黄土地区深沟浅埋隧道施工进洞方案比选研究

毛金沙

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.097

摘 要：该文通过对延延高速公路铁家塬隧道左线出口V型长深沟浅埋段施工进行分析，从进洞段盖挖法施做、深沟段明洞延长和高边坡抗滑桩施做等方面进行了论述，阐述了黄土隧道在深沟浅埋沟底施做中技术应用和质量控制措施，为今后类似工程提供借鉴。

关键词：黄土隧道 深沟浅埋 盖挖法 长明洞施工 抗滑桩施工

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0097-03

随着近几年我国交通基础设施的大力发展，尤其是高速公路建设在向西部山区延伸的过程中，受到山区公路线形指标控制、特殊地形地貌和地质条件限制，路线在傍山路段布设时，不可避免地要遇到隧道穿越深沟带来的进洞困难、防排水困难、高边坡防护困难等技术难题。黄土隧道深沟浅埋段施工技术要求高、施工难度大，特别是各工序施工连续性尤为重要，这将是关乎隧道能否安全进洞及保证工程质量的重要因素。应用盖挖法进洞、加长明洞并反压回填及采用抗滑桩防护边坡的组合方式是一种行之有效的方法。

1 工程概况

延延高速公路铁家塬隧道位于陕西省延安市延长县黑家堡张罗沟村，为曲线形双线隧道，左右洞间距约为109 m，轴线总体走向约49°。隧道左线长510 m，最大埋深约134 m，右线长910 m，最大埋深约152 m。隧址区未见地表水，地下水主要为黄土空隙、裂隙水，大气降水是唯一补给源。隧道穿越区为黄土塬峁工程地质区的黄土塬工程地质亚区，山体近南北走向，隧道与山脊近于直交，垂直隧道轴向两侧低，中部高。隧道左线出口位于一山体黄土梁，河谷三级阶地，地形坡度较陡，坡脚30°～36°，围岩以黄土、粉质黄土、粘土为主，洞室埋深较浅，洞口位于山沟沟底位置，围岩稳定性差。隧道左线出口设65 m明洞，削竹式洞门，右线出口设8 m明洞，墙式拱门。隧道进口段施工道路不方便，考虑到机械、材料的进场，为了确保计划工期按时完成，决定从铁家塬隧道出口端进洞。

2 施工方案的选定

铁家塬隧道左线出口位于V型深沟沟底，原设计明暗交界桩号为：ZK59+325，明洞长65 m。根据实际情况，道路路基边坡开挖高度过大且由于隧道出口均位于过湿土当中，而该段落纵坡为延长端上坡，隧道位于沟心，且汇水面积较大，极易在雨季发生水流倒灌现象，且隧道位于河谷内，覆盖层较薄，多为坡积土，原设计明洞采用深挖（7～13 m），致使右侧边坡挖方高度达到近60 m，可能导致山体失稳，经建设单位、设计单位、监理单位现场核查后，认为原设计路基段落存在各种安全隐患及高边坡问题，隧道施工期间存在水流倒灌且在运营中存在安全隐患，隧道明洞边仰坡过高，对两侧山体稳定性存在较大影响，综合以上因素并依据陕西交通建设集团公司纪要对原设计提出优化方案如下。

（1）隧道起点由ZK59+390调整为ZK59+520，明暗交界处由ZK59+325调整为ZK59+328。其中ZK59+385～ZK59+520为明洞，长135 m，ZK59+328～ZK59+328-385采用盖挖法施工暗洞，长57 m。

（2）ZK59+400～ZK59+445段右侧有一小型古滑坡体，为确保安全，本着尽量少扰动滑坡原则，在ZK59+400～ZK59+445右侧顺着下滑布设8根2×1.5 m抗滑桩，桩间距6 m，桩长15 m、20 m。

（3）ZK59+460～ZK59+490段右侧如果分台阶刷坡，右侧边坡最高约52 m，边坡太高并且刷坡对右洞影响较大。为减小边坡高度、减少对右洞影响，在ZK59+400～ZK59+445右侧布设6根2×1.5 m的抗滑桩，桩长15 m、20 m、25 m，桩间采用桩间板连接。

（4）隧道明洞施工完成后对洞口至暗洞口洞顶及冲沟进行回填，为确保洞顶排水顺畅，在明洞回填两侧设置排水沟以排除冲沟及明洞顶雨水，优化后降低了隧道边仰坡高度，避免了大开挖，最大程度上保护了生态环境，同时解决了洞口处雨水倒流进洞内及隧道顶的综合排水。

（5）原设计隧道出口路基段落为过湿土，土质均一，软塑，天然含水量为22.5%～27.5%，作为明洞基础设计采用水泥搅拌桩处理，作为明洞基础设计采用水泥搅拌桩处理。

3 隧道深沟浅埋方案施工

根据下发铁家塬隧道左线出口施工图要求，现场合理安排施工工序，优化施工组织方案，确定左洞出口小里程方向浅埋段首先施工出口超前大管棚施工，管棚長度为35 m，采用热轧无缝钢管Φ108×6 mm，管棚施工完成后进行盖挖法施工，盖挖法顶盖为钢筋混凝土结构，长57 m，厚0.8 m，盖挖法施工完后进行暗洞施工，待隧道进入暗洞两板衬砌长度后再退出施做明洞。同时大里程方向进行明洞基础抗滑桩处理及边坡抗滑桩施工，水泥搅拌桩桩心距150 cm，桩径40 cm，等边三角形布置；抗滑桩规格为2×1.5 m，桩长15～25 m，明洞基础处理完成后进行明洞施工，暗洞正常施工，施工现场应合理安排施工顺序，做好现场防排水工作，避免雨季施工积水，防止雨水浸泡明洞基底。

3.1 大管棚及盖挖法施工

洞口段管棚护拱纵向设置2 m，厚度55 cm，拱内预埋导向钢管，钢管规格型号Φ133×4 mm，31根，长度2 m。钢管与钢拱焊接，钢拱间距60 cm，导向管外插角1°～2°。钢拱两侧无焊接导向管处，采用70 cm长Φ20钢筋与相邻钢拱焊接，环向间距1 m。长管棚规格：热轧无缝钢管Φ108 mm，壁厚6 mm，节长3 m、6 m。环向间距40 cm，仰角2°（不包括路线纵坡），方向与线路中线平行。钢管施工误差径向不大于20 cm，隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1 m。

管棚超前支护完成后，进行盖挖法施工，护拱采用C25混凝土浇筑，厚度80 cm，护拱主筋采用Φ25螺纹钢，间距25 cm，水平筋采用Φ10钢筋，间距25 cm，箍筋采用Φ10钢筋，间距50 cm。盖挖法护拱原设计采用土模施工，土模完成后进行拱顶回填，后进行暗挖施工。实际施工中经过现场施做发现土模强度低，施工容易造成暗洞初支轮廓侵限，且土模施工时间长，施工质量难以保证，对施工周期影响较大，实际施工中经过反复比较遴选，选定以暗洞初支钢架为护拱底模，上覆防水板，增加初支轮廓面精确程度，且施工周期较土模施工大大缩短。

3.2 边坡抗滑桩施工

在ZK59+460～ZK59+490右侧明洞外侧布设8根2×1.5 m抗滑桩，桩间距6 m，桩长15 m、20 m，在ZK59+400～ZK59+445右侧布设6根2×1.5 m的抗滑桩，桩长15 m、20 m、25 m，桩间采用桩间板连接。

3.3 明洞基础处理

明洞基础采用水泥搅拌桩处理，桩心距150 cm，桩径40 cm，等边三角形布置，桩体固化剂采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，参量为被加固土体的15%，水泥浆液水灰比0.5，加固后要求地基承载力不小于250 kPa。ZK59+385～ZK59+510段基底采用0.8 m抛石+0.6m砂砾换填+0.85 mC15片石混凝土处理。

3.4 明洞施工及明洞回填

铁家塬隧道右线出口段YK59+562～YK59+532段30 m采用55 cm厚二次筑模C25钢筋混凝土衬砌。明洞回填土石指标：r=1.9 t/m3，Φ=35°，明洞拱背回填，应对称分层夯实，每层厚度不大于0.3 m，夯实度不小于90%。

4 施工质量控制措施

在隧道施做过程中，由于盖挖法在浅埋段带来的沉降不均匀问题、长明洞施工中明洞基底处理问题、明洞防排水问题等，隐蔽工程质量控制显得尤为重要。在隧道施工中，我们采取了详细的质量控制措施对上述的施工质量进行控制。

4.1 盖挖法施工质量控制问题

为保证盖挖法施工的质量，减小不均匀沉降，在施工过程中，应做好盖挖法护拱的测量和监控，掌握动态下沉量，防止预留沉降量不足造成侵限，同时采取措施减小下沉量。盖挖法护拱原设计采用土模施工，土模完成后进行拱顶回填，后进行暗挖施工。实际施工中经过现场施做发现土模强度低，施工容易造成暗洞初支轮廓侵限，且土模施工时间长，对施工周期影响较大，实际施工中经过反复比较遴选，选定以暗洞初支钢架为护拱底模，上覆防水板，增加初支轮廓面精确程度，且施工周期较土模施工大大缩短。实际施工中首先施做盖挖法基础，基础采用C25混凝土，适当增大基础面积，保证钢架连接板落实在混凝土上（暗洞施工时凿除连接板混凝土，左右侧钢架错开3榀开挖，防止整体下沉），钢架连接筋焊接牢固，形成整体受力。钢架安装完成后上覆防水板，防水板下安装焊接钢筋网片，喷射C20喷射混凝土，形成整体受力结构。喷射混凝土强度达到设计强度后进行初期支护下部安装支撑装置，上部进行护拱钢筋绑扎，模板安装混凝土浇筑工作，浇筑过程左右侧对称浇筑，一次浇筑成型，防止不均匀受力造成沉降。

4.2 明洞基底处理、明洞防排水处理

长明洞施工由于多次立模、多次浇注，容易引起外观质量下降、二衬不均匀下沉开裂、施工缝处理不符合要求造成二衬渗漏水。为了提高外观质量，防止二衬不均匀下沉，做好明洞防排水工作，经过探索，采取了以下措施。

（1）长明洞基底施工应避开雨季施工，明洞基底开挖一次成型，现场通过实测地基承载力，对不符合设计地基承载力要求的地基采取措施保证承载力达到设计要求，回填片石及回填碎石应保证密实，现场采用大型机械压实，保证地基承载力受力均匀。

（2）明洞施工前做好现场临时防排水措施，根据现场实际情况合理调整台车位置，保证现场施工便道畅通，洞内外施工协调有序。

（3）明洞浇筑混凝土，要确保二衬外观质量，浇筑混凝土前，检查模板牢固性，保证模板牢固不变形，做好止水条、止水带安装工作，先对上一循环施工面人工凿毛，对支架、模板、钢筋和预埋件进行检查、整理，清除杂物，用高压水冲洗干净，模板间和下部嵌塞海绵条以防漏浆。混凝土应按一定厚度、顺序和方向分层浇注。

（4）明洞施工完成后对洞口至暗洞沖沟进行回填，回填前做好明洞防排水工作，防排水遵循“防排截堵，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。施工缝、沉降缝施工均采用橡胶止水条、止水带环向布设，外部采用三油两毡防水，隧道明洞外部设置两层土工布包裹一层防水板，明洞两侧边墙后设置纵向Φ160排水管，采用浆砌片石回填两侧边墙，明洞顶部回填土表面铺设隔水层，设置截排水沟，引排洞顶水。

5 结论

经过2年的不懈努力，铁家塬隧道左线于2014年4月顺利贯通，获得一致好评，通过铁家塬隧道左线施工，总结出以下结论。

（1）盖挖法施工、抗滑桩及加长明洞施工有效解决了深沟浅埋段进洞困难问题，有效避免了大开挖施工，消除了高边坡开挖带来的安全隐患，节约了施工成本，提高了施工效率。

（2）盖挖法施工中采用初支钢架代替土模施工能够解决土模施工困难，更好的控制超欠挖，提高施工效率，能够保证工期。

（3）隧道明洞回填后降低了边仰坡高度，避免了大开挖，最大程度保护了环境，同时解决了洞口处雨水倒进洞内及隧道顶的综合排水。

参考文献

[1] 公路桥涵施工规范[M].人民交通出版社，2003.

[2] 公路隧道设计规范[M].人民交通出版社，2004.

[3] 延安至延川高速公路隧道施工图[M].陕西省交通规划设计研究院，2012.