盖挖法在公路隧道中间浅埋段的应用

徐哲翔

(松溪县交通建设质量安全监督站，南平 353500)

1 工程概况

松溪县横一线文秀湖一号隧道全长418 m， 单洞双向行车，隧道全线位于曲线段内，曲线半径750。 隧道纵坡坡率/坡长；-1.2%/418 m。 隧道进口设计里程K7+151，设计高程：224.256 m。隧道出口设计里程K7+569，设计高程：219.24 m。隧道最小埋深为10～60 m。隧道围岩主要为中风化凝灰质砂岩、砂砾岩，局部为砂土状强风化，较坚硬，岩体较破碎，呈镶嵌碎裂结构。

浅埋段位于隧道中间， 具体里程K7+259～K7+306段，沿里程方向成“V”型冲沟，其中，K7+270～K7+300 段洞顶覆盖层薄(原设计浅埋段最小埋深为10 m，实际最小埋深1.5 m)，洞顶沟底地表覆盖粉质黏土，浅埋段隧道内上部围岩为砂土状强风化凝灰砂岩， 下部围岩为中风化凝灰质砂岩。 同时，该浅埋段处于偏压地段，碧桂园房地产项目边坡开挖施工进一步加大偏压。 且受地表开挖施工扰动，地表覆土松散，隧道施工易冒顶、塌方，如图1 所示。 由于覆土层厚度减少太多，若按原设计方案，即采用地下管棚超前支护施工方案，则不安全，施工难度大。

2 盖挖法与原设计方案对比

图1 隧道顶地表现状

横一线文秀湖一号隧道浅埋段原设计为： 在地表回填水泥稳定土，回填高度3.5 m，在隧道两端浅埋段采用F5+双排小导管、 隧道中间浅埋段采用F1 中导管进行超前支护。 由于K7+270～K7+300 段洞顶覆盖层薄，洞顶沟底地表覆盖粉质黏土已经受附近房地产项目施工扰动，洞顶地层完全丧失自稳能力， 且福建闽北属中亚热带气候， 降雨多， 采用导管超前支护隧道洞顶稳定性难于保证，隧道施工中存在塌方、冒顶风险大。 若隧道施工前浅埋段洞顶先采用盖挖法施工[1-2]，再进行隧道暗挖施工，施工风险将大大降低， 虽然盖挖法增加了边仰坡防护与钢筋混凝土护拱等工程量，但相应减少了原设计洞顶5%水泥土回填、超前小导管和系统锚杆等，总施工费用相对原设计基本相当，具体对比费用见表1。

表1 浅埋段变更前后工程主要费用对比

3 盖挖法施工方案设计思路

根据文秀湖一号隧道浅埋段地形地质条件， 先在K7+275 和K7+295 施做管棚导向棚， 分别从K7+275 往小里程方向、K7+295 往大里程方向各施做长度为20 m的F0 大管棚，然后在洞顶K7+275-K7+295 段采用0.8 m厚钢筋混凝土护拱沿隧道初支加预留变形量外轮廓与导向棚连接成整体以对隧道洞身开挖施加保护。

文秀湖一号隧道浅埋段盖挖段施工流程如图2 所示[3]。 盖挖法施工方案示意图见图3～4。

图2 隧道盖挖段施工流程图

图3 浅埋段套拱管棚纵向示意图

图4 K7+275 护拱开挖断面示意图

4 盖挖法施工关键技术

4.1 地表排水系统[4]

在低洼地段施工，修建完善的地表排水系统是决定工程顺利与否的前提条件。 本工程需要在开挖的边仰坡外设置截水沟，截排暴雨天气地表汇流的地表水。 截水沟大小应根据汇水面积而定[4]。 浅埋段排水布置示意图见图5。

4.2 浅埋段边仰坡开挖及防护

浅埋段“V”型冲沟边仰坡施作前，周边设置截水沟隔离雨水汇入护拱施工场地， 开挖时根据现场实际地质情况确定开挖坡率，开挖后采用挂网+喷混凝土防护。 边仰坡支护设计参数见表2[5]。

图5 浅埋段排水布置示意图

表2 边仰坡支护设计参数

4.3 护拱开挖

浅埋段“V”型冲沟边仰坡施作完成后，开挖隧道拱顶施作护拱范围内岩(土)体，隧道洞身及衬砌范围内岩(土)体预留作为护拱混凝土施工的内模。

4.4 两端管棚施工

开挖完成后先施作K7+275～K7+295 段两端管棚，即从护拱两端明暗交界面向两端施作管棚。管棚由钢拱架、钢花管及无孔钢管组成。 管棚施工示意图见6。

图6 管棚施工图

4.5 盖挖护拱施工

两端管棚施工完成后即可进行护拱施工， 护拱施工参数详见表3[5]。 护拱基坑开挖完成后，采用C15 砼对预留的核心土表面进行找平，然后安装护拱钢筋和外模板，最后浇筑混凝土。护拱基础的承载力必须满足设计要求，避免不均匀沉降，防止护拱变形、开裂。

表3 护拱施工参数

图7 护拱钢筋、外模安装

4.6 暗洞开挖施工

护拱达到设计强度后即可进行隧道内暗挖施工。 根据隧道围岩等级， 按照隧道施工方案和支护措施进行隧道施工。

4.7 土石回填

为了减小隧道偏压， 恢复地表原貌， 隧道施工完成后，护拱顶冲沟内进行土石回填，回填应分层进行，松铺厚度不得大于50 cm， 填土层顶面采用厚度50 cm 粘土填筑，隔离地表水进入隧道围岩内。地面表层采用耕植土回填。

5 施工监控量测

在隧道盖挖法施工全过程中进行了施工监控量测，实行信息化施工。 地表下沉、拱顶下沉、周边位移监测成果如图8～10 所示。

通过监测数据分析可知， 地表下沉主要发生在边仰坡开挖、 护拱开挖阶段， 地表下沉最大累计值为12.03 mm，护拱完成后地表沉降基本无变化。 在隧道暗挖过程中，拱顶下沉累计值为2.75 mm，周边位移累计值为1.58 mm。监测数据表明盖挖法过程中，隧道结构稳定。 该工法通过对边仰坡支护、护拱施作加固洞顶地层，增加了周边围岩自身稳定性， 减小了偏压对隧道施工的影响。

图8 地表下沉-时间曲线

图9 拱顶下沉-时间曲线

图10 周边位移-时间曲线

6 结论

松溪县横一线文秀湖一号隧道顺利地完成了隧道中间浅埋段的施工，取得了满意的效果，通过比较分析隧道浅埋段的支护方案设计和施工，得到以下结论：

(1)在不良地质条件下，隧道中间浅埋段采用盖挖法施工较原有的F1 中导管超前支护方案更加安全可靠，大大降低了隧道浅埋段施工中发生冒顶、塌方、甚至山洪灌入的风险，对控制隧道施工质量和进度具有重要意义。

(2)通过监控量测数据分析，地表下沉、洞顶下沉、周边位移等均变化较小， 表明盖挖法施工增加了周边围岩自身稳定性，减小了偏压对隧道施工的影响。

(3)施工过程中，开挖之前必须做好截、排水系统，防止降雨时地表水冲刷边坡。 护拱基础的承载力必须满足设计要求，避免不均匀沉降，防止护拱变形、开裂。拱顶回填必须对称，松铺厚度不得大于50 cm。 顶部按照设计施工防水层。