蓋挖法在公路隧道中間淺埋段的應用

徐哲翔

(松溪縣交通建設質量安全監督站，南平 353500)

1 工程概況

松溪縣橫一線文秀湖一號隧道全長418 m， 單洞雙向行車，隧道全線位于曲線段內，曲線半徑750。 隧道縱坡坡率/坡長；-1.2%/418 m。 隧道進口設計里程K7+151，設計高程：224.256 m。隧道出口設計里程K7+569，設計高程：219.24 m。隧道最小埋深為10～60 m。隧道圍巖主要為中風化凝灰質砂巖、砂礫巖，局部為砂土狀強風化，較堅硬，巖體較破碎，呈鑲嵌碎裂結構。

淺埋段位于隧道中間， 具體里程K7+259～K7+306段，沿里程方向成“V”型沖溝，其中，K7+270～K7+300 段洞頂覆蓋層薄(原設計淺埋段最小埋深為10 m，實際最小埋深1.5 m)，洞頂溝底地表覆蓋粉質黏土，淺埋段隧道內上部圍巖為砂土狀強風化凝灰砂巖， 下部圍巖為中風化凝灰質砂巖。 同時，該淺埋段處于偏壓地段，碧桂園房地產項目邊坡開挖施工進一步加大偏壓。 且受地表開挖施工擾動，地表覆土松散，隧道施工易冒頂、塌方，如圖1 所示。 由于覆土層厚度減少太多，若按原設計方案，即采用地下管棚超前支護施工方案，則不安全，施工難度大。

2 蓋挖法與原設計方案對比

圖1 隧道頂地表現狀

橫一線文秀湖一號隧道淺埋段原設計為： 在地表回填水泥穩定土，回填高度3.5 m，在隧道兩端淺埋段采用F5+雙排小導管、 隧道中間淺埋段采用F1 中導管進行超前支護。 由于K7+270～K7+300 段洞頂覆蓋層薄，洞頂溝底地表覆蓋粉質黏土已經受附近房地產項目施工擾動，洞頂地層完全喪失自穩能力， 且福建閩北屬中亞熱帶氣候， 降雨多， 采用導管超前支護隧道洞頂穩定性難于保證，隧道施工中存在塌方、冒頂風險大。 若隧道施工前淺埋段洞頂先采用蓋挖法施工[1-2]，再進行隧道暗挖施工，施工風險將大大降低， 雖然蓋挖法增加了邊仰坡防護與鋼筋混凝土護拱等工程量，但相應減少了原設計洞頂5%水泥土回填、超前小導管和系統錨桿等，總施工費用相對原設計基本相當，具體對比費用見表1。

表1 淺埋段變更前后工程主要費用對比

3 蓋挖法施工方案設計思路

根據文秀湖一號隧道淺埋段地形地質條件， 先在K7+275 和K7+295 施做管棚導向棚， 分別從K7+275 往小里程方向、K7+295 往大里程方向各施做長度為20 m的F0 大管棚，然后在洞頂K7+275-K7+295 段采用0.8 m厚鋼筋混凝土護拱沿隧道初支加預留變形量外輪廓與導向棚連接成整體以對隧道洞身開挖施加保護。

文秀湖一號隧道淺埋段蓋挖段施工流程如圖2 所示[3]。 蓋挖法施工方案示意圖見圖3～4。

圖2 隧道蓋挖段施工流程圖

圖3 淺埋段套拱管棚縱向示意圖

圖4 K7+275 護拱開挖斷面示意圖

4 蓋挖法施工關鍵技術

4.1 地表排水系統[4]

在低洼地段施工，修建完善的地表排水系統是決定工程順利與否的前提條件。 本工程需要在開挖的邊仰坡外設置截水溝，截排暴雨天氣地表匯流的地表水。 截水溝大小應根據匯水面積而定[4]。 淺埋段排水布置示意圖見圖5。

4.2 淺埋段邊仰坡開挖及防護

淺埋段“V”型沖溝邊仰坡施作前，周邊設置截水溝隔離雨水匯入護拱施工場地， 開挖時根據現場實際地質情況確定開挖坡率，開挖后采用掛網+噴混凝土防護。 邊仰坡支護設計參數見表2[5]。

圖5 淺埋段排水布置示意圖

表2 邊仰坡支護設計參數

4.3 護拱開挖

淺埋段“V”型沖溝邊仰坡施作完成后，開挖隧道拱頂施作護拱范圍內巖(土)體，隧道洞身及襯砌范圍內巖(土)體預留作為護拱混凝土施工的內模。

4.4 兩端管棚施工

開挖完成后先施作K7+275～K7+295 段兩端管棚，即從護拱兩端明暗交界面向兩端施作管棚。管棚由鋼拱架、鋼花管及無孔鋼管組成。 管棚施工示意圖見6。

圖6 管棚施工圖

4.5 蓋挖護拱施工

兩端管棚施工完成后即可進行護拱施工， 護拱施工參數詳見表3[5]。 護拱基坑開挖完成后，采用C15 砼對預留的核心土表面進行找平，然后安裝護拱鋼筋和外模板，最后澆筑混凝土。護拱基礎的承載力必須滿足設計要求，避免不均勻沉降，防止護拱變形、開裂。

表3 護拱施工參數

圖7 護拱鋼筋、外模安裝

4.6 暗洞開挖施工

護拱達到設計強度后即可進行隧道內暗挖施工。 根據隧道圍巖等級， 按照隧道施工方案和支護措施進行隧道施工。

4.7 土石回填

為了減小隧道偏壓， 恢復地表原貌， 隧道施工完成后，護拱頂沖溝內進行土石回填，回填應分層進行，松鋪厚度不得大于50 cm， 填土層頂面采用厚度50 cm 粘土填筑，隔離地表水進入隧道圍巖內。地面表層采用耕植土回填。

5 施工監控量測

在隧道蓋挖法施工全過程中進行了施工監控量測，實行信息化施工。 地表下沉、拱頂下沉、周邊位移監測成果如圖8～10 所示。

通過監測數據分析可知， 地表下沉主要發生在邊仰坡開挖、 護拱開挖階段， 地表下沉最大累計值為12.03 mm，護拱完成后地表沉降基本無變化。 在隧道暗挖過程中，拱頂下沉累計值為2.75 mm，周邊位移累計值為1.58 mm。監測數據表明蓋挖法過程中，隧道結構穩定。 該工法通過對邊仰坡支護、護拱施作加固洞頂地層，增加了周邊圍巖自身穩定性， 減小了偏壓對隧道施工的影響。

圖8 地表下沉-時間曲線

圖9 拱頂下沉-時間曲線

圖10 周邊位移-時間曲線

6 結論

松溪縣橫一線文秀湖一號隧道順利地完成了隧道中間淺埋段的施工，取得了滿意的效果，通過比較分析隧道淺埋段的支護方案設計和施工，得到以下結論：

(1)在不良地質條件下，隧道中間淺埋段采用蓋挖法施工較原有的F1 中導管超前支護方案更加安全可靠，大大降低了隧道淺埋段施工中發生冒頂、塌方、甚至山洪灌入的風險，對控制隧道施工質量和進度具有重要意義。

(2)通過監控量測數據分析，地表下沉、洞頂下沉、周邊位移等均變化較小， 表明蓋挖法施工增加了周邊圍巖自身穩定性，減小了偏壓對隧道施工的影響。

(3)施工過程中，開挖之前必須做好截、排水系統，防止降雨時地表水沖刷邊坡。 護拱基礎的承載力必須滿足設計要求，避免不均勻沉降，防止護拱變形、開裂。拱頂回填必須對稱，松鋪厚度不得大于50 cm。 頂部按照設計施工防水層。