隧道通过浅埋段施工方案及施工安全措施研究

张 兵

（保利长大工程有限公司，广东 广州 510000）

隧道工程施工难度大、安全隐患多，且由于丘陵地区普遍表现出岩体破碎的特点，局部节理裂隙发育，若缺乏合适的施工技术及安全控制措施，则十分容易引发浅埋段坍塌等工程事故。因此，施工单位必须根据浅埋段的施工条件，制订并实行科学合理的施工方案与安全措施。

1 工程概况

1.1 建设情况

人子石隧道位于广东省梅州市梅江区城北镇人子石自然保护区，进口位于梅江区城北镇兼全村，出口位于梅江区城北镇群益村，设计为分离式隧道。隧道起讫桩号左线ZK8+488～ZK9+400，长度912m；右线K8+480～K9+380，长度900m，呈东-西方向展布，穿越人子石自然保护区。进洞口设计标高为192.2m，出洞口设计标高为191m；隧道最大埋深约102.5m，属浅埋中型隧道。

1.2 地质水文条件

人子石隧道工程的主要地质条件以强风化泥质粉砂岩和强-中风化砂岩为主，条件欠佳，浅埋段位于山岭冲沟处，围岩自上而下为粉质黏土、强风化砂岩、中风化砂岩，拱顶覆盖层约13～27m。且该区域内有断裂构造或破碎带，洞顶覆盖层深度可达27m，对应地表位置又恰好位于其中一条冲沟进水口的位置，周边土质较疏松，在过往小里程施工过程中也曾遇有滑层现象，不利于浅埋段的施工。

2 施工技术方案

考虑上述地质水文条件，施工单位在通过浅埋段施工方案的选择上，因地制宜，最终以新奥法作为主要施工法，并设置复合衬砌结构，通过锚杆、钢拱架等装置的共同作用形成初期支护，同时配套长管棚等超前支护措施，以便增强围岩的稳定性，改善施工环境。不仅如此，施工单位在施工期间还加强了监控量测，以更好地根据现场情况实施合理的二次衬砌施作。

考虑到该工程浅埋段施工条件欠佳，施工单位根据实际情况最终选择以光面爆破为主要技术手段，施作初期支护来保证现场安全，提高通风效率，并通过二次衬砌增强隧道稳定性。另外，施工单位根据该工作思路确定具体的作业方式，进、出口端均以机械开挖为主，辅以人工钻爆，而施工期间的出碴作业通过挖掘机配合装载机的方式完成，形成开挖、支护、衬砌三条贯穿于隧道施工全程的作业线[1]。

3 具体施工方案

3.1 洞口施工

洞顶截水沟施工是重要的准备工作，在刷边坡与洞口施工时，要及时采取支护措施，以确保施工全程洞口段都可维持稳定。洞口开挖作业兼顾长管棚的施工要求，于该处预留合适规格的作业平台。

（1）洞顶截水沟施工。以M10浆砌片石为基础材料，施作洞顶截水沟，此结构的侧墙及沟底两部分采取相同的厚度控制标准，即30cm。同时，要考虑洞口边、仰坡开挖线的具体位置，在与之相距至少5m的区域施作洞顶截水沟，并结合现场地形条件，在精准测量后放出截水沟的边线，再以此为基础按照20m的间距控制标准依次设置适量断面；而对于地形起伏处，则要缩小断面的设置间距。人子石隧道截水沟大样见图1。

图1 人子石隧道截水沟大样图（单位：cm）

（2）明洞开挖及边仰坡防护。①洞口开挖：以挖掘机为主要施工设备，配备数名施工人员以便顺利完成刷坡作业；开挖期间要充分考虑洞口的地形、地质条件，秉承全面确保边坡稳定的原则，尽可能减少开挖扰动。②边仰坡防护：按照由上至下的方式有序完成边仰坡防护作业。现场地质条件复杂，对于山体滑坡等不良施工情况，需及时撤除人员和机具，视实际情况制订应急处治方案。洞口段施工中，一级边坡和二级边坡的坡度控制标准依次为1∶0.5、1∶0.75；对于仰坡的施工作业，则采取1∶0.75的坡度控制标准。边仰坡支护参数见表1。

表1 边仰坡支护参数表

（3）套拱及长管棚施工。套拱两侧拱脚基坑处均通过施工人员完成土方开挖作业，考虑石方开挖难度较大的特点，需采取小药量弱爆破的方式。施工人员清理基底并检测承载力，超过300kPa则满足要求，否则要对套拱基础采取加强处理措施，设置φ42mm×4mm注浆小导管，再浇筑套拱基础，所用材料为C25混凝土。

检验套拱混凝土强度，在实测值达到标准并且完成侧模和外模两部分的拆除作业后，便可进入长管棚施工环节。超前长管棚的搭设作业选择的规格为φ108mm×8mm的热轧无缝钢管，选择3m、6m两种长度的节段并交错布设，再通过丝扣连接的方式形成整体。

3.2 隧道开挖

对于浅埋段的地势问题，技术人员将人工钻爆作为主要施工方法，但由于开挖作业工作量较大，因此采取了光面爆破和预裂爆破相结合的方式进行爆破作业。由于该地段V级围岩段的特殊性，因此在该隧道工程中特采用环形开挖预留核心土法中的CD法，作为IV级围岩主要施工方法。

3.3 初期支护施工

根据洞身衬砌的施工条件，以新奥法为主导，于该处施作复合衬砌。通过锚喷支护的方式形成初期支护结构，再采取模筑混凝土衬砌的方式，以便作为隧道的二衬结构。施工所用的小导管均选择热轧无缝钢管，基本要求为外径42mm、壁厚4mm、长4.5m，隧道施工中统一采取梅花形布置的原则，预留尾部1m，该处不设置压浆孔。注浆施工所用材料均选择水泥浆液，质量要求为水灰比1∶1。

3.4 二衬及防排水施工

以监控量测所得的位移量、现场围岩等级等为基本依据，选择合适的时间完成二次衬砌施工作业。考虑到浅埋段的特殊性，在形成初期支护结构后需及时组织二衬作业，全面确保施工安全。

衬砌施工中应加强对材料质量的控制，二衬施工以C30防水混凝土为宜；洞身以及各附属洞室施工中，均要在衬砌背后设防水层，具体采取的是土工布+EVA防水板相结合的方式，构成多重防水屏障，再布设适量排水盲管。施工现场的扰动因素较多，要保证透水盲沟运行顺畅，预先设置的各排水孔道应有效联通，从而形成高效的排水系统，解决渗水、积水问题。

3.5 超前预报和监控量测

准确掌握施工现场地质情况是顺利施工作业的必要前提，因此要以开挖地段的地质信息为依据，预测前方的地质条件。该工程为中型隧道，在采取地质雷达探测的同时还增设了潜孔钻探的方式。

监控量测工作中，重点围绕围岩周边位移、拱顶下沉、围岩内部位移而展开。施工初期存在较为明显的位移和下沉量变化特点，为保证监控量测的准确性，需适当缩小量测断面间距，以足够准确的监控量测数据为指导，调整施工工艺，发挥出其对施工作业的指导作用。

4 施工安全措施

该工程交工验收时，质量要达到交通部现行《公路工程质量检验评定标准》及《公路工程竣（交）工验收办法》的要求，分项工程验收合格率100%，确保综合评分达到93分以上。且从质量预控和动态控制、设备检测试验及测量仪器、隧道工程质量以及不良地质地段施工处理等方面，进行了相应的质量保证措施，并做了一定的施工安全管控，以保证该工程的顺利进行。具体如下。

4.1 组建应急指挥小组和制订应急预案

组建应急指挥小组，对于施工中出现的险情，以项目总经理为总指挥，发挥出书记的后勤保障作用，由总工在现场调度工作，小组内的安置部长和施工作业队长严格听从指挥，多方协调，力争在最短的时间内化解险情[2]。

该工程地质条件欠佳、拱部等受力条件特殊的结构易发生坍塌，因此要结合实际情况编制塌方事故应急预案。施工中将超前地质预报落实到位，采取24h持续性监测的方式。从围岩塌方的发生机制来看，其反映的是量变逐步积累而发生质变的动态过程，而量变是其中的主导因素，主要表现为工程地质、水文方面的异常等，通过对此方面的监测，可以为地质预报提供重要的依据。

4.2 施工现场安全保障

施工现场布置全面规划、合理安排，避开不良地质地段，以利于施工生产，方便职工生活，符合防洪、防火、防雷击等安全和卫生要求，具备安全生产、文明施工的条件；现场各种材料分类码放整齐稳固，废旧物品及时清理，以保持现场的整洁有序；炸药库、雷管库远离生活区300m以上，并设警示牌，配电所外设围栏，以确保安全，并合理布置排水沟，确保不妨碍现场交通；制订应急预案措施，并能在事故发生后迅速采取有效控制措施[3]。

4.3 技术措施保障

针对隧道浅埋段施工，严格遵循“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，施工中加强监控量测，采用管棚、超前小导管、预注浆、弱爆破、强支护等形式保证施工的安全性及施工进度。

5 结束语

隧道浅埋段的地质条件较差，需在开工前做好准备工作。该工程实践中通过加强地质预报，遵循短进尺、弱爆破、强支护的原则，为人子石隧道浅埋段施工提供了安全的施工环境，并通过前期制订的科学施工方案和后期相应的安全管控措施，使该工程在安全、高效的情况下完成了施工作业，该方法值得同类工程借鉴。