隧道工程中浅埋、偏压施工技术的应用探析

2016-08-11苏仲华

大科技 2016年5期

关键词：施作偏压钢架

苏仲华

（本溪市路达公路工程有限公司辽宁本溪 117000）

隧道工程中浅埋、偏压施工技术的应用探析

苏仲华

（本溪市路达公路工程有限公司辽宁本溪 117000）

隧道是公路工程的主要组成部分，随着高等级公路数量的增加，公路隧道建设规模不断扩大，对于技术的要求也更加复杂。公路隧道施工是在浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工中，因为施工技术更加复杂，若施工不当，会引发塌方问题。本文结合实际工程案例对隧道工程中浅埋、偏压施工技术的应用进行分析，供相关人士参考。

隧道工程；浅埋；偏压；应用

1 引言

在山区修建公路隧道，会遇到跨越山岭的浅埋隧道，其施工环境较为复杂，地质条件较差，会遇到稳定性和承载能力差、施工难度和风险大等问题。为保证洞口段施工安全和工程质量，需要在设计前期充分掌握现场地质、水文、设计要求及施工条件，最终确定合理的设计和施工方案。

2 工程实例概述

某隧道为Ⅰ级电力牵引单线隧道，设计行车速度120km/h。起讫桩号为DK46+048～DK46+620，隧道全长572m。隧道进出口位于右偏曲线（R= 1600m）上，隧道处线路纵坡为单面下坡（进口段为18‰下坡，出口段为12‰下坡），变坡点里程为DK46+450，变坡点高程为1422.55m。该浅埋段埋深最浅处已露出地表，浅埋段边坡陡，稳定性差，容易引发塌方、落石，影响施工安全；该浅埋段位置处于半山山谷处，便道修筑极为困难且将投入巨大。为此本段施工难度大，任务艰巨，要加强施工措施，保证安全顺利通过浅埋段。

3 浅埋偏压隧道洞口地质情况

3.1 原设计地质情况

该隧道设计为＜33～2＞灰岩夹板岩（ε1m）：灰岩为深灰色，致密隐晶结构，中薄层状，节理发育，充填有较多方解石细脉，局部有泥质灰岩；板岩成深灰色，风化后呈黄褐色，变余粉砂泥质结构及钙质结构，中薄层状，岩质较软。节理发育，岩体破碎，钻孔取芯基本呈块状，局部节理面可见炭质泥膜。

3.2 开挖揭示地质情况

该隧道自2009年7月进洞开挖后，揭示地质为堆积状碳质泥岩，呈黑褐色。受构造影响，岩体及其风化破碎，土质不均，含水量不均，具“流滑性”和蠕动作用，无自稳能力，在有临空面的情况下极易产生下滑溜坍。岩体挤压破碎严重，受地下水长期浸泡作用，大部分已成土状、淤泥质土状，在局部残存的破碎岩块上可见断层擦痕。由于岩层无自稳能力，周边围岩侧压力大，致使开挖支护后的初期支护下沉及收敛变形严重。

3.3 施工措施确定

根据设计要求，结合该隧道洞身浅埋的实际情况，施工主要分三个阶段进行：①地表处理。清理地表，按照设计要求对边坡进行处理，防止边坡坍塌落石。②护拱施做及回填。为保证正洞开挖安全设置护拱，护拱施工大大增加施工安全性。③三台阶临时仰拱法开挖支护。根据该隧道洞身的浅埋特点，须做到弱爆破、短进尺、强支护、早封闭。因此，结合实际，该段采用三台阶临时仰拱法施工是合理选择。

4 隧道工程中浅埋、偏压施工技术分析

4.1 地表处理

（1）清理施工位置植被及乱石，并对边坡危石进行排险；

（2）在浅埋段施工位置周边施作截水天沟，并引至原冲沟下游，使排水系统成为一个整体；

（3）明暗交界处刷坡及防护：按设计坡率对两端明暗交界位置刷坡，采用锚喷网进行防护；

（4）洞身上部开挖及防护：按设计坡率及放线位置分层向下开挖及防护，至护拱拱脚扩大基础位置；线路前进方向右侧采用锚喷网进行初步防护，因处于偏压段，按设计再施作锚索加强防护。

4.2 护拱施做及回填

①在明暗交界进洞位置按照导向墙放样中线及设计参数施作导向墙，并打设洞口长管棚；②施作护拱拱脚扩大基础，基础采用钢筋混凝土浇筑而成；③在护拱段对初支支护拱架（I22钢架，间距0.6m/榀）重新进行分节，使两侧连接板刚好位于扩大基础位置，由φ22连接钢筋按纵向布设连接牢固，在拱脚位置预埋锁脚钢管；喷射25cm厚C25混凝土，以作为护拱内模；④施作护拱外模骨架钢架（I18工字钢，间距1m/榀），拱脚落于扩大基础上，钢架由φ22钢筋纵向连接牢固；施作护拱骨架及钢筋，铺设木模板、护拱浇筑完成；一次性浇筑DK228+199～DK228+220段护拱（40cm厚C30钢筋混凝土，保护层厚5cm）；⑤采用土石分层回填及夯实，回填至拱顶以上50cm，并依据利于排水原则设置横坡；⑥铺设30cm厚C25素混凝土隔水层；⑦施作45cm厚粘土层，以防止地表水下渗；⑧在回填面位置上侧顺着原冲沟施作阶梯型排水沟，采用25cm厚C20混凝土现浇。

4.3 三台阶临时仰拱法施工

①三台阶临时仰拱法临时支护：a.临时钢架采用热轧轻型工字钢，临时支护钢架与洞身钢架以螺栓连接，洞身钢架架设后在相应位置焊接预置钢板并预置螺栓，以便临时钢架连接，连接钢板尺寸根据各接头相应调整，接头处焊接缝高度应严格按照钢结构的有关要求进行，焊缝高度不小于6mm。b.临时钢架均采用I18钢架，每榀钢架间距与主洞洞身钢架一致。喷混凝土采用C25，临时封底厚10cm，钢架尺寸及数量均按中心线计算。c.相邻钢架采用φ22钢筋连接，环向间距0.6m，钢架与初喷混凝土间要求密切牢固。d.临时支护钢架与初期支护钢架连接接头尺寸根据现场施工情况相应调整，以保证钢架连接顺畅，牢固。②三台阶临时仰拱法施工工艺：三台阶临时仰拱法施工工艺流程见图1；三台阶临时仰拱法工序横断面示意图见图2；三台阶临时仰拱法工法工序平面示意图见图3。③开挖1部台阶。④施作1部洞身结构的初期支护，及初喷4cm混凝土，架立钢架，并设锁脚钢管。⑤底部铺设I18轻型工字钢，喷10cm混凝土，施作临时仰拱，必要时封闭掌子面。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。⑥上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，接长钢架并设锁脚锚杆，施作洞身结构的初期支护及封底，可参见工序1进行。⑦开挖3部台阶，及时封闭初期支护，可参见工序2进行。⑧灌筑该段内Ⅳ部仰拱。⑨灌筑该段内Ⅴ部隧底填充。⑩利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅳ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

5 监控措施与安全防范

①隧道洞身浅埋段的拱顶、两侧拱腰及边墙共设置5个监测点，每5m一个断面（注：非浅埋段每10m一个断面，此浅埋段所有加强），专人负责对检测点的位移情况进行监测，并做好监测点位移量的记录。对每个监测点位移量应用统计技术进行数据分析，随时掌握围岩的变化趋势。②施工过程采用钻打超前地质勘测孔的方法，对隧道开挖掘进前方的地质围岩状况进行预探预测。根据该浅埋段的地质情况，超前地质勘探孔的孔深不小于5m。做好超前地质勘探过程记录，通过预测情况，进行地质分析，为后续的开挖对策做好准备。③该隧道洞身浅埋段施工时，现场作业班组及值班安全人员均加强对初期支护情况的巡视检查，发现支护体如有开裂或不寻常情况须立即撤出作业人员并及时上报。

6 结束语

高速公路施工，隧道一般均为控制性重点工程，而洞口段施工在整座隧道中占据重要地位，能否在地质条件较为复杂的情况下安全、快速进洞，成为隧道施工的关键性问题，故选择简单操作的施工方案尤为重要。国内外大量工程实践证明，隧道围岩覆土薄，则天然条件下土拱效应难以充分发挥，地表容易产生沉陷现象，因此应采用适合浅埋段的施工方法。本文提出的施工技术方案操作性强，方便施工，能够保证施工安全和施工效率，有效地避免了塌方或冒顶事故，可为类似工程提供参考。