大跨度隧道洞口淺埋段施工法

王瑞濤

(山西路橋第二工程有限公司，山西臨汾 041000)

大跨度的山嶺隧道多依山而建，地形地質(zhì)狀況通常復(fù)雜多變，隧道洞口段經(jīng)常會遇到淺埋偏壓的情況，而這些地段往往巖體風(fēng)化比較嚴重，裂隙額、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面發(fā)育完全，圍巖自穩(wěn)能力差，再加上隧道洞口跨徑大，更增加了施工的難度。而淺埋偏壓大跨度隧道洞口段施工方法一般要根據(jù)上部地質(zhì)情況、土層覆蓋厚度、偏壓狀況、結(jié)構(gòu)受力特征等多方面因素來決定，同時還要對施工工序、施工效率、經(jīng)濟情況以及工期的影響進行分析，綜合制定施工方案。本文結(jié)合工程實際，對大跨度的隧道洞口淺埋段的施工方法進行探討，以供工程人員參考。

1 工程概況

位于四川的某隧道，全長6 600 m，隧道最大埋深約1 080 m，洞口段最小埋深約6 m。隧道所處位置地形有較大的起伏，整個隧道全段的高差到1 000 m以上。本文以該隧道進口段作為研究對象。隧道所處位置有巖層斷裂比較嚴重，有較強的褶曲發(fā)育，巖體多為破碎狀，節(jié)理發(fā)育豐富。而孔隙水以及上層潛水是該段地下水的形式。

2 隧道洞口段的施工方法

在淺埋隧道的洞口處進行施工過程中，因為圍巖十分破碎、地質(zhì)和地形情況比較差，在對洞口開挖的時候，應(yīng)該將對圍巖造成的擾動降低到最小，保證洞口處的巖體以及邊坡的穩(wěn)定性得到提升。而“早進洞、晚出洞”的原則是施工人員要必須遵循的，對于洞口環(huán)境的保護也要到位，盡可能的保持洞口處的原有地貌，并且洞門在設(shè)計過程中要與周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)。遵循以上原則對隧道的洞口進行施工，施工方法選擇盡可能的滿足這幾個原則。

2.1 輔助工法的選擇

該隧道洞口段巖體具有淺埋偏壓較松散的特點，而且邊坡相對比較陡峭，隧道進洞開挖的過程中，易產(chǎn)生邊坡坍塌，地表沉陷等地質(zhì)災(zāi)害，隧道開挖跨度大，更增加施工難度，因此選擇合適的輔助工法是保證隧道安全進洞的重要因素。

1)鋼管樁地表注漿。地表注漿是目前應(yīng)用較為廣泛的一種地層加固方法，適用于地質(zhì)水文條件復(fù)雜，埋深淺，節(jié)理發(fā)育或存在偏壓的情況，主要適用于亞黏土、粘性的砂土地層。其主要原理是通過向孔內(nèi)注入水泥漿液，水泥漿液在一定的壓力下滲透到地層中，從而對地下裂縫、空隙進行填充、擠密、加固等效果。同時可以加強土體的整體性，避免土體發(fā)生剪切破壞，而且能夠?qū)崿F(xiàn)堵水的目的。地表注漿可以滿足不利條件下隧道的成洞，使地表的沉降減小，從而使地下水以及偏壓對隧道洞口的開挖的影響降到最低。鋼管樁注漿加固則主要是利用鉆孔無縫鋼管來進行地表注漿，利用水泥漿液填充松散巖土體間的空隙，使?jié){液包裹碎石，并且與鋼管共同形成有力的支撐骨架，使松散巖土體固結(jié)為整體，大大的改善了其穩(wěn)定性;同時由于鋼管又能深入穩(wěn)定的巖層，多根鋼管利用漿液固結(jié)同巖層形成受力整體，達到排樁地下連續(xù)墻的效應(yīng)，能有效地阻止巖體在偏壓側(cè)向應(yīng)力作用下的側(cè)向位移，從而確保隧道施工與運營安全。在隧道的進口段用鋼管樁地表注漿的方式進行施工，采用的鋼管樁直徑為80 mm，鉆孔按照邊長為1 m的正方形布置。注漿材料的要求如表1所示，注漿的施工流程如圖1所示。

表1 注漿材料要求

2)超前大管棚。一般情況下在隧道的洞口處設(shè)置管棚，其是地層的安全以及穩(wěn)定性保證措施，使施工中造成的地表沉降得到控制。作為超前支護的一種重要輔助措施，管棚對于大斷面形式的隧道、隧道洞口的淺埋段以及一些不良地質(zhì)環(huán)境下的隧道施工過程中比較適用。研究表明，在隧道工程的施工中，管棚對隧道的正常施工進行起到了良好的作用。管棚對拱頂圍巖的應(yīng)力釋放能夠起到有效的緩解，實現(xiàn)對開挖造成的地表沉降的控制以及拱頂周圍的圍巖位移的限制，進而保證隧道的洞口施工的安全性。隧道進洞口段采用的管棚長度L=40 m，熱軋無縫鋼管規(guī)格為直徑108×8 mm，節(jié)長為6 m和9 m兩種，管棚的環(huán)向間距40 cm，仰角設(shè)計為1°～3°，雙線鐵路隧道斷面施作范圍為拱頂132°。管棚施工中用到的注漿材料的規(guī)格見表2，管棚的布置示意圖見圖2。

圖1 注漿施工流程圖

表2 管棚施工注漿材料要求

圖2 管棚的施工布置示意圖

2.2 隧道洞口段開挖方法的選擇

大跨度隧道在進行洞口開挖過程中，用到的方法根據(jù)隧道所處的工程地質(zhì)條件不同也會有所差別。但是，總體上來說，洞口的施工都要先進行輔助工法施工，然后按照三臺階法的要求分步進行開挖。常用的方法有CRD法或者是CD法、單(雙)側(cè)壁導(dǎo)坑法、超前導(dǎo)坑法等。其出發(fā)點是盡可能的減小斷面開挖跨度，通過臨時支護或臨時仰拱的方法，盡快地沿開挖輪廓形成封閉或半封閉的承載結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定洞室，從而控制沉降，控制圍巖位移以及使結(jié)構(gòu)的受力均勻，形變小。

在淺埋偏壓的地形條件下，再加上地質(zhì)條件差，開挖跨度大，在有要嚴格控制沉降的情況下，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法要優(yōu)于其他開挖方法，適用于三線或多線特大斷面鐵路隧道工程及地下工程。這種方法將隧道的大斷面形式分割成一定數(shù)量的小斷面，并進行臨時的支護、仰拱、頂面噴射混凝土等輔助施工，從而保證有穩(wěn)定的掌子面以及隧道洞口處的圍巖控制，實現(xiàn)隧道的安全施工。對淺埋軟巖大跨度隧道開挖方法，從圍巖塑性區(qū)，應(yīng)力狀態(tài)，以及位移場分布規(guī)律看，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法優(yōu)于CD法和三臺階法。而對淺埋偏壓大跨度隧道，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在控制周邊位移，地表沉降，以及拱頂沉降等情況下比其他施工方法具有優(yōu)越性。

該隧道洞口段圍巖地質(zhì)條件差，又處于淺埋偏壓地段，隧道側(cè)壁最低覆土厚度只有6 m，洞口段開挖跨度15.22 m，開挖高度達到約11 m，開挖最大面積約為160 m2。隧道施工精度要求高，施工質(zhì)量等級高。只有在將沉降有效控制的前提下，才能滿足施工精度要求，并保證施工質(zhì)量。通過上節(jié)分析，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法能夠有效的控制沉降以及周邊位移，因此，在該隧道的洞口施工中將雙側(cè)壁導(dǎo)坑法作為施工方法。

2.3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工流程

對大跨度的隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑方法，施工的原理就是通過將大斷面的開挖洞室進行有效的分割，使其成為一個個小的洞室，對小洞室進行開挖施工。每個洞室在施工過程中，自身是一個封閉的施工個體，要經(jīng)過開挖、支護等環(huán)節(jié)，這就使得這種方法對圍巖的變形控制非常好。如果條件允許，也可以通過模擬對隧道的施工進行指導(dǎo)。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖的示意圖如圖3所示。先對左導(dǎo)坑的上臺階①部進行開挖，然后對其進行初期以及臨時的支護施工;①部施工結(jié)束后一定時間內(nèi)對②部進行開挖，并做支護處理;然后依次進行③④⑤⑥⑦部的開挖，同樣進行初期、臨時的支護施工。

圖3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的示意圖

2.4 隧道洞口段施工過程

該隧道的洞口段所處的位置的地質(zhì)地形條件比較復(fù)雜，是一種比較典型的大跨度淺埋式的洞口形式。在洞口開挖以前，要對洞口范圍內(nèi)做好截水、排水處理，并對天溝進行有效的設(shè)置，并且對邊坡、仰坡的坡面做好防護工作，地表的加固處理也要得當(dāng)。大管棚以及導(dǎo)向墻施作后，進行良好的臨時支護，然后對隧道的暗洞進行開挖，施作一段暗洞后再施作洞口端墻以及洞口附屬工程。

3 結(jié)語

文章結(jié)合工程實例，對大跨度隧道淺埋洞口的施工過程進行簡述，包括輔助工法的選擇、洞口開挖方法的選擇、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工流程、隧道洞口段施工等施工方法，希望能對大跨度隧道洞口淺埋段的施工提供參考。

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