大跨度淺埋土質(zhì)隧洞施工技術(shù)

溫東北

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州311122）

1 工程概況

該工程施工巷道0-139～0±000段為淺埋洞段，且位于地下水位以下，巷道上方覆蓋層主要由第四系全風(fēng)化花崗巖殘積砂質(zhì)黏性土組成，自穩(wěn)能力差。地表地形屬波狀平原及濱海地帶，剝蝕殘丘地形，地面標(biāo)高+5～+11m，地下水水位高程在+5m，為孔隙潛水。巷道埋深為11～15m。經(jīng)過詳勘，巷道0-139～0-063段為半土半巖石洞段，0-063～0+000段為全土洞段。

2 主要施工技術(shù)

2.1 洞口邊坡開挖

從地表到約0.00m高程范圍為花崗巖風(fēng)化殘坡積土，夾直徑1～2m的孤石，土層厚度達(dá)10～15m。土方采用挖掘機(jī)分層開挖，每層高度控制在3m，人工輔助修整邊坡，開挖料自卸車直接拉運(yùn)到表土堆存場。孤石采用手風(fēng)鉆造孔，爆破解小后拉走。地下水位線以下土層含水量增加，施工便道泥濘，難以成型。

2.2 套拱施工

由于洞口段為半土半巖石斷面，在管棚施工前要在洞口位置澆筑一道混凝土套拱作為管棚的起始支點(diǎn)。套拱又稱導(dǎo)向墻，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)計長4m，厚0.6m，套拱內(nèi)徑和開挖洞徑一致。套拱在洞軸線方向一次澆筑成型，分上下半洞2次澆筑，第一次澆筑至拱腳以下2.5m。這樣既可以降低腳手架高度，也可減少一次管棚的施工數(shù)量。為了保證套拱基礎(chǔ)承載力，底部澆筑素混凝土基礎(chǔ)。管棚的導(dǎo)向管采用φ168mmPVC管，測量放線后，按照位置固定在套拱的雙層鋼筋中。套拱倉位準(zhǔn)備好后，開始澆筑混凝土，混凝土采用兩側(cè)同時上升下料方式，澆筑層厚控制在40cm以下，澆筑速度不宜太快，拱腳以下澆筑時間控制在6h以上，以保證澆筑面不出現(xiàn)初凝為準(zhǔn)。澆筑成型后支架及模板暫時不予拆除。

2.3 地表加固及預(yù)注漿處理

由于洞室上部覆蓋層為沙質(zhì)殘積土，含水量高，自穩(wěn)能力差，在開挖前須進(jìn)行加固和預(yù)注漿處理。其原理為通過鉆孔，下鋼管后進(jìn)行有壓注漿，使水泥漿液充填至覆蓋土層的裂隙中，經(jīng)過滲透、劈裂、壓實(shí)等作用提高土層的自穩(wěn)強(qiáng)度和防滲性，有利于下方洞室開挖是成型。

2.4 洞室開挖支護(hù)

開挖采用“三臺階七步法”施工工序，所謂“三臺階”即整個隧洞分為上、中、下3個臺階，在每一層開挖又分為幾個步驟，3層共有7個步驟。施工順序?yàn)椤伴_挖上層第一步→做第一步的初期支護(hù)→交錯開挖中層二、三步→初期支護(hù)中層二、三步→第一、二、三步立鋼拱架、錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土至設(shè)計厚度→滯后一個臺階交錯開挖第四、五步→第四、五步初噴、立鋼拱架、錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土至設(shè)計厚度→開挖第六步（核心土）→開挖第七步（全土洞段仰拱開挖）→仰拱鋼拱架、拱圈混凝土澆筑→仰拱回填混凝土施工”。土洞段采用小挖掘機(jī)人工配合開挖，遇到石方采用鉆爆破法施工。第一步～第五步每循環(huán)控制在0.5～1m，第六步、第七步循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5～2m。“三臺階七步法”開挖施工臺階之間錯開1～2個步距，中間留核心土。掌子面開挖暴露出來后及時進(jìn)行噴混凝土封閉，遇到有地下滲水部位進(jìn)行引排或進(jìn)行灌漿處理。采用該施工方法，月進(jìn)尺可以達(dá)到在25～30m。

2.5 仰拱施工

為有效控制變形，仰拱施工滯后開挖掌子面的間距不宜超過35m。仰拱開挖結(jié)束后對建基面噴5cm混凝土進(jìn)行封閉，然后將加工成型的鋼拱架與上部已經(jīng)施工好的鋼拱架相連，連接方式為螺旋加焊接。驗(yàn)收合格后澆筑混凝土，等仰拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后，方可進(jìn)行仰拱填充施工。

2.6 二次襯砌

仰拱施工結(jié)束后，具備所需施工空間后，即可進(jìn)行混凝土二次襯砌。設(shè)計襯砌的部位為邊頂拱，厚50cm的C25鋼筋混凝土，底板為混凝土路面結(jié)構(gòu)。襯砌采用鋼模臺車一次澆筑成型，每段澆筑長度為6m。主要施工程序?yàn)椋旱装逭移綄踊炷翝仓厜A(chǔ)混凝土施工→鋼筋臺車就位→鋼筋制安驗(yàn)收→鋼模臺車就位→按照堵頭模板、止水帶等→倉位清理驗(yàn)收→澆筑混凝土→模板拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)。

3 經(jīng)驗(yàn)及建議

該工程按照預(yù)先制訂的技術(shù)方案施工，最后順利通過淺埋土洞段。施工過程中積累了一些經(jīng)驗(yàn)，也遇到一些異常情況，給施工造成一定的困難，最終都通過采取一定的方法得到了解決，無論是經(jīng)驗(yàn)還是教訓(xùn)，在這里總結(jié)一下，為類似工程提供一點(diǎn)借鑒。

3.1 預(yù)留變形空間

設(shè)計開挖的斷面尺寸及混凝土襯砌沒有考慮開挖后圍巖變形，如果按照設(shè)計邊線進(jìn)行測量放線和開挖，在開挖后由于上部覆蓋層變形影響，隧道內(nèi)的凈空尺寸變小，影響了二次襯砌的結(jié)構(gòu)。本工程變形最大部位達(dá)到25cm，二襯混凝土厚50cm，由于變形的影響，使二襯混凝土厚度無法滿足設(shè)計要求。后來采取鑿除部分噴射混凝土，提高混凝土標(biāo)號等方式進(jìn)行了調(diào)整。根據(jù)本工程的施工經(jīng)驗(yàn)，建議全土方洞段，預(yù)留變形量15～25cm，其中頂拱部位預(yù)留多于邊墻部位，土石方洞混合洞段量10～15cm。當(dāng)頂部覆蓋層石方厚度達(dá)到2倍洞徑以上時可以不考慮預(yù)留變形量[1]。

3.2 超期小導(dǎo)管施工材料及工藝改進(jìn)

目前，超前小導(dǎo)管主要用于破碎巖石或者強(qiáng)風(fēng)化部位，通過小導(dǎo)管本身的強(qiáng)度及對破碎圍巖的灌漿固結(jié)形成棚護(hù)作用而提高圍巖的自穩(wěn)性。傳統(tǒng)意義上小導(dǎo)管采用中空小鋼管，上設(shè)置有小孔用于灌漿。但是在全土層中，尤其是地下水豐富的部位，存在成孔和安裝困難，注漿時跑漏漿嚴(yán)重，壓力無法上升，導(dǎo)致漿液不能均勻擴(kuò)散在小導(dǎo)管周圍對圍巖進(jìn)行加固等問題?？紤]到成孔難、安裝難的特點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)可以將小導(dǎo)管改為中空錨桿，造孔、安裝一步到位，并且提高工效。

3.3 開挖后的圍巖面及時封閉

開挖后圍巖面必須及時進(jìn)行噴混凝土封閉。一般采用噴射素混凝土進(jìn)行封閉，土質(zhì)圍巖采用干噴法比較合適，適當(dāng)增加速凝劑的摻量，縮短混凝土的初凝時間，該工作一般在開挖后2h內(nèi)完成。如果圍巖面有滲水，在對滲水進(jìn)行引排后，應(yīng)立即進(jìn)行封閉，必要時噴混凝土可以摻入水玻璃，達(dá)到迅速凝固的效果。初噴以后，立即進(jìn)行鋼拱架的安裝及錨桿施工，驗(yàn)收合格后進(jìn)行第二次噴混凝土封閉。從開挖結(jié)束到第二次封閉完成時間控制在12h內(nèi)。圍巖面開挖后迅速封閉可以防止掉塊、滑塌、坍塌等現(xiàn)象，對洞室的安全穩(wěn)定有至關(guān)重要的作用。

3.4 機(jī)械化程度有待提高

采用“三臺階七步法施工”，工序復(fù)雜、涉及的工種多，并且工序轉(zhuǎn)換頻繁、作業(yè)空間狹小。大的機(jī)械設(shè)備無法施展，又沒有適宜的小型設(shè)備。不少作業(yè)依靠人工完成，不但工作效率低，而且存在安全隱患。特別是初期支護(hù)的錨桿安裝、鋼拱架安裝等工序，勞動強(qiáng)度特別大，施工效率低下，作業(yè)人員直接貼近開挖掌子面，作業(yè)時間較長，存在較大安全隱患。目前，國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)在研制拱架安裝臺車來代替大部分人工工序，同時機(jī)械手的開發(fā)使用也將代替部分人工，期待這些新型設(shè)備早日能運(yùn)用到工程中，充分體現(xiàn)“以人為本”的理念。