探析浅埋隧道露顶段施工方案优缺点与施工安全措施

2011-12-20翟文刚

城市建设理论研究 2011年23期

关键词：施工方案

翟文刚

摘要：本文主要分析阐述了某浅埋隧道明挖法、回填贫混凝土反压法、套拱法三种方案施工的优缺点，并探讨应采取的施工安全措施。

关键词：浅埋隧道；施工方案；比选分析

1工程概况

某隧道隧道一侧山势较高，另一侧山势较低，两侧覆盖分布不均匀，线路左侧存在明显的顺层偏压，隧道最大埋深为40m，最小埋深在K15+005~K15+110段拱顶外露，最小埋深为-2.88m，无覆盖层，为半明半暗挖隧道。岩体软弱破碎，自稳性差。

表层为Qel+dl/碎石土。下伏基岩为∈1h炭质板岩、炭质灰岩，强风化呈碎块状，弱风化节理裂隙发育，岩体较为破碎。隧道区地表水以近南北向山脊为分水岭，向东、西两侧排泄。地下水主要为孔隙潜水、岩溶水及基岩裂隙水，预测全隧道最大涌水量为535m3/d，为中等富水区。经勘察该区域可能存在顺层、有害气体、突水突泥等主要地质灾害。有害气体主要为煤层瓦斯。

2施工方案设计

2.1明挖法

明挖法即在露顶处施作明洞。

2.1.1施工方案

土石方采用明挖法，用机械自上而下分层开挖土方，反铲挖掘机配合自卸汽车装、运渣，及时进行边坡稳定支护，随时监测、检查山坡稳定情况。边仰坡按照1∶0.75进行刷坡，边仰坡防护采用φ50注浆小导管、钢筋网、喷射砼进行防护；小导管长4.0m，间距为1.5m×1.5m，梅花形布置；钢筋网采用φ6钢筋网，网格为20cm×20cm。露顶洞口位置取导向墙（套拱）配合大管棚进洞的形式边仰坡开挖到位后，先施作套拱，作为长管棚的导向墙，采用C20混凝土套拱作为管棚的导向墙，套拱在明洞的外轮廓线以外，紧贴洞口仰坡面，护拱内设3榀I18制作的钢拱架为横向支撑，管棚的导向管固定在钢拱架上并焊成整体，导向管采用φ140mm无缝钢管，壁厚5mm。在洞口施工放样后搭设支撑体系，安装内、外模，按设计布置工字钢、孔口管的位置和角度，然后浇筑护拱混凝土，待护拱混凝土强度达到85%时开始施工长管棚。由于进出口地质条件差异较大，为了保证施工安全，导向墙厚度为1m，纵向长度为3.5m，导向墙两侧基础根据地质条件分别进行加固处理。

2.1.2优缺点分析

优点：a）造价低；b）施工工艺简单。缺点：a）露顶处冲沟为三方汇水点，冲沟坡度大，开挖后难以防护，加之时值多雨季节，对施工影响较大；b）土石方开挖量大，对山体破坏较大，易对后期工程带来隐患。

2.2回填贫混凝土反压法

回填贫混凝土反压法，即在露顶处采用C20素混凝土回填，待混凝土强度达到要求后，再开始掘进，并按双线复合式衬砌进行支护。

2.2.1施工方案

通过施工放样，定出水泥土回填工区后，挖除不小于30cm的保护土层，清除地表耕植土、植被草皮、淤泥等杂质，当原始地面坡度陡于1∶5时，地表应开挖台阶，台阶宽度不得小于1m。露顶处回填混凝土高度至少高出隧道拱顶3m，由于冲沟坡度大，坡长较长，且坡脚位置连接村民进山道路，露顶位置回填混凝土前，线路左侧需砌筑一段长18m、墙高13m的挡墙，挡墙基础埋深为2.5m。混凝土回填高度及挡墙设置如图1所示。

图1混凝土回填高度及挡墙设置示意图

当掘进里程距露顶处5m时，停止掘进，待回填混凝土强度达到要求时，再开始掘进。掘进过程中，遵循新奥法原理，采用三台阶临时仰拱法，按双线复合式衬砌进行支护。仰拱二衬紧跟，并做好超前支护及监控量测。

2.2.2优缺点分析

优点：a）操作简单，安全性高，对原山体几乎无破坏，且挡墙和回填砼对山体有反压作用；b）开挖量小，可有效控制临时边坡高度。缺点：a）混凝土回填方量大，挡墙圬工量较大；b）施工工期长。

2.3套拱法

套拱法即在露顶段整体施作护拱，并按双线复合式衬砌进行支护。

2.3.1施工方案

在距离露顶处5m范围内，采用双线复合衬砌进行支护，径向锚杆改为φ50注浆小导管，长4.0m。边仰坡按照1∶0.75进行刷坡，边仰坡防护采用φ50注浆小导管、钢筋网、喷射砼进行防护；小导管长4.0m，间距为1.5m×1.5m，梅花形布置；钢筋网采用φ6钢筋网，网格为20cm×20cm。露顶处洞口位置施作护拱，护拱长度为2.0m，厚度为1.0m。内设四榀I22a工字钢，间距为50cm，纵向采用φ22钢筋连接，环向间距为100cm。在拱部140°范围内设置注浆小导管，小导管共设置两排，第一排共计55根，长6.0m，环向间距为30cm；第二排共计56根，环向间距为30cm，长6.0m，衔入山体4.0m，小导管尾端与钢拱架腹部焊接牢固。第一排与第二排小导管错开安装，错开间距为环向15cm。拱脚处设置锁脚导管，并注浆。钢筋网与工字钢布置如图2所示。

图2工字钢与钢筋布置图

由于露顶段线路左侧岩层破碎，地质条件差，套拱基础需在线路左侧端加大尺寸，嵌入基岩不小于0.5m，确保稳定性。露顶处存在冲沟，且在线路左侧处与村民进山道路相接，考虑到施工完成后回填土方，需在线路左侧设置长18m、高8m的挡土墙。

2.3.2优缺点分析

优点：a）施工简便，风险小；b）对山体破坏很小，植被易于恢复。缺点：施工周期较明挖长，造价亦比其高。

3施工方案比选分析

采用明挖方案容易造成边仰坡过高，尤其是在傍山偏压地段，山内侧边仰坡过高。边仰坡的开挖破坏原山体的自然平衡状态，再加上防护不及时、降水等原因的影响，可能导致边仰坡坍塌、顺层滑坡等工程病害。虽然明挖方案造价低，施工工艺简单，但后期潜在的病害处理对工程的影响远远超过其节约成本的优点。回填贫混凝土反压法开挖量小，对山体破坏小，可有效控制临时边坡高度，保证山体稳定性；挡墙和回填混凝土对山体有反压作用，有利于减小山体偏压；但回填混凝土量及挡墙圬工量较大，施工周期长。

套拱法也具有开挖量小，对山体破坏小的特点，避免了大面积开挖带来的水土流失和喷射混凝土防护对周围环境造成的污染；只需施作临时排水系统，能解决冲沟排水的难题；回填土有利于减小山体偏压，隧道的永久性安全可得到有效保障。从施工的安全性，质量的可控性，以及防排水、环境保护、施工周期、工程造价等多方面因素综合考虑，套拱法具有安全、易行、经济的特点，对缩短工期、保证质量、保护环境又都有积极的作用，故本隧道确定采用套拱法对露顶段进行施工。

4施工安全措施

施工露顶段应采取的安全措施有：

a）洞内、外施工时，都必须配备专职安全人员；专职安全人员上岗必须佩戴安全人员袖标，凡进洞人员必须戴安全帽；

b）重视边坡的稳定和排水，做好截水沟、边沟，经常检查边坡的稳定情况；

c）加强本段的超前地质预报，注重围岩监测和观察，对目测观察情况予以足够的重视，随时注意围岩的岩质和分布情况变化，节理裂隙发育程度和方向，掌子面填充物的性質、涌水量，喷混凝土是否产生裂隙，拱架是否压弯，当围岩变形量无变缓趋势或喷射混凝土产生较大的剪切状态时立即停止开挖，采取辅助加固措施；

d）在隧道施工各班组间建立完善的交接班制度，在交接班时，交班人将本班组的施工情况及有关安全事宜和措施向接班人详细交待，并记载于交接班记录本上，工地值班负责人（领工员）应认真检查交接班情况，若每班开工前未认真检查工作面安全状况，不得施工；

e）对本段施工必须制定切实可行的施工安全措施，施工中采取预防措施，不得盲目冒进；

f）隧道掌子面钻眼前，钻眼人员到达工作地点时，首先检查工作面是否处于安全状态，如支护、顶板及两帮是否牢固，如有松动的岩石，立即加以支护或处理；

g）洞内爆破作业必须统一指挥，施工爆破时，所有人员必须撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的警戒区外，并设置安全警戒线；

h）当喷射砼尚未达到一定强度即趋于失稳的围岩，或喷锚后变形量超过设计容许值以及发生突变的围岩，宜用钢架支撑进行支护；

i）把喷层的异常裂缝作为主要安全检查内容之一，经常进行观察与检查，并作为施工危险信号引起警惕；

j）如发现隧道内有险情，必须在危险地段设置明显标志或派专人看守，并迅速报告施工现场负责人及时采取处理措施，若情况严重时，应立即将工作人员全部撤离危险地区；