米屯坝隧道工程下穿浅埋段施工技术研究

罗磊

（中国水利水电第十二工程局有限公司 浙江杭州 310004）

由于地下隧道浅埋段施工受地质条件等多种因素影响，因此在具体工程建设中应制订合理的施工计划，并根据工程建设需要，分阶段进行［1］。在施工中，应尽量降低隧道上方路面和周围环境因素造成的影响，并做好前期调查，确保浅埋区施工工作的顺利进行。

1 工程概况

米屯坝隧道为双洞分离式隧道，全长平均1202.5m，其中左洞（ZK82+500～ZK83+687）长1187m，右洞（ZK82+495～ZK83+713）长1218m。单洞宽度10.25m，隧道建筑限界净高5m，设计速度为80km/h。其中右幅（K83+292～K83+340）洞顶最大埋深约24.4m，左幅（ZK83+300～ZK83+358）洞顶最大埋深约20.0m，均穿丘陵间坡洪积沟谷，沟谷浅部分布坡洪积含黏性土角砾，厚约3～5m，下层岩体为中风化，岩体较破碎，根据现场勘查两侧最小埋深3.81m，属于浅埋段施工。

2 隧道右幅（K83+292～K83+340）、左幅（ZK83+300～ZK83+358）浅埋段施工

2.1 设计施工参数

该段按照Ⅴ级围岩设计，开挖方式采用预留核心土，支护形式SA5b。从内至外分别是：45cm 厚模浇筑钢筋混凝土二次衬砌；EVA 防水板厚1.0mm；400g/m2土工布；间距50cm的16号工字钢拱架；25cm厚C25喷射混凝土加直径6cm 钢筋焊接网（15cm×15cm）；直径25mm×5mm 先锚灌浆式中空注浆锚杆，长度3.5m，环纵间距0.1m×0.5m；超前注浆小导管直径42mm×4mm。

2.2 施工过程

隧道ZK83+341在进行上台阶弧形开挖作业后，隧道顶拱出现坍塌，塌方区形成约4.5m×2.5m的空腔，坍塌岩体较湿、塌方体顶部有小水柱下流，经估测顶部未坍塌岩体厚度约为3m。塌方堆积体为褐黄色强风化岩体，夹有少量黄色泥土［2］。

塌方后项目部立即组织对塌方情况进行整体监测；测量塌方处隧道最小埋深3.8m 左右，ZK83+339 之前初支面沉降及变形未有明显变化，ZK83+339～ZK83+340初期支护工字钢外表面混凝土因前部超前小导管被压弯而部分被剥落。为防止坍塌范围继续扩大，项目部立即对掌子面进行反压至ZK83+333（8m）。第二天该区域再次发生塌方，出现冒顶，空腔继续扩大，地表塌陷一个约10m×10m的口子。

3 现场处理方法

事情发生后，参见各方对塌陷部位施工行为进行调查，结论为超前支护措施、开挖工法、开挖步距、初期支护参数等均满足设计及规范要求。参建各方对施工现场进行实地查勘，并对事发原因进行分析［3］。

调查发现，隧道因地质情况复杂，坍塌区域位于两山之间沟谷最低处，沟谷浅部分布坡洪积含黏性土角砾，厚度约3～5m，测量塌方处隧道最小埋深约3.8m，因2022年3月26～28日连续阴雨导致沟谷形成明显连续水流，由于覆盖层薄及黏性土角砾隔水效果差、自稳差，水流渗入隧道内部引起地表塌陷冒顶。因此，初步认定引起塌陷的原因有两个：第一是山体覆盖层很薄，且围岩为破碎强风化岩体；第二是近期连续阴雨，连续降雨导致山体浅层围岩为雨水浸润，处于饱和状态，再加上局部围岩裂隙，形成连续水流，导致坍塌［4］。

4 处理方案

4.1 塌方段塌陷口处理

现场勘查完后，参建各方对塌方处理方案进行讨论，结果如下。

（1）截排水处理。①在塌方体沟谷上游适当部位设置截水坝，并将截水坝上游积水引排至塌陷坑下游适当距离。②塌陷坑两侧边坡山体在适当部位做好截排水沟，引排至塌陷坑下游适当距离，水沟采用10cm厚砂浆抹面。③塌陷坑顶部采用彩条布临时遮盖，防止雨天雨水侵入。

（2）洞内掌子面封堵。洞内掌子面反压回填至拱顶ZK83+338处，回填坡率不大于1∶1，并预埋不少于3根泵送混凝土管。

（3）补打系统注浆小导管。在ZK83+332-ZK83+338 处，上台阶补打系统的小导管（Ф42mm、长4.5m）、间距0.5m×1m布置，并按要求进行注浆。

（4）往塌陷坑泵送混凝土。往塌陷坑泵送C30 混凝土，最小层厚控制在1.5m，塌陷坑底层尽量布满混凝土。

（5）超前小导管打设。在ZK83+338处往大里程方向打设两排Ф42mm、长4.5m 的超前小导管，要求小导管端部固定在混凝土中不少于2m，小导管环向间距40cm。

（6）三台阶开挖。往大里程方向采用三台阶开挖方式，每次进尺1 榀，每榀50cm。开挖过程中，用Ф 42mm、长4.5m的小导管对已回填混凝土层进行加固，小导管端部固定在基岩上不少于2m，每米左右各4根，并按相关要求进行注浆。

（7）ZK83+341～ZK83+361 范围采用SA5a 类型衬砌，系统锚杆改成小导管，长度4.5m，二衬环向排水盲管加密至2m/道，即将穿越塌腔处打两排超前小导管，穿透混凝土，并固定在围岩上不少于2m。穿越塌腔后至ZK83+361采用双排小导管加固。

（8）塌陷坑顶部回填。待塌陷区二衬施做完成，且强度达到70%后，对塌陷坑顶部采用山皮土回填。顶面50cm厚度范围采用黏土回填并进行压实处理。

（9）塌陷区山体表面永久截排水。塌陷区上游及两侧应增设永久截排水设施，具体形式结合现场实际地形地貌、截排水量综合考虑而定。加强塌方处理段监控量测，以6h 为循环进行监控量测，并适时加密监控量测点［5］。

4.2 塌方段隧道洞内施工

ZK83+332-ZK83+338 段的衬砌形式进行调整从内至外分别是50cm 厚模浇筑钢筋混凝土二次衬砌、EVA 防水板厚1.0mm、400g/m2土工布、间距80cm 的18号工字钢拱架、25cm 厚C25 喷射混凝土加直径6cm 钢筋焊接网（15cm×15cm）、长度4.0m 直径42mm×4mm 注浆径向小导管（纵横间距0.5m×1.0m）；超前支护改为双排超前小导管，采用长度4.0m，直径42mm×4mm 注浆径向小导管（纵横间距0.5m×1.0m）。暗挖采用机械开挖，以减少隧道开挖对回填混凝土的护拱影响，同时每个循环进尺为0.5m［6］。

4.2.1 注浆施工工艺

相关工作人员需根据设计图中超前小导管位置应用全站仪完成测量工作，并用红油漆做好标记。采用风钻保持设计外插角10°～15°进行钻孔，操作过程中应注意孔深大于设计长度10cm，钻孔直径大于设计导管3～5mm。

（1）清孔验孔。

清孔应保证浮渣清除至孔底，为防止堵孔情况出现，应用地质岩芯钻配合钻头完成扫孔，并通过高压风对钻渣进行清理。扫孔结束后，需对孔深、外插角、倾角进行检测，检测通过经纬仪、测斜仪完成。

（2）安装超前小导管。

钻孔结束后，为避免塌孔情况发生，需及时完成小导管安设。在安设过程中，需在管壁周围交错布置钻设间距为15cm 的φ6 花眼，进而避免注浆浆液扩散至围岩。同时，小导管关端做好止浆阀，且尾部12cm 内不可钻设花眼，达到预防漏浆目的［7］。

（3）小导管注浆。

采取性能类似KBY50/70 型注浆泵完成小导管注浆过程，采用压力—流量双条件控制。注浆过程中应根据施工现场岩石裂隙、土壤渗透系数等实际情况决定注浆压力及注浆量。

4.2.2 工字钢拱架施工

依照设计图在洞外完成18 号工字钢架加工。洞内需在架设工字钢架前初喷射混凝土4cm，架设结束后再进行混凝土喷射。设纵向连接筋保证环向间距0.8m 连接钢拱架，并喷砼填平。针对钢架和围岩之间间隙过大的情况需设置垫块后采取喷砼喷填。

4.2.3 喷射混凝土施工

（1）喷射混凝土施工艺。

网喷混凝土施工一般在该部位定型钢筋网片施工完毕验收后进行。施工程序为“先喷第一层混凝土（约4cm）→小导管施工（浆径向小导管施工方法同超前小导管注浆）→钢筋网片施工→再次施喷至设计厚度”。

本工程隧道采用TK961 型喷射机湿式喷射工艺。喷射施工前，对岩面进行清理，喷射机安装调试好后，先注水后通风，清通管路，然后用高压水冲洗受喷面。喷射顺序：按先边墙后顶拱的顺序进行喷射。喷层厚度控制：喷层厚度以埋设的铁钉等标志物以及通过隧道断面自动测量记录仪来控制。

（2）渗漏水地段处理。

当围岩有大面积且渗漏量不大时，需采取高压风清扫后由远及近进行混凝土喷射，为缩短终凝时间需临时加大速凝剂参量，逐渐合拢喷射混凝土，水止住后按正常配合比喷射混凝土封闭。当围岩有集中渗水时，在喷混凝土前进行刻槽，用塑料管将水引出，浇注混凝土塞，待该部位喷混凝土完毕，采用灌浆方法进行综合处理。不同情况及位置需设置不同排水方式，盲沟排水针对导水效果较差的含水层；截水圈排水设置于淋水处，在受喷面滴水部位埋设导管排水。

4.2.4 防水板安装施工

防水板在初期支护基本稳定并验收合格后进行。

（1）铺设准备。

对隧道初期支护喷射混凝土表面进行处理，切除锚杆头和露头钢筋，并用细石混凝土抹平覆盖，凹坑深宽比控制在1/10以内，确保喷射混凝土表面平整，无尖锐棱角。防水板铺设宜采用专用台车铺设。

（2）防水板铺设。

①工艺：基面清理→无纺布垫层施工→塑料垫片施工→防水板铺挂。

②无纺布垫层施工。第一，铺设方法：在隧道拱顶纵中心线，使无纺布垫层（400g/m2无纺土工布）的横向中心线与喷射混凝土的纵向中心线相重合。第二， 将单层无纺布从拱顶部开始向两侧下垂铺设，然后用专用射钉将无纺布固定在喷射混凝土上，专用热熔衬垫和射钉按梅花形布置左右上下成行布置，拱部间距0.5～0.8m，边墙0.8～1.0m，搭接宽度不小于50mm。

③1mm厚EVA防水板铺设 。剪裁防水板长度，从拱顶部开始向两侧下垂铺设，松紧适度。采用手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔衬垫上，焊接前除尽防水板表面的灰尘，焊缝接头应平整，不得有气泡折皱及空隙。防水板搭接下部防水板压上部防水板，接宽度须大于15cm。利用防水层接缝时留出的空腔做充气检查。

4.2.5 二次衬砌施工

（1）衬砌钢筋。

根据测量控制点先扎外层环向定位钢筋，用纵向筋将定位钢筋连接后，以纵向筋作为其他环向筋安扎依据，扎完外层后再用相同方法安扎内层钢筋，并及时将内外层钢筋用蹬筋连接，电弧焊点焊，以加强整体刚度［8］。

（2）二衬混凝土。

二次衬砌采用C30 钢筋混凝土，通过已灌筑段接头处向未灌筑方向自下而上泵送混凝土入仓。混凝土浇筑过程中需对台车上、中、下3 层窗口予以利用，并采取分层对称浇筑方式。浇筑过程中注意浇筑速度并保证两侧浇筑面高度差距需小于50cm。同时，当混凝土浇筑面已接近顶部（以高于模板台车顶部为界限），需运用退出式浇筑方式完成拱部浇筑并通过压入式封顶。封顶阶段需将排气管安装于预留注浆孔，同时将一端排气管固定于模板台车台内，另一端尽量靠近防水板顶部，尽可能顺利排除空气。当浇筑过程中挡头板上观察孔有浆溢出说明混凝土已充满仓内，即可停止浇筑，并疏通排气管和撤出泵送软管。为保证混凝土外部光滑，内部密实，需安排专业人员混凝土用附着式振捣器和插入式振捣器联合捣固。针对隧道衬砌起拱线以下的反弧部位等难点部位，为减少反弧段气泡，应有效控制混凝土性能、塌落度及捣固方法，改善衬砌混凝土表面质量。

（3）拆模。

当衬砌施作时间提前，拱、墙承受有围岩压力应维持施工设计规划的原样条件，其封顶和封口的混凝土强度需达到设计强度的70%以上。

（4）砼养护。

洞身养护不少于7d。

5 结语

总之，在隧道洞口浅埋段施工中，必须对其进行加固与开挖工艺的掌握，同时要对施工中的注意事项、具体操作步骤等进行全面了解，才能保证隧道安全。在此基础上，须对工程地质条件、水文条件等进行细致调查，并依据工程实际情况，采取相应加固措施、开挖方式等，以达到工程建设要求。