確保套拱澆筑后與巖面牢固連接。

3.6 護拱混凝土施工

裝配型鋼鋼架的過程中，先將護拱混凝土基礎（或托梁）中的預埋鋼板鑿出，通過螺栓對其進行連接。采用在鋼拱架上懸吊鋼模的方法施作護拱內模，然后用模板加固護拱外模。檢查并確認護拱的內、外模穩固后澆筑護拱混凝土。護拱采用C20砼，拱部厚100cm，底部厚150cm。待護拱砼達到設計強度后拱頂2m范圍內回填M10漿砌片石，并在DK567+543～+585段右側自然沖溝采用M10漿砌片石鋪砌，并在頂面設置洞頂水溝。

3.7 暗挖施工

護拱施工完成后，從暗挖段（或洞口）進入護拱內進行蓋挖段剩余部分圍巖的開挖和支護。暗洞段拱部保留原鋼架及噴砼，取消系統錨桿。剩余部分圍巖的開挖支護施工，開挖過程中注意為隧道預留20cm的變形量，結束初支工序后盡快對監控量測點進行踩點和布置。遵循“短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的暗挖方針，嚴格開挖制循環進尺，及時施作鋼架確保鎖腳錨管施工質量。

3.8 拱頂碎石土回填

待混凝土強度符合相應指標后，用碎石土回填并夯實（回填標高為200cm），再將頂面做出一50cm粘土隔水層；DK567+543～+585段回填反壓段覆蓋層小于200cm的段落，回填至200cm高度，并逐層夯填密實；臨時改溝一并進行回填，采用對稱回填，減少對山體及結構物的偏壓。

3.9 監控量測

在前期監控量測的基礎上，在洞內及地表以5m為一個斷面采取加密布點監控。對監控量測結果繪制成圖譜進行數據分析，及時掌握圍巖的變化情況。

3.10 施工注意事項

①做好超前支護輔助施工措施，以保證開挖作業安全。②圍巖開挖采用挖掘機和人工配合施工，局部需爆破施工時，密打眼，采用預裂爆破施工，盡量減少對地層的擾動。③遵循步步成環的原則，每步開挖后，及時施作初期支護和臨時支護，盡早封閉成環。④施工前，應做好地表截水天溝和臨時排水措施，確保拱部明挖段排水通暢。施工中，加強對邊仰坡變形的監控量測工作，分步分段開挖，并及時做好防護措施，待護拱襯砌達到設計強度回填，完善地表排水體系后，方可進行暗洞施工，施工中，控制進尺長度，并加強地質預報及監控量測工作，及時分析，必要時調整優化支護措施，確保施工安全。

4 結束語

望香臺隧道在超淺埋偏壓復雜地質地段采用蓋挖法施工，已于2014年10月順利完工，目前該段結構穩定，無質量病害問題。因此，在隧道淺埋偏壓地段，根據實地調查采用蓋挖法施工，對縮短工期、保證質量、保護環境等都有積極的作用。同時，該方法的成功應用，亦為類似工程情況提供了解決方案。

參考文獻：

[1]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]程煒，程新軍.復雜地形條件下高速公路雙線隧道施工技術[J].鐵道建筑，2005（4）：45-47.

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