軟巖隧道淺埋偏壓段蓋挖施工

鐘達

[摘要]隨著我國經濟的飛速增長，國民交通建設也成為日益關注的焦點，其中隧道建設每年新增投資越來越多，新建隧道線路往往呈現地質條件多元化、復雜化。為保證隧道在淺埋偏壓段的安全快速施工，本文以現場實際工程為依據，討論蓋挖法在軟巖及硬巖地區淺埋偏壓隧道的施工工藝。

[關鍵詞]軟巖隧道；淺埋偏壓段；蓋挖施工

文章編號：2095 - 4085（2018） 07 - 0100 - 04

由于地處于淺埋偏壓段的隧道往往會阻礙隧道的正常開挖掘進，威脅隧道施工人員的安全，如若處理不好，會長期存在安全質量隱患。一般來說，淺埋段隧道的施工多設計為反壓回填，具有處理周期長，自然影響因素多，會嚴重制約隧道洞內的正常施工。蓋挖法在軟巖及硬巖地區淺埋偏壓隧道的施工工藝具有很多優點。

1 特點

在隧道未進入淺埋段施工前，該施做方法充分考慮了地表防排水、隧道施工安全性及后期環水保。

在淺埋段處理范圍以外，設置截排水溝，并引流至山下，減少隧道開挖及運營時的水量。

淺埋段地區處理，在地勢較低處（隧道開挖線之外）增加了鋼管樁及大體積混凝土，運用鋼管樁、鋼拱架對地表淺埋段進行處理。淺埋段處打設砂漿錨桿，錨桿體與鋼拱架焊接。鋼拱架上部打設一組鎖腳鋼管。拱架上下各設置一層鋼筋網片，立模澆筑混凝土。蓋挖法能夠將拱頂圍巖與澆筑混凝土形成統一整體，使之在下部結構開挖時，能夠有效的降低拱頂塌落的危險，施工安全系數高。

2 適用范圍

本蓋挖法適用于軟巖淺埋偏壓隧道的施工，也適用于硬巖淺埋偏壓段隧道的施工處理。對于山勢陡峻，修建便道過長的淺埋段處理，優先選擇蓋挖法以節約成本，提高施工的安全性。

3 工藝原理

3.1 判斷隧道深淺埋

為確保施工安全，在討論圍巖壓力時，當隧道拱頂以上覆蓋值小于深埋隧道荷載計算高度的2.5倍時，《鐵路隧道設計規范》中的規定如表1。

再根據計算判定深淺埋

h=0. 45×2s -1ω，

hs =2.5h，

ω=1+i（B-5）。

ω一一寬度影響系數；i——B每增減Im時，圍巖壓力增減率，當曰<5m時，i=0.2；B>5m時，i=0.1；h——圍巖壓力計算高度（m）；s——圍巖級別，s=5；B——坑道寬度，m；時速350km/h的高鐵隧道開挖寬度，V級圍巖取14.96m。

則ω=l+i（B-5）=1+0.1（14.96-5） =1.996

h=0. 45×2s -1ω=0.45×25 - lω≈14. 37m

hs=2. 5h= 35. 9m

則可以得出以下結論，時速350km/h高鐵隧道，當其覆蓋層h

當隧道洞身地表傾斜，覆蓋層厚度滿足以上h（實）

淺埋段（地表水平）荷載分部見圖1；淺埋偏壓段荷載分部見圖2。

3.2施工工藝原理

本工法采用隧道淺埋段開挖限界之外的可靠地層，在隧道開挖之前，施工大體積鋼筋混凝土基礎，在基礎之上施工覆蓋在隧道拱頂淺埋段之外的大幅混凝土，淺埋段混凝土大幅施工時，向淺埋段打設錨桿，并與該混凝土中結構可靠連接。保證在開挖時，山體穩定，隧道拱頂不發生掉塊，塌落等，確保施工任務的安全進行。

先用挖機等在地表淺埋偏壓段上清理植被及表層覆土（保證上部刷坡坡度安全，噴錨防護）；再將山體偏壓段上部及下部，清理至巖面，各打設兩排縱向鋼管樁，并注漿，鋼管樁打設在隧道開挖邊線以外，切勿伸入開挖限界之內。縱向打設鋼管樁，并注漿；在隧道對應開挖范圍內，安裝環向鋼拱架，拱架一頭焊接在鋼管樁上；施做大體積鋼筋混凝土條形基礎，將鋼管樁外露部分嵌入基礎中。拱架上部打設兩層鎖腳鋼管，在上部已清理出的巖面處打設錨桿，并注漿，錨桿外露部分接長并焊接在拱架上。鋼架上焊接縱向連接鋼筋，鋪設鋼筋網片。

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程見圖3

4.2操作要點

4.2.1測量放線

（1）清理地表植被，以便于測量；

（2）測量隧道開挖區域地表橫縱斷面，明確地表淺埋段長度及寬度，確定淺埋段處理范圍，并打樁做好標記。

4.2.2開挖截排水溝

在確定的地表淺埋段處理范圍之外5m處開挖截排水溝，并澆筑混凝土。保證能將山上雨水引排至山下或自然溝；避免后期大量雨水滲入隧道內，給隧道施工期間排水增加困難。截水天溝大樣圖見圖4。

1.本圖尺寸除注明者及鋼筋直徑以mm計外，其余均以cm計。

溝身采用C25現澆混凝土，設置Φ8鋼筋網，間距20cm*20cm，截水溝中線距離刷坡線距離不小于5m，流水坡度不小于3‰，并根據現場實際地形設置。每延米溝身用C25混凝土0.9㎡，鋼筋13. 23kg。

4.2.3施做大體積混凝土基礎

在刷坡上部及下部設置大體積混凝土基礎，在施做基礎之前，先用潛孔鉆打設Φ89鋼管樁，地下打設4. 5m，地上預留部分長度為50cm；Φ89鋼管樁布置縱向間距0.5m，每處兩根。鋼管樁長度5m，鋼管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔與孔之間間距為15cm，梅花形布置，尾部留不鉆孔的止漿段150cm。注漿采用1：1水泥漿（重量比），注漿壓力為0.5～2.OMPa，采用P.0 42.5型號水泥。目前國內注漿工程中，攪拌器容積為300L，主軸轉速40～60r/min，電機功率為1.5kW，重量為145kg，攪拌能力為10～15㎡/h。注漿時，密切關注注漿壓力表讀數，注漿采用逐漸加壓式注漿，注漿結束后應將注漿管封堵密實；二次加壓，第一次注漿2h后，將每個注漿孔按照0.lMPa的壓力保持lOmin注漿。當達到下列情況之一時，即可結束注漿。①當注漿壓力達到終壓且穩定10min時；②孔口管出現冒漿時。具體設置見圖5。

鋼管樁施做及注漿完成后，開始施做基礎鋼筋，主筋為Φ25螺紋鋼，環向間距為20cm；縱向筋和箍筋分別為Φ16，Φ8，間距為25cm，Φ25螺紋鋼主筋在基礎外預留80cm及160cm，前后左右錯開布置。基礎厚度為80cm，寬度為200cm，大體積混凝土基礎見圖6。

鋼管樁注漿完成后，按照所刷坡面的形狀，加工122b鋼拱架，鋼拱架縱向間距Im，拱架兩端與鋼管樁進行有效連接。榀與榀鋼拱架之間采用Φ22縱向連接鋼筋焊接，為增強鋼拱架的整體穩定性，焊接形式采用“八”字型，可靠焊接在鋼架外側翼緣。完成后在基礎部位澆筑C35混凝土見圖7。

4.2.4淺埋段地表處理

（1）清理淺埋段危石及雜物。

（2）在鋼拱架上下表面綁扎兩層鋼筋網，鋼筋網主筋與大體積混凝土基礎預留鋼筋焊接連接，單面焊縫長度為25cm。鋼筋網層間距為30cm，上下層鋼筋網保護層為7cm；環向主筋采用誣5螺紋鋼，環向間距為20cm；縱向筋和箍筋分別為Φ16、Φ8，間距均為25cm。

（3）鋼筋綁扎完成后，開始模板安裝作業，模板安裝安全牢固，從下而上每2m高度留有混凝土澆筑窗口及振搗窗口，模板有接縫的位置用泡沫劑堵縫，防止澆筑混凝土過程中漏漿，造成混凝土蜂窩麻面，混凝土強度不達標，滲水等。

澆筑混凝土應自下而上逐層澆筑，澆筑自由落差不宜大于2m，要求一次性連續澆筑到位，以提高混凝土的整體性及質量可靠性。澆筑過程中注意觀察模板及加固鋼筋有無變形，試驗員隨時把控混凝土性能，做好坍落度試驗。

4.2.5地表回填處理

混凝土施工完成后，在坡下修建一堵C20片石混凝土擋墻，用于淺埋段回填收坡，施作擋墻時，應做好地基處理，基底承載力不小于250kPa；當基底為土層時，應采用C20片石混凝土換填至強風化巖面一下0.5m。

擋墻高度根據回填后隧道開挖線范圍內3%0的流水面確定。先分層回填水泥土（摻l0%），并及時夯實，人工夯實每層厚度不得大于0.2m，機械夯實每層厚度不得大于0.3m。表層客土回填，并撒草籽見圖8。

5 效益分析

（1）隧道淺埋段設計一般采用反壓回填或減少開挖臨空面的施工工法通過，如4步CD法、交叉中隔壁法等，類似施工方法有施工速度慢，周期長，工藝復雜，施工風險不可控的缺點。而采用蓋挖法能夠大幅提高洞內施工的安全性，降低開挖過程中產生塌方掉塊的風險，減少地表滲水量，該方法操作性強，風險可控性高。大體積混凝土基礎能夠有效承載上部壓力，中間拱形大幅混凝土施工結合砂漿錨桿能對隧道開挖掌子面上方的巖層起到懸掛作用，增強其整體性，避免施工中坍塌冒頂。其開挖工法簡單，施工快捷高效，采用此法能有效加快施工進度，縮短施工工期。

（2）蓋挖法大體積混凝土施工完成后，混凝土強度達到設計強度后，隧道內快速開挖上臺階，并及時施作上臺階臨時仰拱，中下臺階開挖支護及時跟進，盡早進入二次襯砌施工階段。當二次襯砌施作完成且達到設計強度后，地表及時進行回填施工。此工法洞內外施工相互影響較小，施工主動性強，節約工期。