盖挖法施工技术在明挖段隧道施工中的应用

盖挖法施工技术在明挖段 隧道施工中的应用

黎南

中铁十五局集团第一工程有限公司 陕西省西安市 710000

【摘 要】：盖挖法施工能够有效控制明挖段隧道周围土体的变形和地表沉降,确保隧道施工安全,加快施工进度,具有广泛的经济效益。本文以山西焦煤汾西荣欣矿区铁路专用线（一期）项目刘家棱隧道施工为例介绍盖挖法在明挖段隧道施工中的应用。

【关键词】：盖挖法；明挖段；隧道；监控量测

1.工程概况

新建山西焦煤汾西荣欣矿区铁路专用线（一期）工程是国家关于打赢蓝天保卫战三年行动计划，积极调整运输结构，发展绿色交通体系，推动铁路货运重点项目建设。

刘家棱隧道位于山西省吕梁市柳林县留誉镇刘家棱村附近。地形地貌：地形起伏较大。属于中低山地貌。由于地表水流水的侵蚀作用，沟壑纵横，在谷峰之间冲沟发育，多呈“V”字型，地势起伏较大，地面标高850～986m。隧道起止里程为DK1+548～DK3+391，为全长1843m的双线/单线电气化铁路隧道。

2.盖挖法施工背景

2.1隧道原设计情况

刘家棱隧道DK3+965～DK3+990段采用明洞整体式钢筋混凝土结构衬砌。隧道拱部以下部分按照隧道开挖轮廓线进行初期支护,采用厚0.25m的C25喷射混凝土,双层φ8钢筋网片,长3.0m的Φ22砂浆锚杆,梅花形布置;二衬采用0.55m厚的C35钢筋混凝土；明洞顶部设置钢筋混凝土渡槽，渡槽长80.0m。

2.2实际地形地质

DK3+965～DK3+990段实际现场地形为一“ V”字形沟谷。隧道从沟底通过,线路与沟谷垂直,隧道顶约外露3.0米,且隧道围岩从上往下依次为表层腐殖土、砂质黄土，强风化泥岩及泥岩夹砂岩，属Ⅴ级围岩。

2.3施工方法的确定

如果采用明挖法施工，存在以下不利因素：

2.3.1出洞及进洞的仰坡坡面较陡，地质条件差，隧道掌子面开挖采用钻爆法施工，出洞及进洞的洞口处存在滑坡等安全隐患。

2.3.2由于气候因素，施工至此处时进入当地的雨季，“V”字形冲沟内存在雨水倒灌进入隧道的安全隐患。

2.3.3明洞段二次衬砌施工工序繁琐，影响施工进度。

3.盖板体系设计

3.1盖板设计

盖板设计综合考虑到施工方便、结构受力以及施工安全,所以在设计时采用混凝土护拱, 即在隧道拱顶及拱腰初期支护外侧A、B、C单元范围内设计长25m的C25混凝土护拱,护拱厚度0.4m,两侧各设计1个大拱脚,在每个大拱脚处设计2根长4.0m、纵向间距0.6m的Φ42锁脚锚管,以增强盖板体系的稳定性和安全性。护拱内安装I18工字钢拱架，拱架接头设置连接钢板，接头采用M20螺栓连接，拱架间距0.6m，纵向连接钢筋为Φ22。

3.2出洞、进洞设计

综合隧道进洞和出洞两个断面的地形和地质情况,出洞和再次进洞的仰坡采用挂网喷锚防护；采用V级黄土加强衬砌钢筋混凝土结构。拱墙设置I16型钢钢架，间距为1榀/0.8m，拱部设Φ108大管棚、长30m，环向间距0.4m。其尾部与护拱型钢拱架焊接牢固。

4.盖挖法施工工艺

4.1截排水

为保证隧道施工不受冲沟影响。在开挖隧道之前，先在冲沟的上游开挖一处截水坑，根据截水坑积水情况,用Φ100的橡胶管通过隧道顶部将水引至隧道另一侧冲沟中。

4.2仰坡开挖及防护

通过测量放出两个仰坡面,按照设计的坡比进行刷坡。对两个仰坡进行挂网锚喷防护。

4.3开挖盖板基坑

4.3.1根据所设计盖板(隧道拱架支护的A、B、C单元范围)的宽度、设计高程、弧度和预留变形量将隧道护拱周边的土体挖除。必要时喷锚防护。

4.3.2盖挖段施工时应尽量避开雨季，做好临时排水工作，不得使原自然冲沟水流入基坑内，从而进入隧道内。

4.3.3套拱开挖基坑地基承载力应大于350Kpa,防止出现地基沉降变形等影响套拱施工质量。

4.4安装隧道上台阶型钢拱架

4.4.1按隧道支护参数安装上台阶(隧道支护的A、B、C单元范围)型钢拱架(按五级黄土加强支护形式进行布置)，初期支护拱架为I16型钢钢架，连接钢筋采用Φ22。连接钢筋焊接完成后布设φ8钢筋网，拱架拱脚处打设Φ42的锁脚锚管。

4.4.2拱架安装完成之后，采用铁丝将木板捆绑在拱架的顶部作为初期支护喷射混凝土的顶模；然后采用C25喷射混凝土进行喷锚。

4.5安装护拱临时支撑

上台阶初期支护完成以后，为防止在施工套拱时初期支护变形，在上台阶初期支护范围内安装临时支撑，临时支撑采用I22型钢，套拱临时钢支撑应深入基岩不小于0.5m。

4.6安装隧道套拱型钢拱架并浇筑混凝土

4.6.1套拱中嵌入I18型钢拱架。套拱基础采用Ф42注浆小导管进行加固。混凝土护拱应深入基岩1m以上，混凝土护拱内钢拱架必须与注浆导管牢固焊接，使之成为一个整体。

4.6.2套拱拱架纵向连接采用双层Φ22钢筋，分别在拱架外侧和内侧焊接，同时布设φ8双层钢筋网，钢筋网在套拱拱架外侧和内侧布设，并与连接钢筋焊接形成整体。

4.6.3套拱拱架安装完成后，采用铁丝将木板捆绑在拱架的顶部作为护拱的顶模，浇筑C25混凝土，浇筑套拱混凝土时应从下往上，左右对称浇筑；完成套拱施工。

4.7隧道开挖掘进

待护拱混凝土达到设计值的70%后，拆除临时支撑并进行洞身开挖，隧道从大里程端正常掘进,掘进采用台阶法,掘进过程中坚持“ 短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则。在开挖下台阶时左右必须错开3m以上的间距,防止掉拱现象发生，并加强监控量测。

4.8 施工仰拱、二衬

初期支护完成以后,及时施工仰拱、二衬,仰拱及二衬施工按照五级黄土加强衬砌结构形式施工。

4.9 回填覆盖

待所有主体结构施工完成后洞顶回填水泥土并设粘土隔水层、种植土、植草绿化。

5.变形观测

对于此段围岩的变形观测,与正常Ⅴ级围岩一样,收敛和拱顶下沉监测点的布置根据施工规范要求采用五点法布置,即同一断面上台阶布置3个点,下台阶布置2个点。断面间距按5m一个断面 ,共布置了6个断面。按照规范要求的监测方法和相应的监测频率进行监测,其监测结果如表1所示。

表1 周边位移及拱顶下沉量监测结果汇总表

6.成本及施工进度

6.1成本比较

如果采用明挖法施工,明挖段顶部设置渡槽，渡槽占地约3亩，需对明挖段加强安全防护措施,经过测算,其增加的投资约83万元人民币;而采用盖挖法施工，减少对明挖段的安全防护，占地约0.8亩,其增加的投资约71万元人民币。说明采用盖挖法施工具有较好的经济价值。

6.2工期比较

如果采用明挖法施工，工期需要60天完成，采用盖挖法施工，工期为20天完成。节约工期40天。说明盖挖法施工能有效促进施工工期。

7.结语

由于盖挖法施工可以最大限度地降低明挖段隧道施工安全风险,又能在盖板下按正常段顺序施工隧道结构,既保证了施工进度,又具有广泛的经济效益,因此在盖挖法施工技术在明挖段隧道施工中具有良好的应用前景。

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