淺埋偏壓大斷面隧道套拱暗挖段優(yōu)化方案

徐晗

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司）

橫嶺隧道是贛深客專全線高風(fēng)險(xiǎn)隧道之一。隧道軟弱圍巖比重大，Ⅳ、Ⅴ級圍巖占隧道全長的75%，隧道區(qū)出露的地層為燕山早期（γ52）侵入巖、侏羅系下統(tǒng)藍(lán)塘群（J1ln）沉積巖。隧道圍巖風(fēng)化破碎，斷裂構(gòu)造發(fā)育，穿越6 條斷層，地下水較發(fā)育，隧道埋深淺，洞口及個(gè)別洞身段淺埋段易發(fā)生崩塌、溜塌、垮塌，隧道內(nèi)易發(fā)生突泥涌水；隧道區(qū)地表水系主要為谷地內(nèi)溪水、水庫水和水塘水，較發(fā)育，局部發(fā)育，溝谷中多有小溪流發(fā)育，主要接受大氣降水補(bǔ)給，雨季水量豐富。隧道位于生態(tài)嚴(yán)控區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高，是本項(xiàng)目控制工程，也是重難點(diǎn)工程。

1 工程概況

新建贛州至深圳客運(yùn)專線廣東段橫嶺隧道位于河源市，從仙塘鎮(zhèn)進(jìn)洞，于臨江鎮(zhèn)出洞，全長7874.81m，起訖里程為DK272+521.19～DK280+396，為單洞雙線隧道，設(shè)計(jì)速度為350km/h，隧道穿越低山、丘陵區(qū)，地面高程多在150～350m，相對高差50～100m，隧道埋深12.65～201.9m，溝谷縱橫，植被茂密，雜草叢生。該隧道是贛深客專控制性工程之一，具有工期短、任務(wù)重、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度大的特點(diǎn)。

2 施工中存在的問題

隧道穿越低山、丘陵區(qū)，進(jìn)口段多處于溝谷中，地質(zhì)條件差，施工條件差。洞身DK272+730～DK272+750 設(shè)計(jì)為對稱套拱暗挖段，施工長度20m。挖方最大深度9m，最小深度2m，主要為花崗巖、花崗閃長巖全強(qiáng)風(fēng)化。該段需要開挖大量土石方、高刷坡及強(qiáng)支護(hù)施工，不僅易對高邊坡山體基巖因失去支撐而造成上方圍巖失穩(wěn)產(chǎn)生滑塌，大量土石方開挖外運(yùn)、高邊坡支護(hù)面積加大，且對原始地貌和自然景觀的破壞嚴(yán)重。如何優(yōu)化該段套拱暗挖段支護(hù)安全范圍，減少對該段土石方開挖和邊坡支護(hù)范圍，保護(hù)原始地形地貌，保證暗洞施工安全是本工程的難點(diǎn)。隧道套拱暗挖段平面如圖1 所示。

3 優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化方案思路

分析該段隧道的地形地貌特點(diǎn)，該段隧道處于溝谷中，左側(cè)山體明顯高于右側(cè)，洞身埋深較淺最淺處2m厚，基巖以強(qiáng)風(fēng)化黃崗巖為主，自穩(wěn)能力較弱，側(cè)壁容易產(chǎn)生坍塌。根據(jù)該段開挖后實(shí)際地質(zhì)條件，靠山側(cè)地質(zhì)條件比原設(shè)計(jì)地質(zhì)條件好，初露花崗巖基巖早，在此基礎(chǔ)上提出了將套拱拱腳靠近山體一側(cè)抬高、對側(cè)不變的不對稱套拱[1]結(jié)構(gòu)支護(hù)形式，充分發(fā)揮圍巖的承載能力，不對稱套拱與傳統(tǒng)對稱套拱暗挖段施工相比，挖方最大深度減少2m，施工減少靠山側(cè)刷坡面積進(jìn)而減少支護(hù)面積，減少土石方開挖量進(jìn)而減少對山體擾動，總體減少開挖和支護(hù)工程量，加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資。原設(shè)計(jì)和優(yōu)化后斷面見圖2、圖3。

3.2 總體施工方案

根據(jù)優(yōu)化方案，總結(jié)出了不對稱套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案。根據(jù)現(xiàn)場地形條件及雨季施工情況，為防止開挖時(shí)形成坍塌、滑坡，采取分段開挖、鋪設(shè)鋼架、澆筑套拱、回填反壓和分段設(shè)置截水導(dǎo)流的方案。

圖1 橫嶺隧道進(jìn)口平面圖

圖2 橫嶺隧道DK272+730 處套拱原設(shè)計(jì)橫斷面圖

圖3 橫嶺隧道DK272+730 處套拱優(yōu)化斷面圖

首先在隧道邊坡開挖線以外5m 施做截水天溝，順接至自然排水溝中，邊坡刷坡自上而下人工配合挖掘機(jī)分層進(jìn)行刷坡作業(yè)，分層開挖分層防護(hù)，開挖后土體表面進(jìn)行夯實(shí)處理作為套拱混凝土施工支撐體系的土膜，架設(shè)拱架和模板，綁扎鋼筋、澆筑套拱混凝土，套拱完成后強(qiáng)度達(dá)到70%后對該段拱頂土體回填反壓，以達(dá)到平衡受力的目的，確保該段山體穩(wěn)定。

該段正洞施工過程中需加強(qiáng)地表和洞身圍巖監(jiān)控量測頻率，隨時(shí)觀察地表和圍巖動態(tài)變形情況，獲得支護(hù)工作狀態(tài)的信息，及時(shí)修正支護(hù)參數(shù)，確保施工安全可靠、有序可控。

3.2.1 施工區(qū)段劃分

該段洞身施工長度20m，按套拱施工每循環(huán)長度10m 劃分為兩段依次展開施工，即DK272+740～+750 段和DK272+730～+740 段。

3.2.2 總體施工順序

先施工大里程DK272+740～+750 段，再施工小里程DK272+730～+740 段。每段施工先后次序?yàn)殚_挖支護(hù)、套拱施作和回填土；最后兩段一起施做黏土層、永久水溝和骨架護(hù)坡。DK272+730～DK272+750 區(qū)段施工示意圖見圖4。

4 不對稱套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法

圖4 DK272+730～DK272+750 區(qū)段施工示意圖

4.1 工藝流程

不對稱套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝流程為：測量放線、地表清理→施工排水溝→邊坡開挖防護(hù)→套拱開挖→拱腳小導(dǎo)管打設(shè)→小導(dǎo)管安裝注漿→套拱安裝→套拱混凝土澆筑→養(yǎng)生拆模、邊坡防護(hù)→水泥土反壓回填→沉降點(diǎn)埋設(shè)

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1 截水溝及邊仰坡施工

⑴測量放樣，清表軟土，截水天溝設(shè)于邊、仰坡坡頂以外且≥5m，截水溝采用人工配合機(jī)械開挖，C25 現(xiàn)澆混凝土澆筑。

⑵邊仰坡采用錨噴混凝土進(jìn)行加固，簡易臺架人工風(fēng)槍進(jìn)行錨桿打設(shè)、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、濕噴混凝土。采用φ22mm 砂漿錨桿，長度4m、間距1.5m，呈梅花型布置[2]，再鋪設(shè)φ6mm 鋼筋網(wǎng)，噴10cm 厚C25 混凝土。

4.2.2 套拱施工

⑴在進(jìn)行套拱混凝土施工前，要加工支撐套拱混凝土澆筑的拱架和模板，支撐鋼架采用I18 工字鋼。

⑵開挖完畢，精確放樣套拱鋼架拱腳位置，安放鋼拱架。鋼架用冷彎機(jī)加工成型，分三節(jié)制作，確保尺寸準(zhǔn)確，隨后進(jìn)行編號，將編好號的鋼拱架運(yùn)送至施工現(xiàn)場組裝。鋼架連接鋼板采用220mm×230mm×14mm 鋼板，鋼板預(yù)留孔，各節(jié)鋼架用M24mm×60mm 螺栓[3]連接。

⑶套拱預(yù)留變形量15cm。確保鋼架定位準(zhǔn)確，采用C25 混凝土施做15cm 混凝土套拱基礎(chǔ)，在墊層上面安裝I18 鋼架，間距50cm。并在鋼架拱腳處綁扎鋼筋，鋼架拱腳兩端各施打3 根長6mφ42mm 超前小導(dǎo)管，間距50㎝。為保證拱架的穩(wěn)固，兩榀拱架間設(shè)置φ22mm 連接筋，“八字形”布設(shè)，與水平方向成30°。采用竹膠板立模泵送澆筑C25 混凝土，如圖5 所示，人工振搗，由于護(hù)拱左右不對稱，先澆筑右側(cè)，待兩側(cè)平齊后再兩側(cè)均勻澆筑。

圖5 不對稱套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)施工示意圖

4.2.3 回填施工

施工前按設(shè)計(jì)施做好洞頂防、排水，達(dá)到與原始地形地貌自然和諧順接。

⑴10%水泥土反壓回填厚度為4m 厚，表層為0.5m厚黏土隔水層。

⑵當(dāng)套拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，反壓回填洞頂10%水泥土[4]。

⑶10%水泥土反壓回填厚度每層30cm。

⑷回填施工均勻?qū)ΨQ進(jìn)行施工，并根據(jù)測量放線標(biāo)高分層夯實(shí)，其兩側(cè)回填土壓實(shí)面高差≤0.3m。

⑸10%水泥土反壓回填施工完成后馬上施工黏土隔水層并用壓路機(jī)壓實(shí)，隔水層表面有4%的流水坡度，使水流入永久排水溝。

5 監(jiān)控量測

套拱暗挖段施工完畢后布設(shè)地表沉降監(jiān)控量測點(diǎn)，沿縱向每隔5m 布設(shè)一個(gè)觀測斷面，共設(shè)5 個(gè)觀測斷面，沿橫斷面每隔5m 布設(shè)一個(gè)地表沉降觀測點(diǎn)，其中第一個(gè)觀測點(diǎn)布設(shè)在橫斷面軸線對應(yīng)的地表處，其它測點(diǎn)沿兩側(cè)布設(shè)。洞內(nèi)量測點(diǎn)與地表沉降觀測點(diǎn)布設(shè)在相同里程同一斷面內(nèi)，洞內(nèi)布設(shè)1 個(gè)拱頂下沉觀測點(diǎn)和拱腰處一對凈空收斂觀測點(diǎn)。

在監(jiān)控量測周期2017 年10 月28 日至2018 年1月3 日內(nèi)，取得監(jiān)控量測數(shù)據(jù)后，及時(shí)采用散點(diǎn)圖和回歸分析法進(jìn)行分析，根據(jù)量測值繪制位移-時(shí)間曲線，預(yù)測最終位移值和各階段的位移速率[5]。各測點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算分析后，觀測結(jié)果滿足規(guī)范要求，相應(yīng)支護(hù)參數(shù)和施工方法滿足規(guī)范要求。選取代表性觀測點(diǎn)整理后的觀測曲線匯總見圖6。

圖6 地表下沉、拱頂下沉和凈空收斂曲線匯總

6 施工效果

對不對稱套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法施工時(shí)的工程量增減優(yōu)化進(jìn)行了分析，結(jié)果如表1 所列。通過分析對比可以看出，在確保質(zhì)量安全的前提下能夠快速施工，節(jié)約非關(guān)鍵線路工期25d，節(jié)省材料共計(jì)43 萬元。

7 結(jié)束語

采用不對稱套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)施工處于低山、丘陵區(qū)隧道淺埋偏壓套拱暗挖段的隧道洞頂施工，結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，采用科學(xué)化、信息化的手段及時(shí)反饋施工過程支護(hù)參數(shù)是否正確，保證了隧道施工安全。該優(yōu)化方案減少了對該段山體的開挖和支護(hù)面積，最大限度保持了原始地形地貌和自然景觀，對生態(tài)環(huán)境起到了很好的保護(hù)作用。在確保質(zhì)量安全的前提下降低了施工成本，加快了施工進(jìn)度，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

表1 不對稱套拱暗挖段節(jié)約資金 （元）