公路隧道浅埋偏压段施工技术

文 / 周海军 贺晋阳

隧道施工受到围岩的影响明显，如果围岩的稳定性和可靠性不足，就可能会导致隧道施工的安全性受到干扰甚至可能会导致隧道出现塌方的现象，严重威胁隧道的安全。浅埋、偏压及软弱围岩是隧道工程中常见的围岩类型，如不能采取合理的隧道施工技术，会导致隐患增加。本文结合工程实例，对浅埋、偏压及软弱围岩的不良影响和具体隧道施工技术进行阐述，可为以后工程提供借鉴。

1 工程概况

大树基沟隧道是某公路工程的重要组成部分，隧道长631m，呈由南东—北西向展布。隧道位于直线段上，路面中间向两边设置2%横坡，隧道内无超高。隧道在大树基沟村端洞口段及0.8%直线上，西大林村端洞口段位于R=900m凸曲线上，隧道总长度631米，系越岭隧道，本隧道弃渣量5万立方米，主线路面工程5663m2。

1.1 地质条件

（1）工程地质层：地层岩性主要为第四系坡积，（Q4）种植土、碎石，太古界鞍山群通什村组（Art）花岗岩。

（2）隧道区构造特征：经地表调绘、钻探、物探工作得知，隧道区工程地质条件较复杂，隧道区岩体节理裂隙较发育不规则，花岗岩节理面主要有三组： J1345度∠78度，间距0.3～0.4米，结合差泥质填充；J2：94度∠3度，间距0.05～0.3米，结合差泥质填充；J3：17度∠57度，节理面平均间距0.2～0.5米，结合程度较差，泥质填充。

（3）隧道区进出口多为坡积碎石覆盖，仅山顶处局部有基岩出露，据现场调查，山顶处基岩较破碎，节理裂隙发育。

1.2 水文地质条件

隧道范围内无地表水出露。经调查得知，附近已开挖隧道内岩体仅局部有渗水现象，地下水类型主要为基岩裂隙水及构造裂隙水。基岩风化裂隙水主要为潜水及包气带水，其赋存于全、强风化岩体空隙中，但由于覆土层分布于山体坡洪积裙部位，地势相对较高，缺乏有利的赋存条件，排泄较好，故其含水量较弱，且受气候、降水影响较明显；构造裂隙水主要赋存于破碎带及岩性接触带中，岩体破碎，地下水存储空间较大，连通性较好，加之发育深度、范围较大，因而含有一定水量，受气候、降水影响较小。

2 重点难点分析

《公路隧道设计细则》（JTG/T D70-2010）对浅埋隧道的定义为：作用在支护结构之上的土压力与隧道埋置深度、地形条件及地表环境基本无关的隧道。隧道上部覆盖层不足隧道洞跨2倍的隧道区段属于隧道浅埋段；由于地形不对称或者地质岩层因素，造成隧道结构两面荷载不对称而形成。

根据整体施工组织，大树基沟隧道出口作为掘进入口，该出口地处Ⅴ级围岩，依据设计地质平面图和隧道出口边坡防护图显示，本隧道出口为典型的浅埋偏压隧道，浅埋偏压段施工长度约28m。

浅埋、偏压及软弱围岩是隧道施工中常见地质因素，其中浅埋式由于隧道上覆覆盖不能满足隧道和开挖施工的需求，容易出现地表深陷，受到降水的影响，及其容易引起洞口滑坡的现象，不利于工程的安全。

偏压是造成隧道支护承载能力下降，引起隧道拱体变形的关键因素。其中造成偏压的原因较多，可以分为地质因素、施工因素和地形因素。

其中施工因素主要是由于施工方法选择问题，施工方法选择不够合理，引起开挖断面出现局部坍塌的现象，从而导致围岩整体的稳定性下降，进而引起围岩的受压紊乱，进而导致偏压产生。

地质情况因素，如果围岩的级别过高和自身稳定性不好的情况下，额外的施工扰动就会引起偏压问题。地形因素，主要是由于隧道依托于山体建设，这也就使得地形存在倾斜度，使得围岩具有较大的侧压作用，再加上浅埋段的影响，也就会引起偏压。

软弱围岩主要是指岩层等级Ⅳ级、Ⅴ级，其中Ⅳ级围岩存在较多的节理、裂隙，并存在破碎带，且断层破碎带＜2m。软弱围岩具有岩体松散和粘结力不佳、强度低和受到水分影响大等特点。是隧道工程中常见地质围岩类型，极容易导致隧道出现冒顶和洞室塌方的现象，严重影响隧道的施工安全和使用安全。

图1 大树基沟隧道出口平面地质图

图2 大树基沟隧道出口正视图

3 主要施工方案

3.1 边仰坡临时防护

本隧道洞口一边为山体上侧，另一边为山体下侧，无法通过回填平衡两侧土压力，高偏压边坡，最高处距离洞顶约16m，为了加强边坡边缘的稳定，坡顶边缘设置有2排Φ50×5mm厚注浆花管，长4m，排距1m，整个边仰坡面设计Φ22砂浆锚杆，长度有3.5m和2.5m两种，为加快施工进度，并根据以往施工经验，锚杆空洞内采用锚杆锚固剂固定锚杆，待锚杆施工完，挂Φ8钢筋网，网格间距为300mm×300mm喷浆，喷浆厚度严格要求控制在不小于150mm。为使水泥浆充分渗透表土及其岩体，边坡边缘注浆、花管注浆采用水泥单液浆，局部成本有可能加大，但是充分保障了施工的质量和安全。

3.2 套拱

套拱也可称之为导墙，起到进洞大管棚的导向作用，属于型钢混凝土结构，按照管棚环形间距预埋钢套管，本工程进洞大管棚设计为Φ89×5mm厚长20m的注浆花管，管棚施工工艺流程如下：潜孔钻成孔→清孔→安装钢管→焊接注浆阀门→注浆。

套拱设计结构为C30混凝土+I20a工字钢。管棚钢管安装采用人工配合机械安装，安装完成后，在钢管尾部焊接注浆阀门，管棚注浆采用水泥水玻璃双液浆，此种配浆方法意图有两点：第一，增加凝固时间，对于裂隙水封堵有很好的效果，提高施工效率；第二，浆液顺着岩石裂隙同时渗透同时凝固，缩小浆液渗透范围，降低成本。

3.3 护拱

本工程护拱的设计意图就是为了保护洞口施工作业的人员和机械不被边仰坡意外滚落的杂物飞石损害。

护拱结构形式为C30混凝土+I20a工字钢，内模支模形式采用了工字钢支撑形式，摒弃了以往的圆木桩支撑地面的做法，两者相比，以往的做法安全系数低，模板容易变形，造成混凝土外形质量不易控制，表观质量差。新做法除了以上的缺点能够改进，还能节约材料，内模板的型钢支撑，直接用于洞内支护，不造成材料浪费。

图3 用圆木支撑内模

图4 内部采用型钢支撑

3.4 开挖支护

本隧道由于V级围岩属于浅埋偏压段，岩石极其破碎，裂隙明显、密集，根据设计图纸、地质报告、施工经验，综合考虑，为了本段施工的质量和安全，减小隧道变形可能性，项目部决定在新奥法的基础上采用交叉中隔壁开挖，即CRD法开挖。

CRD法施工应遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行。首先应完成导向墙，洞口长管棚的施工或完成超前小导管支护的施工，然后按此工法进行施工。其工序图详见中壁交叉“（CRD）法工序图”。

图5 CRD法施工顺序图

利用上一循环架立的钢架施工作隧道拱部Φ42注浆小导管及中壁Φ22砂浆锚杆超前支护。小型挖掘机配合人工风镐或辅以弱爆破开挖①部，喷8cm混凝土封闭掌子面，施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，初喷4cm厚混凝土，安装钢筋网片，架立型钢钢架和临时钢架、横撑，临时仰拱距掌子面距离要严格控制，暂定为3～5m，并设锁脚锚杆。钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

滞后①部3～5m弱爆破开挖②部，喷8cm混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。安装钢筋网片，接长型钢钢架和临时钢架及横撑，并设置锁脚锚杆。钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

在滞后于②部3～5m距离后，开挖③部，喷8cm混凝土封闭掌子面，施作周边和临时支护，步骤同①部；

在滞后于③部3～5m距离后，开挖④部，接长型钢钢架和临时钢架、横撑，并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同②部。

在滞后于②部一段距离后，开挖⑤部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同②部。

在滞后于④一段距离后，开挖⑥部。隧底周边部分喷混凝土至设计厚度，步骤和工序同⑤部。

3.5 施工重点控制及注意事项

将监控量测纳入施工工序。必测项目包括地下下沉、洞内观察和拱顶下沉。净空收敛施工前作好地表排水系统及地表沉降观测点的埋设，进行地表沉降的观测。当每部的初期支护完成后，按5米一个断面布设监控量测点。按照监控量测技术规程要求，①部和③部应布设三条测线，测线布设如下图所示。监测频率符合规程相关要求，且原则上采用最高频率要求。

图6 CRD法拱顶下沉和净空变化量测测线布置图

隧道开挖施工应根据设计位置、中线、水平、地质情况，预计可能产生的下沉量和施工误差掌握施工部位尺寸，保证开挖及衬砌断面符合设计要求。施工过程中必须对测量人员所放的点位妥善保护。加强监控量测工作，采用统计分析的方法得出每部封闭时沉降量占总沉降量的百分比，在施工中可以根据每部的沉降量反算总沉降量，进行动态调整，确定合理的预留沉降量和施工支护参数。挖掘机在进行开挖作业时小心谨慎，不得破坏已有的支护。小炮开挖或人工开挖，严格控制装药量。