隧道淺埋偏壓段地表處理施工技術

余 偉

（中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南 長沙 410004）

1 工程概況

在建隧道前山一號隧道為雙線隧道，設計行車速度為350km/h，全長551.26m。本隧道地處剝蝕低山區，地勢起伏較大，自然坡度15°～45°，隧道最大埋深78m，圍巖分布為III 級圍巖85m，IV 級185m，V 級248m，其中出口淺埋段起止里程DK99+345 至DK99+468.27，總長123.27m，埋深3m～0.26m，洞外地表處理措施為10%水泥土反壓回填，整理為臺階狀，反壓回填范圍上邊緣鋪一層漿砌片石，厚30cm，并采用骨架護坡防護回填土體邊坡，洞內施工φ89 管棚，采用Vc型復合式襯砌，三臺階臨時仰拱開挖。

2 地質情況

本隧道表層為第四系殘坡積層粉質黏土，淺黃色，硬塑，主要成分為粉黏粒，粉粒次之，層厚約0.5m～1.0m，下伏基巖為變質砂巖夾板塊狀粉砂巖，強風化，黃褐色～青灰色，巖層破碎，變質砂巖夾板塊狀粉砂巖巖層產狀340°∠55°，隧道線路右側邊坡順層，傾向線路左側，視傾角15.2°。其中洞身DK99+380～DK99+420段偏壓、埋深淺，表層粉質黏土及強風化變質砂巖，黃褐色～青灰色，塊狀構造，節理裂隙較發育，巖層較破碎，巖質較軟，V 級軟石。

3 淺埋偏壓段地表處理施工

3.1 施工技術原理

原設計地形為45°邊坡，施工支護措施為φ89 洞內管棚和地表反壓回填10%水泥土，而實際地形自然坡度55°～60°，嚴重偏壓，很容易引起洞外邊坡滑坡，導致隧道溜塌。

正值雨季10%水泥土回填施工質量難以保證，改用了回填碎石土并摻入了5%水泥，然后在周邊采用帷幕注漿法形成帷幕墻，阻斷注漿液的流失，而后在所回填碎石土中補注漿，起到板結作用，達到整體反壓的效果。為解決嚴重偏壓問題，采用洞外補打中管棚預注漿，將上邊坡挑起，從而減輕偏壓壓力[1-2]。

3.2 淺埋處理施工

3.2.1 施工技術參數

施工里程為DK99+345～DK99+468，淺埋處理長度123m，典型處治剖面圖見圖1。圖1 中里程為DK99+392 洞外地表處理斷面，圍巖為Vc 級，開挖工法為三臺階臨時仰拱法，洞內掌子面開挖過程中，每2 榀H175 型鋼（0.6m/榀）搭設59 根φ50 的3m 超前小導管；洞外地表處理技術參數為：洞頂上方3m 位置搭設兩排10mφ89 中管棚及注漿，梅花型布置；線路左側遠離洞側用碎石土夯填壓實，靠近洞采用5%水泥碎石土回填并注漿；反壓碎石土頂采用10cmC25 噴射混凝土封閉。

圖1 DK99+392 洞外地表處理斷面示意

3.2.2 施工機具和材料

機具：后八輪、挖掘機、壓路機、履帶式潛孔鉆機、柴油發電、單杠注漿機、電焊機、濕噴機械手、空壓機、1 臺清水泵。材料：洞渣及黏土、P·O42.5 水泥、水、C25 噴射混凝土、φ89 鋼管、φ50 鋼花管、φ42 小導管及φ110PVC 管。

3.2.3 施工參數優化

在5%水泥碎石土基礎之上，用1:1 的水泥漿再進行板結，同時為確保注漿達到預期效果，在回填碎石土表面用C25 噴施混凝土封閉頂部，沿周邊打設φ110@500mmPVC 花管預注漿作為止漿帷幕，防止鋼花管回填注漿過程中，跑漿至碎石土邊坡以外，達到了板結碎石土的作用[3-5]。

3.2.4 地表處理施工過程

1.清除地表土，測量放樣，放出地表處理范圍，安排人工砍除地表喬木，用挖掘機清除地表灌木及腐殖土。

2.開挖臺階，用挖掘機將隧道左線偏壓邊坡開挖成臺階狀，以便層層回填，形成反壓整體，防止整個回填土沿邊坡滑移。

3.反壓回填，在洞口附近取黏性土，將洞渣一起混合裝運至地表處理場地，用1 臺挖掘機摻和5%水泥拌和均勻后，另外1 臺挖掘機從DK99+345 往DK99+468 由低往高處每層30cm，用22 噸壓路機層層碾壓至設計標高，再收坡整形，確保一次性施工到位。

4.打設管棚，在隧道拱頂3m 反壓邊坡處，DK99+370～DK99+420 范圍內打設兩排10m 的φ89 中管棚，間距1.5m 梅花型布置。跟常規工藝一樣，先用潛孔鉆打設φ110 孔、清孔，用挖掘機配合人工頂φ89 管、埋設φ42 鋼花管及管口封孔，在管棚打設邊坡范圍內，用機械手噴射10cm 厚C25 混凝土，再進行注漿。

5.止漿帷幕施工，為防止回填土注漿無限制擴散到邊坡外而流失，在周邊施作止漿帷幕。用潛孔鉆機在回填土頂部，打設12m@0.3m 的φ110 的孔，直至原地面以下，先埋設φ110 的PVC 管，防止塌孔，然后埋設φ50 鋼花管注漿形成止漿帷幕。

6.回填土注漿，止漿帷幕施工完成后，開始在回填土注漿范圍內鉆孔，9m@1.5m 的φ110 的孔，打滿孔后埋設φ89 鋼管，再封孔注漿，直至將回填土板結為整體，反壓隧道線路左側，徹底解決隧道嚴重偏壓問題。

7.地表處理完成后，反壓回填范圍上邊緣鋪一層M10 漿砌片石，厚30cm，并采用骨架護坡防護回填土體邊坡，在回填土坡腳做排水溝，將地表水排至自然溝渠中。

3.3 施工中采取的技術措施

3.3.1 邊坡管棚處理技術措施

在隧道拱頂3m 反壓邊坡處打設管棚，為更好地達到注漿效果，地表不跑漿，注漿之前邊坡打設管棚范圍內，噴射混凝土覆蓋地表原樹根空隙，同時封閉地表防止地表水滲入隧道內，確保在雨季開挖洞身安全。采取常規水泥漿注漿工藝，φ89 鋼管封孔進行注漿，注漿壓力1MPa，漿液是按1:1 水灰比調制而成。

為起到注漿效果，在φ89 鋼管內安裝φ42 小導管，而且小導管上打1cm 孔，15cm 間距梅花型布置，將漿液更好注入管棚底部，增加地層注漿效果，同時增加管棚懸挑邊坡的剛度，降低了洞身開挖期間邊坡偏壓導致邊坡滑坡風險。

3.3.2 止漿帷幕處理技術措施

為達到反壓回填土注漿效果，用潛孔鉆機在地表回填土頂部，按0.3m 間距鉆φ110 孔，按跳孔順序鉆進，直至原地面以下，平均深度12m。將3 根4m 的φ110PVC 熱熔焊接成12m，安放在鉆好的孔里，一是為了防止塌孔，二是鋼管注漿不向外擴散，更好地形成止漿帷幕。在Φ50鋼管上按每個斷面鉆3個12mm孔，間距15cm，然后將φ50 鋼花管放置在PVC 管中注漿，注漿完成后，再進行下一排跳孔鉆孔注漿作業，直到完全形成止漿帷幕墻。

3.3.3 反壓土回填注漿處理技術措施

待周邊止漿帷幕墻形成后，核心反壓回填土范圍內鉆孔注漿，潛孔鉆機按1.5m 間距打設φ110 孔，因場地限制，加快施工進度，現場采用邊打孔邊埋管，每打1 個孔，及時埋設φ89 鋼管，防止塌孔。φ89 鋼管上同邊坡中管棚一樣，需要在鋼管周邊打孔，方便漿液最大限度擴散至周圍回填土中，確保與原5%水泥碎石土形成板結體作用。注意埋管需高出頂面15cm，待表面覆蓋10cm 厚噴射混凝土后，采取常規注漿工藝，φ89 鋼管封孔進行注漿，注漿壓力1MPa，漿液是按1:1水灰比調制而成。

4 圍巖監控量測

本段淺埋處理段布設25 個斷面，在洞身開挖期間，每天2 次對洞內拱頂、拱腰及拱腳位置進行監測，施工后圍巖變形監控結果見圖2。從圖2 可知：地表處理措施成效明顯，以DK99+393 斷面為例，沉降觀測及周邊收斂觀測，根據上圖經過2 個月10 天圍巖不間斷監測，即3.14-5.24 期間數據顯示，洞內沉降在14mm 以內，同時周邊收斂觀測曲線累計值也小于8mm，數據反饋圍巖穩定，無任何異常情況，且噴射混凝土表面無任何裂紋。

圖2 施工后圍巖變形監控結果

5 進度及經濟效益比較

進度效益比較：按照原設計施工，計劃施工周期為126d。通過此地表淺埋處理技術，不影響洞內施工，洞內僅采用超前小導管加強支護，打62 環3m 小導管，每環鉆孔3h，注漿2h，共計5h，則5*62/24=13d。綜上所述，在進度方面，可節約工期113d。

經濟效益比較：原設計φ89mmx5mm 鋼管45*10*18m=8100m，而地表淺埋處理所用φ89mmx5mm 鋼管200*9m=1800m，從而節約了φ89mm 鋼管6300m，即重65.24 噸。洞內超前變更設計為φ42mmx3.5mm 小導管，消耗重量為22.85 噸，則節約鋼管65.24-22.85=42.39 噸，所需勞務費69.3 萬元，材料費23.3 萬元，共計節約92.6萬元。

6 結語

經過前山一號隧道地表淺埋處理技術的應用，克服了淺埋超淺、偏壓的施工難題，安全快速地完成了此淺埋段的掘進。因此該地表處理過程中所采取的技術方法和措施是安全、可行的，不僅縮短了施工時間，保證了施工工期，而且節約了成本，降低了施工安全風險，為今后類似淺埋嚴重偏壓隧道施工提供了成功施工案例。