浅谈隧道浅埋偏压段施工技术研究

浅谈隧道浅埋偏压段施工技术研究

王兴荣

（中铁上海工程局集团第五工程有限公司，上海  530001）

摘 要：随着社会经济的发展,越来越多的施工难点已被建设者们运用智力所破解,本人便根据自己的铁路隧道施工经历,对隧道施工中所出现的浅埋、偏压等施工难点,并结合相关的施工规范、设计及业主等单位要求,将隧道施工的质量控制要点进行了分析研究。

关键词：浅埋；偏压；锁脚锚管、台阶、喷射混凝土；超前小导管。

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引言

矮坡二号隧道位于湖南省湘西州吉首市河溪镇阿娜村内，隧道进口接路基，出口接四方冲跨杭瑞高速大桥，隧道全段均位于直线上，全段为23.4‰上坡。    

矮坡二号隧道全长340.39m，进、出口里程DK139+637、DK139+977.39，洞身浅埋偏压段里程DK139+700～DK139+775，设计采用10%水泥稳定碎石土等反压回填后暗挖通过，水泥土纵向回填范围:DK139+700～DK139+775,横向：左侧与既有边坡相接、右侧至隧道中线外8m，回填高度2m，因受架梁工期影响，按设计方案施工将无法满足梁车通过要求，且当地正值雨季此段回填后暗挖易造成山体滑坡塌陷，对此经研究决定浅埋偏压段采用重力式挡土墙、C35钢筋混凝土护拱、锚固桩进行防护，护拱里程DK139+720～DK139+755共35m，左侧每个拱脚底部设置4根Φ50锁脚钢管，长度5m，右侧设置7根锚固桩，钢筋露出桩顶0.9m（与护拱钢筋连接），锚固桩长12m，采用C35混凝土浇筑。

1.施工流程

施工正洞之前，必须先将洞外的防护工程重力式挡土墙及抗滑桩施工完毕，正洞施工分为三个区段，分别为DK139+700～DK139+720区段、DK139+720～DK139+755区段及DK139+755～DK139+775区段。

1.1 DK139+700～DK139+720区段施工流程

此段属于偏压段落，在进洞之前首先先要将偏压段进行处理（施作偏压侧的重力式挡土墙），完成后按照正常施工流程进洞，为保证安全起见，分正反两个方向进洞，正向：测量放样→左半幅上台阶大管棚施工→上台阶开挖土石方→立设拱架→锁脚导管及超前导管施工→喷锚施工→下一循环施工；反向：测量放样→洞外导向钢架立设→锁脚导管及超前导管施工→喷锚施工→测量放样→左半幅上台阶大管棚施工→开挖土石方→立设拱架→锁脚导管及超前导管施工→喷锚施工→下一循环施工。

1.2 DK139+720～DK139+755区段施工流程

测量放样→左侧刷边坡至硬质岩石位置→右侧开挖至抗滑桩预埋拱脚连接板→安装拱架→拱架内模安装→喷锚施工→下一循环施工。

1.3 DK139+755～DK139+775区段施工流程

测量放样→刷坡至拱顶4米原状土覆盖层位置→安设拱架→锁脚锚管施工→喷锚施工→下一循环施工。

1.4里程DK139+720～DK139+755段套拱施工：此段拱架施工完成后，施做左侧套拱锁脚锚管（用于支撑套拱基础），绑扎套拱钢筋，右侧基础坐落于锚固桩顶部，最后整体浇筑混凝土。

1.5里程DK139+700～DK139+775反压回填施工：DK139+720～DK139+755段套拱施工完成后，回填隧道弃渣至护拱顶以上2m处，观察洞内变形情况，待变形稳定后回填至设计标高。

2.施工技术研究

2.1施工方法

浅埋段采用三台阶法施工(DK139+700~DK139+720区段采用上台阶左右幅施工法),人工配合机械开挖,在需要爆破的地方,严守"短进尺,弱爆破,强支护,早成环"的原则。

2.2开挖施工

2.2.1 DK139+700～DK139+720区段开挖防护施工

本区段属浅埋地段，最浅埋深2m，围岩岩体破碎、节理发育，采用管棚及φ50导管超前支护，开挖间距，拱架参数，导管参数，锚杆参数按照Vc级支护工法施工；正向施工时，施
工左侧上台阶管棚，采用微震爆破施工；反向施工时立设2榀导向拱架，施工左侧承压侧管棚，开挖方式采用机械凿除施工；与此同时在承压段落地表埋设沉降观测点，洞内埋设收敛及沉降点，每天进行观测，直至暗挖顺利通过，遇到数据异常时，即可停止施工，待沉降数据稳定后方可继续施作。

图1：DK139+700～DK139+720段掘进方向示意图

图2：DK139+700～DK139+720段反向施工示意图

2.2.2 DK139+720～DK139+755区段开挖防护施工

本区段经现场测量发现，隧道拱腰以上70%的面积已外露，为保证安全的前提下采用明挖法施工，特别注意山体侧开挖坡度，在开挖之前，需在山体边坡处埋设沉降观测点，底部开挖时实时观测山体边坡的变化，直至挖至拱架范围内的硬质岩层；右侧抗滑桩可同步施工完毕，为拱架的稳固打好基础，拱架参数，导管参数按照Vc级支护工法施工。

图3：DK139+720～DK139+755区段施工示意图

2.2.3 DK139+755～DK139+775区段开挖防护施工

此区段围岩岩体破碎、节理发育，土体覆盖层不厚，当原状土至拱顶大于4米时方可进行暗洞施工，洞口需先行立设2榀导向拱架，采用φ50导管超前支护，开挖间距，拱架参数，导管参数，锚杆参数按照Vc级支护工法施工，此段采用微震爆破施工。

图4：DK139+755～DK139+775区段施工示意图

2.3超前支护施工

超前小导管施工：在Ⅴ级围岩区段，采用超前小导管支护，施工前，先对开挖面及5m范围内的坑道喷射5～10cm厚砼进行封闭。

小导管采用φ50、L=5m钢管，环向布设间距50cm，纵向间距3m。施工前按设计布设位置，并用红油漆标注，采用地质钻机钻孔，与隧道纵坡方向呈15º仰角。

超前小导管注浆液采用水泥浆，水灰比控制在0.5：1，注浆液由稀到浓逐级变换，先注稀浆，然后逐级变浓，注浆压力0.5～1MPa。

2.4初期支护及辅助施工措施

2.4.1砂浆锚杆施工

施工工艺流程为：钻孔→清孔→插入杆体→封闭孔口→注浆→封闭锚杆注浆口。

购买的成品锚索,都需要事先在洞外准备,安装的锚杆钻孔部位和孔深都需要准确。首先利用凿岩机的条件钻凿锚索孔眼,在达到要求时用高压风机清理孔内石屑,接着设置锚索以密封孔内,最后通过注浆设备泵向锚索内注浆材料,在注浆方法压力超过规定值后停止注浆材料关闭注浆方法口,并取样进行锚索抗拔测量。

2.4.2钢筋网制作安装

挂钢筋网的系统锚杆施作时的安设。钢筋网格按照所支护岩面的实际起伏情况进行调整,应在初喷射砼时完成调整,使钢筋网格连接处的锚杆和节点连接在一起,以确保钢筋网格在初喷射时不易晃动。

2.4.3钢拱架施工

在钢拱架安装时,按照传统施工工艺会在拱架在钢拱架安装时,按照传统的施工工艺一般都会在拱架底脚部位预留0.15~0.2m原地基,但由于地质条件与实际开挖尺寸偏差的原因,会导致钢拱架底部不稳,从而影响其安全质量,为此针对这一情况,在钢拱架的底拱脚部位进行了挖槽就位工程,并通过安设槽钢以此增加了基底承载力,可有效的提高拱架的安装精度,更保障了其施工安全。于地质与实际开挖尺寸偏差的原因,会导致钢拱架底部不稳,影响其安全质量,为此针对这一情况,在钢拱架拱脚部位进行挖槽就位,安设槽钢以此增加基底承载力,可有效的提高拱架的安装精度,更保障了其施工安全。

2.4.4喷射砼施工

本隧道该隧道的混凝土采用湿喷方法进行,并采用了下列工艺方法:初喷后砼需要紧跟作业面,在复喷时先根据设计进行了锚索、钢筋直径网、砼拱架等的布置作业,将复喷与作业面之间的高度为5m,在浇筑后通过对计算的结果做出相应调节。

喷锚支护的砼,由桐庐市分水高中学校集团喷和复喷二次浇筑。初喷在开挖结束后及时实施,以及时封堵外露表面,并防止因地表的风蚀剥落。而复喷混凝土的锚头、挂网与钢杆施工同时进行,以尽快使喷锚支护的全部受力,并使支护的区域变位。

喷射混凝土按照划段、分片从下向上依次进行,每段长度不大于6m,每次的喷洒厚度限制在六厘米以内,后层的喷洒必须在前层砼终凝时完成,新喷出的混凝土必须按规定洒水施工。

2.5隧道防排水施工

2.5.1洞外防排水施工

在洞口施工期间,为避免土壤和降雨侵蚀隧洞的边仰坡,在洞口边仰坡外侧设置截水天线槽以截断地表水,同时利用涵洞及路基排水侧沟排涝。洞口在大仰坡施工完成后及时实施了边坡的锚喷保护。

2.5.2洞身防排水施工

隧道模芯筑衬砌的防排结构按照"防排结合,因地制宜,终合治理"的设计原则进行建设,以达到隧洞内不渗、外不渗,没留水患。

衬墙使用防水混凝土施工;沉降缝、环形施工缝都采用地埋式橡皮止水带进行防水和防水材料嵌缝施工,而纵向施工接缝使用背贴式橡皮止水带或钢板止水带防水。

2.6二次衬砌施工

2.6.1仰拱、仰拱填充砼、边墙施工

为了保证支护洞口可以及时封闭,并形成稳定的支撑结构,从而保证质量与安全并给施工运输提供良好环境,在施工结束后,及时进行边墙结构的仰拱和隧底回填。

边墙的基础模板采用了钢、木复合模板,而仰拱则采用仰拱大样模板,这样扩大了测点面积,并增加仰拱的设计拱度。水泥输送车运输的混凝土,插入式捣实棒捣固。在隧洞的正洞仰拱和回填混凝土浇筑过程中,分左右幅相互错开的方式实施,以保证运输顺利,在正洞中水沟处与回填混凝土一起浇筑,在仰拱回填混凝土浇筑后,由检测人员严格控制混凝土表面尺寸,并确定路面基层厚薄。

2.6.2二次衬砌采用衬砌台车整体施工

本隧道二次衬砌工程为衬砌平台的主体浇筑,平台车长约12米,混凝土由拌合车拌合,混凝土运输车运输,混凝土输送泵泵水入模。根据调模情况决定了二衬开挖工期,并科学合理的布置了各阶段平行作业,在V型围岩的二次模筑衬砌和施工作业面之间拉开≦70米左右的安全间距。

3.控制要点及刚性要求

3.1严格按施工规范和设计要求做好隧道施工超前地质预报和掌子面地质素描、监控量测。

3.2坚持“短进尺.弱爆破.管超前.强支护.勤量测.严注浆”的18字方针地质情况变化时应通知有关人员,进行相应变更和制定围岩加强支护措施,不得擅自施工。

3.3隧道施工必须按要求制定监控量测方案或实施细则,对围岩和初期支护进行监控量测,并对量测数据及时进行分析判断后,反馈信息指导施工。

3.4掌子面开挖后,应及时对围岩进行地质素描和分析，对围岩等级进行判别和核对,发现地质情况与设计不符,及时提请设计变更。

3.5隧道开挖监控量测点必须及时埋设,开挖2小时内读取初始数据并按监测方案中的频次要求及时采集。监控量测点设置应满足要求。

3.6不良地质隧道施工应按照规定设置逃生通道,并保证通道畅通。必须按照规定制定应急预案，及时进行演练,严禁冒险施救。

3.7依据监控量测方案内容开展监控量测;管理人员须及时对隧道各洞口的监控量测数据进行具体分析和处理。

3.8严控隧道软弱围岩安全步距。技术交底中应明确监控量测点的布设及频次。如Ⅳ级围岩隧道拱顶下沉和净空变化的量测间距不得大于10m,V级围岩不得大于5m。

4.结论

4.1浅埋偏压段采用此方案过渡，可有效的提高施工进度，保证了工期，更确保了生产安全，为以后类似工程提供借鉴。

4.2浅埋隧道施工时,围岩的沉降及收敛变形可能引起地表下沉及山体的滑坡,根据开挖理论分析表明,开挖导致的变形量较大,而管棚、超前小导管是控制开挖变形的较有力的措施,对防止隧道塌方效果明显。

4.3工程实践表明,锁脚锚管的注浆效果、拱架下放置刚性垫块等对拱架支撑体系效果影响较大。

4.4根据现场的监控量测数据表明,抗滑桩及边坡防护的施工，阻碍了拱架的变形，采用该支护措施达到了预期的效果。

结束语

综上所述，随着我国经济的快速发展，交通事业也取得了较大的发展成就，铁路作为重要的交通设施，其施工质量对国民经济的影响是非常大的，本人结合自己的施工经验，对隧道浅埋、偏压等问题进行了技术介绍、分析，从隧道的初支措施及过程的围岩量测，给类似的工程以技术上的参考及借鉴，为我国的铁路事业贡献一份力量。

参考文献

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⑵ 汤萍。谈隧道施工中塌方的预防与处治措施[J]. 山西建筑，2017,（03）：180-181；

⑶《铁路建设项目质量安全红线管理规定》；

⑷《中国中铁防范惯性事故强化技术及管理交底刚性要求（修订版）》的通知,（中国中铁安监[2020]70号）；

⑸ 刘强强. 铁路隧道风险及病害分析与预防措施研究[D].兰州交通大学,2017；

⑹《中国中铁股份有限公司隧道防坍塌卡控红线》。

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