淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)

金軍良

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州510420）

1 工程概況

1.1 整體概況

瞿溪1號(hào)隧道屬于甌海大道三期（瞿溪環(huán)島至澤雅大道）工程，位于溫州市甌海區(qū)瞿溪街道，隧道左線(xiàn)長(zhǎng)571.0m，隧道右線(xiàn)長(zhǎng)529.0m，隧道輔洞長(zhǎng)545.0m。隧道右線(xiàn)最大埋深85.5m，隧道左線(xiàn)最大埋深89.2m。瞿溪1號(hào)隧道主洞和輔洞進(jìn)出口均采用端墻式洞門(mén)。

1.2 地形地貌

瞿溪1號(hào)隧道進(jìn)口段位于低山剝蝕殘丘東側(cè)，自然坡度約15～25o，表部植被發(fā)育。瞿溪1號(hào)隧道右洞進(jìn)口右側(cè)位置存在一定的淺埋偏壓，洞頂上部覆蓋土層為含黏性土角礫，且最小覆蓋層厚度約為0.7m，覆土深度極薄。

1.3 地質(zhì)條件

瞿溪1號(hào)隧道進(jìn)口段主要處于第四系覆蓋層或全風(fēng)化層，主要為含黏性土碎石及淤泥質(zhì)黏土，局部地段中風(fēng)化基巖直接出露。

2 設(shè)計(jì)與施工

2.1 設(shè)計(jì)

瞿溪1號(hào)隧道右洞明暗交界里程為YK0+630。根據(jù)偏壓淺埋段圍巖地質(zhì)情況，結(jié)合《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3660—2020）要求，確定采用超前長(zhǎng)管棚、超前小導(dǎo)管、Ⅴ級(jí)圍巖襯砌類(lèi)型支護(hù)（拱墻采用I22b型鋼鋼架，拱部采用φ42超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，噴射混凝土厚度10cm，采用φ8雙層鋼筋網(wǎng)）。鑒于瞿溪1號(hào)隧道右洞進(jìn)口存在淺埋偏壓，為平衡土壓力，在明暗交接位置至截水溝位置設(shè)計(jì)變更，增加設(shè)置偏壓式擋墻，墻內(nèi)回填土體并注漿固結(jié)[1]。

2.2 開(kāi)挖及支護(hù)

2.2.1 地表處理

瞿溪1號(hào)隧道右洞進(jìn)口按設(shè)計(jì)邊坡坡率進(jìn)行刷坡，原設(shè)計(jì)仰坡、仰坡與截水溝位置中間均采用噴錨支護(hù)，錨桿采用φ42×4mm注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)度3.5m/根，間距1.2m×1.2m梅花形布置，噴射混凝土厚度10cm，采用φ8鋼筋網(wǎng)。

2.2.2 開(kāi)挖

瞿溪1號(hào)隧道進(jìn)口80m范圍采用非爆破法開(kāi)挖。開(kāi)挖采用破碎錘破除法，液壓為動(dòng)力，破碎錘為主要開(kāi)挖工具。按照“管超前、短進(jìn)尺、弱開(kāi)挖、快封閉、勤測(cè)量”的原則組織施工。采用挖掘機(jī)攜帶液壓錘自下而上環(huán)形逐層開(kāi)挖，沿開(kāi)挖輪廓線(xiàn)進(jìn)行破碎開(kāi)挖。進(jìn)口端右線(xiàn)YK0+630～690段60m采用SX-Ⅴa型復(fù)合型襯砌，CD法開(kāi)挖，其中進(jìn)口30m范圍采用三臺(tái)階CD法開(kāi)挖，其他位置采用兩臺(tái)階CD法開(kāi)挖。各部開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi)，平行推進(jìn)，各導(dǎo)坑高度按2.5～3.5m設(shè)置[2]。

2.2.3 超前管棚

超前管棚是地下結(jié)構(gòu)工程淺埋暗挖時(shí)通常采用的一種超前支護(hù)技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是在擬開(kāi)挖的地下隧道或結(jié)構(gòu)的襯砌拱圈隱埋弧線(xiàn)上，預(yù)先設(shè)慣性力矩較大的厚壁鋼管，起臨時(shí)超前支護(hù)作用，防止巖石坍塌和地表下沉，以保證掘進(jìn)和后續(xù)支護(hù)工藝安全運(yùn)作。當(dāng)遇到松軟地層時(shí)，管棚結(jié)合圍巖預(yù)注漿可成為有效的施工方法管棚注漿法。由于該工法不需要大型機(jī)具設(shè)備，具有工藝簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快等特點(diǎn)，因而在地下工程松軟地層開(kāi)挖中被廣泛采用[3]。

瞿溪1號(hào)隧道右洞進(jìn)口采用管棚4φ108mm，壁厚6mm熱軋無(wú)縫鋼管，環(huán)向間距40cm，單根長(zhǎng)度40m，共43根。管棚段內(nèi)增加φ42超前小導(dǎo)管支護(hù)措施跟進(jìn)，環(huán)向間距0.4m，每2.0m一環(huán)，每環(huán)43根，每根長(zhǎng)4m。超前小導(dǎo)管角度可以增大，調(diào)整為10～35o，注漿處理提高土體自穩(wěn)性。

2.2.4 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管施工法是在工作面周邊按一定角度將具有滲洞的小導(dǎo)管打入巖體中，通過(guò)注漿泵的壓力，將水泥漿液通過(guò)小導(dǎo)管滲透、擴(kuò)散到巖體孔圈和裂圈中，以改善和增強(qiáng)圍巖的力學(xué)性能，在預(yù)挖隧道周?chē)纬梢粚又顾⒎€(wěn)定的承載殼；同時(shí)，管體又可起到超前錨桿的作用，從而達(dá)到增加巖體的自穩(wěn)時(shí)間，提高開(kāi)挖面周?chē)鷰r體的自穩(wěn)能力，限制地層松動(dòng)變形的目的。

該隧道超前小導(dǎo)管采用外徑42mm、壁厚3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊上φ6加勁箍，管壁四周鉆8mm壓漿孔，但尾部有1m不設(shè)壓漿孔。當(dāng)超前小導(dǎo)管施工時(shí)，鋼管與襯砌中線(xiàn)平行以12～15o仰角打入拱部圍巖。鋼管的環(huán)向間距40cm。每打完一排鋼管注漿后，開(kāi)挖拱部及第一次噴射混凝土、架設(shè)鋼架，初期支護(hù)完成后，隔1.5m再打另一排鋼管，每排超前小導(dǎo)管之間搭接1.0m以上[4]。

2.2.5 鋼拱架

初期支護(hù)由I22b鋼拱架，鋼架縱間距0.5m/榀；Φ22藥卷錨桿，Ф25中空注漿錨桿，L=4m，間距50cm×120cm（縱×環(huán)向），梅花形布置；HPB300φ8鋼筋網(wǎng)及C25噴射混凝土組成。鋼拱架之間用縱向鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體，與圍巖密貼，形成承載結(jié)構(gòu)。拱部采用φ42超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，環(huán)向間距0.4m，每2m一環(huán)，每環(huán)43根，每根長(zhǎng)4m。

針對(duì)淺埋段落增加鎖腳錨管，縱向連接筋采用工字鋼，如圖1所示。

圖1 加強(qiáng)支護(hù)措施（增加鎖腳錨管、縱向連接筋采用工字鋼）

2.2.6 偏壓擋墻

考慮瞿溪1號(hào)隧道右洞進(jìn)口存在淺埋偏壓，為平衡土壓力，在明暗交接位置至截水溝位置設(shè)置設(shè)計(jì)變更，增加偏壓式擋墻，墻內(nèi)回填土體并注漿固結(jié)，擋墻設(shè)置位置YK0+630～YK0+638，總長(zhǎng)度8m，采用C25混凝土澆筑，擋墻基礎(chǔ)用間距1.0m長(zhǎng)7.0m的Φ108鋼管柱加固。YK0+630～YK0+638基坑坡面防護(hù)采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+10cm噴射混凝土的防護(hù)形式（見(jiàn)圖2）。瞿溪1號(hào)隧道右洞需要按要求完成施工擋墻，并反壓回填級(jí)配碎石、注漿加固處理后，方可進(jìn)行進(jìn)口端進(jìn)洞作業(yè)[5]。

圖2 增加偏壓擋墻及墻內(nèi)填土示意圖

3 監(jiān)控量測(cè)

該隧道采用新奧法施工，監(jiān)控量測(cè)是新奧法施工的要素之一。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是隧道施工的關(guān)鍵。加強(qiáng)隧道沉降收斂觀(guān)測(cè)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，在地表設(shè)置沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)。每日對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常立即停止開(kāi)挖，分析原因并采取措施。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，選定量測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目，即水平收斂和拱頂下沉兩項(xiàng)。YK0+630斷面為洞口段斷面，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，累計(jì)沉降量為153mm，水平收斂為70mm，曲線(xiàn)整體都呈趨于水平的拋物線(xiàn)（見(jiàn)圖3、圖4）。證明所采取的支護(hù)與加固措施有效地控制了隧道變形量，確保安全施工。

圖3 水平收斂監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

圖4 拱頂下沉監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

在不良地質(zhì)條件下的隧道施工，安全進(jìn)洞是關(guān)鍵。在嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工的同時(shí)，當(dāng)圍巖發(fā)生較大變形時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧_保安全施工。嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、快封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量”的施工原則，并采用信息化施工，施工過(guò)程中實(shí)施地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，加強(qiáng)對(duì)圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的監(jiān)控，是不良地質(zhì)隧道施工的有力保障。

施工過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，不斷修正支護(hù)參數(shù)，調(diào)整施工方法，確保拱頂沉降控制在預(yù)留變形量范圍內(nèi)，保證施工安全的同時(shí)，節(jié)約施工成本。