淺談隧道洞口明暗雙線淺埋偏壓施工技術(shù)

艾民

摘 要 隧道洞口處于破碎、淺埋、偏壓等不良地質(zhì)條件時(shí)，在施工過(guò)程中極容易發(fā)生因技術(shù)措施不到位而造成地表變形量大，甚至隧道坍塌的安全事故。本文以中長(zhǎng)公路交通山嶺分離式隧道Ⅴ級(jí)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育淺埋偏壓洞口施工實(shí)例，采取長(zhǎng)管棚圍巖預(yù)支護(hù)和坡腳擋墻加固山體，再采用中導(dǎo)洞工法掘進(jìn)，在左洞中導(dǎo)洞出洞后，施做擋土墻，然后回填碎石水泥土，隧道兩側(cè)壓力平衡后，施做管棚等超前支護(hù)，最后開(kāi)挖貫通，有效地控制了不良地質(zhì)造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞 破碎；淺埋；偏壓；中導(dǎo)洞工法；預(yù)壓平衡；變形監(jiān)測(cè)

1 工程概況

廣東信宜至茂名公路T13標(biāo)陳金頂隧道由廣西端向廣東端單向掘進(jìn)，左洞廣東出口端自ZK0+387開(kāi)始進(jìn)入Ⅴ級(jí)圍巖，洞口ZK0+372～+453段圍巖主要為坡殘積粉質(zhì)黏土，全～中風(fēng)化混合巖，走向343°、傾角74°；右洞廣東出口端自YK0+427開(kāi)始進(jìn)入Ⅴ級(jí)圍巖，洞口YK0+427～+481段圍巖地質(zhì)主要為坡殘積粉質(zhì)黏土，全～中風(fēng)化混合巖，走向210°、傾角90°。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，殘留片理，破碎，巖質(zhì)極軟，遇水易崩解。洞口段最大埋深20 m，坡角30°～40°，雨季潮濕易坍塌冒頂，洞口段存在偏壓，現(xiàn)場(chǎng)決定先貫通左洞。

2 施工方案

2.1 出洞方案

隧道斷面分左右導(dǎo)坑進(jìn)行開(kāi)挖、初支。每側(cè)壁分兩步臺(tái)階，圍巖開(kāi)挖采用人工配合機(jī)械開(kāi)挖，每循環(huán)I20 a拱架按照每榀0.5 m間距布置，圍巖較差時(shí)預(yù)留核心土。施工順序：超前小導(dǎo)管注漿加固—左洞室上臺(tái)階—左洞室下臺(tái)階—右洞室上臺(tái)階—右洞室下臺(tái)階—拆除中隔壁支護(hù)—施工仰拱及填充混凝土—掛防水板及二襯鋼筋，施做二襯混凝土。

2.2 偏壓處理

按照“先平衡、后開(kāi)挖”的原則處理。左洞中導(dǎo)洞出洞后，施工作擋土墻，然后回填碎石水泥土，隧道兩側(cè)壓力平平衡后，施做管棚等超前支護(hù)，最后開(kāi)挖貫通。

2.3 導(dǎo)洞施工

陳金頂隧道施工至ZK0+420停止掌子面開(kāi)挖，掛網(wǎng)噴射封閉掌子面，施做仰拱及二襯，使初期支護(hù)成環(huán)形結(jié)構(gòu)受力，保證在安全距離范圍內(nèi)開(kāi)始小導(dǎo)洞施工。導(dǎo)洞設(shè)在ZK0+420～ZK0+445段，長(zhǎng)25 m。

為了滿足施工機(jī)械及運(yùn)輸車輛通行要求，將導(dǎo)洞設(shè)置在上導(dǎo)坑中間部位，凈高4.5 m，凈寬4.6 m，滿足挖掘機(jī)及運(yùn)輸車輛通行。

導(dǎo)洞開(kāi)挖按照XS-Va圍巖開(kāi)挖方法進(jìn)行施工，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在2榀鋼拱架為宜，超前支護(hù)采用Φ42x4 mm小導(dǎo)管超前支護(hù)，環(huán)向間距@=35 cm，L=400 cm。開(kāi)挖后按照設(shè)計(jì)圖紙中I20a型工字鋼彎制鋼拱架，該處擬設(shè)計(jì)鋼拱夾角為46°028”，隧道頂部拱架弧長(zhǎng)5.45 m，兩側(cè)鋼架長(zhǎng)4.28 m，先將4.28 m兩側(cè)鋼架安裝就位后，再安裝拱頂一節(jié)鋼拱架，工字鋼架連接端頭使用22×28 cm連接鋼板，鋼架連接接頭采用鋼板打孔后螺栓連接，一循環(huán)拱架安裝就位后在每榀對(duì)應(yīng)里程開(kāi)槽安裝仰拱鋼拱架，仰拱拱架與側(cè)墻鋼架焊接牢固使初支整體受力。安裝就位后在距地面1.5 m位置插打2根Φ22@ L=3.5 m鎖腳錨桿，每榀四根。鋼拱架縱向間距50 cm，拱部縱向采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距100 cm，拱部環(huán)向100（環(huán)）x60 cm（縱）@L=350 cm設(shè)置中空注漿錨桿，拱部初支采用掛φ8鋼筋網(wǎng)@15x15 cm噴錨支護(hù)。

2.4 排水工程

首先清除地表植被及松散土，放樣確定回填范圍。再施做洞外排水工程，包括明洞段洞頂排水溝和洞口M10漿砌片石排水溝，洞頂永久性排水溝待洞頂回填后進(jìn)行，可以先就地形及排水走勢(shì)挖臨時(shí)截水溝，采用M10砂漿抹面，厚度不小于2 cm，對(duì)開(kāi)挖暴漏面采用C25噴射混凝土封閉防護(hù)。

2.5 左線左側(cè)擋土墻施工

①基坑開(kāi)挖

確定擋土墻準(zhǔn)確位置及標(biāo)高，然后進(jìn)行基坑開(kāi)挖，開(kāi)挖寬度根據(jù)基礎(chǔ)寬度按照1：1放坡確定?；油瓿珊?，按基底縱軸線結(jié)合橫斷面放線復(fù)驗(yàn)，確認(rèn)位置、標(biāo)高及基坑承載力無(wú)誤并經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)后，進(jìn)行墊層施工。

②模板安裝

使用定型鋼模，面板厚1.5 mm，測(cè)量定線后按照擋墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸安裝、調(diào)試到位加固。

③混凝土的澆筑

C20混凝土澆筑前，應(yīng)對(duì)支架、模板和預(yù)埋件進(jìn)行檢查并做好記錄。砼養(yǎng)護(hù)主要是保證砼表面的濕潤(rùn)，控制砼內(nèi)外溫差，防止砼表面產(chǎn)生裂縫。砼強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以上，且其表面及棱角不因拆模而受損時(shí)，可進(jìn)行拆模施工，在拆模時(shí)不要損壞砼，正面模板主要采用整體移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中注意模板的穩(wěn)定性、安全性，保證施工安全。

④沉降縫施工

沉降縫按設(shè)計(jì)布設(shè)于基礎(chǔ)錯(cuò)臺(tái)處、分段處及與結(jié)構(gòu)相接處，沉降縫按縱斷面設(shè)計(jì)分段長(zhǎng)度預(yù)留，縫寬2 cm。

⑤泄水孔施工

泄水孔的施工要根據(jù)交底在適當(dāng)?shù)奈恢妙A(yù)留，采用Φ50 mmpvc管，泄水孔的橫坡為1.0%。

2.6 左線超前管棚施工

導(dǎo)洞貫通后接通風(fēng)、水管及動(dòng)力電纜至出口掌子面，修路與原地面順接，填筑一塊長(zhǎng)10～15 m的作業(yè)平臺(tái)。將40 m長(zhǎng)管棚材料及施工設(shè)備由路基運(yùn)送到隧道掌子面，按照40 m長(zhǎng)管棚施工工藝完成左、右洞大管棚施工，施工工序：測(cè)量定位 — 管棚套拱施工 — 管棚鉆孔，安裝Φ108X8 mm鋼管 — 管棚注漿。

2.7 套拱施工

管棚施工前應(yīng)先施工套拱，利用套拱進(jìn)行導(dǎo)向，同時(shí)借助混凝土套拱穩(wěn)定仰坡面山體。為了加快施工進(jìn)度對(duì)套拱砼提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)采用C30砼。套拱混凝土達(dá)到85%強(qiáng)度時(shí)，方可實(shí)施管棚鉆孔工作。

工字鋼架設(shè)好之后，精確測(cè)量導(dǎo)向管的位置，導(dǎo)向管采用Φ133×4 mm的鋼管，環(huán)向間距40 cm，長(zhǎng)度2 m。導(dǎo)向管用Φ14的鋼筋焊接固定在鋼拱架上。

當(dāng)明暗交界點(diǎn)處外套拱骨架安裝完畢，導(dǎo)向管定位后，澆筑一層60 cm厚的C25混凝土套拱形成襯砌套拱。套拱澆筑采用鋼格柵作為內(nèi)支撐，木模板作為底模，澆筑厚度60 cm，縱向長(zhǎng)度2.0 m。

2.8 鉆孔、頂管、注漿

為保證成孔質(zhì)量，防止鄰孔鉆進(jìn)時(shí)前面的成孔坍塌，鉆孔間隔進(jìn)行。先鉆奇數(shù)孔，后鉆偶數(shù)孔。奇數(shù)孔成孔后及時(shí)安裝鋼花管或無(wú)孔鋼管，壓注水泥漿。偶數(shù)孔成孔后也必須立即安裝鋼管，防止塌孔，同時(shí)偶數(shù)孔的施工一方面可以檢查奇數(shù)孔注漿質(zhì)量，另一方面也可以進(jìn)行補(bǔ)充注漿，提高注漿加固圍巖的效果。

鋼管采用4.0 m和6.0 m兩種規(guī)格，奇數(shù)孔首根4.0 m，偶數(shù)孔首根6.0 m，其余的均為6.0 m，以避免鋼管接頭在同一斷面上。鋼管采用絲扣連接。

2.9 右線左側(cè)大邊墻施工

陳金頂隧道右線左側(cè)大邊墻設(shè)置在緊靠初支砼邊上，YK0+452 ～ YK0+458段墻高10.3 m；YK0+458 ～ YK0+464段墻高14 m；YK0+464 ～ YK0+473段墻高16.5 m；YK0+473 ～ YK0+479段墻高18 m；靠線路中心線一側(cè)縱向間距1 m布設(shè)I18工字鋼，從上向下布置Φ22鋼筋拉桿，間距2 m。

擋墻基底土質(zhì)為中風(fēng)化混合巖，設(shè)計(jì)要求地基承載力≥500 KPa，現(xiàn)場(chǎng)觸探試驗(yàn)如承載力不合格，在原地面以下5米采用Φ42*4 mm的注漿小導(dǎo)管注漿加固基礎(chǔ)，L=4.5 m@1.2x1.2 m布置，水泥漿水灰比1：1，注漿壓力控制在0.5 ～ 1 MPa。

擋墻墻身采用C20砼澆筑，按照一般重力式擋土墻施工工序進(jìn)行澆筑、養(yǎng)護(hù)。分段設(shè)置2 cm沉降縫，按照施工規(guī)范在距離原地面0.5 m以上按照間距2×2 m梅花形布置Φ50 mm泄水孔。

2.10 洞頂水泥混合土回填

隧道洞頂偏壓段采用8%水泥混合土回填，設(shè)計(jì)R28抗壓強(qiáng)度=2.0 MPa，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)試驗(yàn)室批復(fù)為準(zhǔn)。

2.11 右洞超前管棚施工

按照左線超前管棚施工工藝施做右洞40 m長(zhǎng)管棚。

2.12 左、右洞開(kāi)挖支護(hù)

左線由出口端按照設(shè)計(jì)XS-Va分臺(tái)階開(kāi)挖、支護(hù)，右洞同時(shí)按照設(shè)計(jì)施工。

2.13 隧道全部貫通

左線先行貫通后，開(kāi)挖明洞段施做明洞段仰拱及二襯，接著右線隧道貫通。隧道施工過(guò)程中安排1～2人24小時(shí)進(jìn)行巡視，并做好日常巡查記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)與隧道負(fù)責(zé)人聯(lián)系，隧道內(nèi)有較大裂縫、劇烈沉降、較大涌泥涌水等現(xiàn)象，第一時(shí)間指揮隧道內(nèi)作業(yè)人員撤離到安全地段。

3 應(yīng)用證明

陳金頂隧道出洞方案切實(shí)可行，保證了隧道出洞和洞口偏壓處理施工安全，于2014年11月份完成業(yè)主下達(dá)的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，獲得全線標(biāo)桿工程稱號(hào)。隧道洞口淺埋破碎段預(yù)壓平衡綜合技術(shù)的實(shí)施，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為今后隧道洞口偏壓施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。