隧道通過淺埋段施工方案及施工安全措施研究

張 兵

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

隧道工程施工難度大、安全隱患多，且由于丘陵地區普遍表現出巖體破碎的特點，局部節理裂隙發育，若缺乏合適的施工技術及安全控制措施，則十分容易引發淺埋段坍塌等工程事故。因此，施工單位必須根據淺埋段的施工條件，制訂并實行科學合理的施工方案與安全措施。

1 工程概況

1.1 建設情況

人子石隧道位于廣東省梅州市梅江區城北鎮人子石自然保護區，進口位于梅江區城北鎮兼全村，出口位于梅江區城北鎮群益村，設計為分離式隧道。隧道起訖樁號左線ZK8+488～ZK9+400，長度912m；右線K8+480～K9+380，長度900m，呈東-西方向展布，穿越人子石自然保護區。進洞口設計標高為192.2m，出洞口設計標高為191m；隧道最大埋深約102.5m，屬淺埋中型隧道。

1.2 地質水文條件

人子石隧道工程的主要地質條件以強風化泥質粉砂巖和強-中風化砂巖為主，條件欠佳，淺埋段位于山嶺沖溝處，圍巖自上而下為粉質黏土、強風化砂巖、中風化砂巖，拱頂覆蓋層約13～27m。且該區域內有斷裂構造或破碎帶，洞頂覆蓋層深度可達27m，對應地表位置又恰好位于其中一條沖溝進水口的位置，周邊土質較疏松，在過往小里程施工過程中也曾遇有滑層現象，不利于淺埋段的施工。

2 施工技術方案

考慮上述地質水文條件，施工單位在通過淺埋段施工方案的選擇上，因地制宜，最終以新奧法作為主要施工法，并設置復合襯砌結構，通過錨桿、鋼拱架等裝置的共同作用形成初期支護，同時配套長管棚等超前支護措施，以便增強圍巖的穩定性，改善施工環境。不僅如此，施工單位在施工期間還加強了監控量測，以更好地根據現場情況實施合理的二次襯砌施作。

考慮到該工程淺埋段施工條件欠佳，施工單位根據實際情況最終選擇以光面爆破為主要技術手段，施作初期支護來保證現場安全，提高通風效率，并通過二次襯砌增強隧道穩定性。另外，施工單位根據該工作思路確定具體的作業方式，進、出口端均以機械開挖為主，輔以人工鉆爆，而施工期間的出碴作業通過挖掘機配合裝載機的方式完成，形成開挖、支護、襯砌三條貫穿于隧道施工全程的作業線[1]。

3 具體施工方案

3.1 洞口施工

洞頂截水溝施工是重要的準備工作，在刷邊坡與洞口施工時，要及時采取支護措施，以確保施工全程洞口段都可維持穩定。洞口開挖作業兼顧長管棚的施工要求，于該處預留合適規格的作業平臺。

（1）洞頂截水溝施工。以M10漿砌片石為基礎材料，施作洞頂截水溝，此結構的側墻及溝底兩部分采取相同的厚度控制標準，即30cm。同時，要考慮洞口邊、仰坡開挖線的具體位置，在與之相距至少5m的區域施作洞頂截水溝，并結合現場地形條件，在精準測量后放出截水溝的邊線，再以此為基礎按照20m的間距控制標準依次設置適量斷面；而對于地形起伏處，則要縮小斷面的設置間距。人子石隧道截水溝大樣見圖1。

圖1 人子石隧道截水溝大樣圖（單位：cm）

（2）明洞開挖及邊仰坡防護。①洞口開挖：以挖掘機為主要施工設備，配備數名施工人員以便順利完成刷坡作業；開挖期間要充分考慮洞口的地形、地質條件，秉承全面確保邊坡穩定的原則，盡可能減少開挖擾動。②邊仰坡防護：按照由上至下的方式有序完成邊仰坡防護作業。現場地質條件復雜，對于山體滑坡等不良施工情況，需及時撤除人員和機具，視實際情況制訂應急處治方案。洞口段施工中，一級邊坡和二級邊坡的坡度控制標準依次為1∶0.5、1∶0.75；對于仰坡的施工作業，則采取1∶0.75的坡度控制標準。邊仰坡支護參數見表1。

表1 邊仰坡支護參數表

（3）套拱及長管棚施工。套拱兩側拱腳基坑處均通過施工人員完成土方開挖作業，考慮石方開挖難度較大的特點，需采取小藥量弱爆破的方式。施工人員清理基底并檢測承載力，超過300kPa則滿足要求，否則要對套拱基礎采取加強處理措施，設置φ42mm×4mm注漿小導管，再澆筑套拱基礎，所用材料為C25混凝土。

檢驗套拱混凝土強度，在實測值達到標準并且完成側模和外模兩部分的拆除作業后，便可進入長管棚施工環節。超前長管棚的搭設作業選擇的規格為φ108mm×8mm的熱軋無縫鋼管，選擇3m、6m兩種長度的節段并交錯布設，再通過絲扣連接的方式形成整體。

3.2 隧道開挖

對于淺埋段的地勢問題，技術人員將人工鉆爆作為主要施工方法，但由于開挖作業工作量較大，因此采取了光面爆破和預裂爆破相結合的方式進行爆破作業。由于該地段V級圍巖段的特殊性，因此在該隧道工程中特采用環形開挖預留核心土法中的CD法，作為IV級圍巖主要施工方法。

3.3 初期支護施工

根據洞身襯砌的施工條件，以新奧法為主導，于該處施作復合襯砌。通過錨噴支護的方式形成初期支護結構，再采取模筑混凝土襯砌的方式，以便作為隧道的二襯結構。施工所用的小導管均選擇熱軋無縫鋼管，基本要求為外徑42mm、壁厚4mm、長4.5m，隧道施工中統一采取梅花形布置的原則，預留尾部1m，該處不設置壓漿孔。注漿施工所用材料均選擇水泥漿液，質量要求為水灰比1∶1。

3.4 二襯及防排水施工

以監控量測所得的位移量、現場圍巖等級等為基本依據，選擇合適的時間完成二次襯砌施工作業。考慮到淺埋段的特殊性，在形成初期支護結構后需及時組織二襯作業，全面確保施工安全。

襯砌施工中應加強對材料質量的控制，二襯施工以C30防水混凝土為宜；洞身以及各附屬洞室施工中，均要在襯砌背后設防水層，具體采取的是土工布+EVA防水板相結合的方式，構成多重防水屏障，再布設適量排水盲管。施工現場的擾動因素較多，要保證透水盲溝運行順暢，預先設置的各排水孔道應有效聯通，從而形成高效的排水系統，解決滲水、積水問題。

3.5 超前預報和監控量測

準確掌握施工現場地質情況是順利施工作業的必要前提，因此要以開挖地段的地質信息為依據，預測前方的地質條件。該工程為中型隧道，在采取地質雷達探測的同時還增設了潛孔鉆探的方式。

監控量測工作中，重點圍繞圍巖周邊位移、拱頂下沉、圍巖內部位移而展開。施工初期存在較為明顯的位移和下沉量變化特點，為保證監控量測的準確性，需適當縮小量測斷面間距，以足夠準確的監控量測數據為指導，調整施工工藝，發揮出其對施工作業的指導作用。

4 施工安全措施

該工程交工驗收時，質量要達到交通部現行《公路工程質量檢驗評定標準》及《公路工程竣（交）工驗收辦法》的要求，分項工程驗收合格率100%，確保綜合評分達到93分以上。且從質量預控和動態控制、設備檢測試驗及測量儀器、隧道工程質量以及不良地質地段施工處理等方面，進行了相應的質量保證措施，并做了一定的施工安全管控，以保證該工程的順利進行。具體如下。

4.1 組建應急指揮小組和制訂應急預案

組建應急指揮小組，對于施工中出現的險情，以項目總經理為總指揮，發揮出書記的后勤保障作用，由總工在現場調度工作，小組內的安置部長和施工作業隊長嚴格聽從指揮，多方協調，力爭在最短的時間內化解險情[2]。

該工程地質條件欠佳、拱部等受力條件特殊的結構易發生坍塌，因此要結合實際情況編制塌方事故應急預案。施工中將超前地質預報落實到位，采取24h持續性監測的方式。從圍巖塌方的發生機制來看，其反映的是量變逐步積累而發生質變的動態過程，而量變是其中的主導因素，主要表現為工程地質、水文方面的異常等，通過對此方面的監測，可以為地質預報提供重要的依據。

4.2 施工現場安全保障

施工現場布置全面規劃、合理安排，避開不良地質地段，以利于施工生產，方便職工生活，符合防洪、防火、防雷擊等安全和衛生要求，具備安全生產、文明施工的條件；現場各種材料分類碼放整齊穩固，廢舊物品及時清理，以保持現場的整潔有序；炸藥庫、雷管庫遠離生活區300m以上，并設警示牌，配電所外設圍欄，以確保安全，并合理布置排水溝，確保不妨礙現場交通；制訂應急預案措施，并能在事故發生后迅速采取有效控制措施[3]。

4.3 技術措施保障

針對隧道淺埋段施工，嚴格遵循“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，施工中加強監控量測，采用管棚、超前小導管、預注漿、弱爆破、強支護等形式保證施工的安全性及施工進度。

5 結束語

隧道淺埋段的地質條件較差，需在開工前做好準備工作。該工程實踐中通過加強地質預報，遵循短進尺、弱爆破、強支護的原則，為人子石隧道淺埋段施工提供了安全的施工環境，并通過前期制訂的科學施工方案和后期相應的安全管控措施，使該工程在安全、高效的情況下完成了施工作業，該方法值得同類工程借鑒。