隧道通過淺埋段施工方案及施工安全措施研究

張 兵

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

隧道工程施工難度大、安全隱患多，且由于丘陵地區(qū)普遍表現(xiàn)出巖體破碎的特點，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，若缺乏合適的施工技術(shù)及安全控制措施，則十分容易引發(fā)淺埋段坍塌等工程事故。因此，施工單位必須根據(jù)淺埋段的施工條件，制訂并實行科學(xué)合理的施工方案與安全措施。

1 工程概況

1.1 建設(shè)情況

人子石隧道位于廣東省梅州市梅江區(qū)城北鎮(zhèn)人子石自然保護區(qū)，進口位于梅江區(qū)城北鎮(zhèn)兼全村，出口位于梅江區(qū)城北鎮(zhèn)群益村，設(shè)計為分離式隧道。隧道起訖樁號左線ZK8+488～ZK9+400，長度912m；右線K8+480～K9+380，長度900m，呈東-西方向展布，穿越人子石自然保護區(qū)。進洞口設(shè)計標(biāo)高為192.2m，出洞口設(shè)計標(biāo)高為191m；隧道最大埋深約102.5m，屬淺埋中型隧道。

1.2 地質(zhì)水文條件

人子石隧道工程的主要地質(zhì)條件以強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和強-中風(fēng)化砂巖為主，條件欠佳，淺埋段位于山嶺沖溝處，圍巖自上而下為粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖，拱頂覆蓋層約13～27m。且該區(qū)域內(nèi)有斷裂構(gòu)造或破碎帶，洞頂覆蓋層深度可達27m，對應(yīng)地表位置又恰好位于其中一條沖溝進水口的位置，周邊土質(zhì)較疏松，在過往小里程施工過程中也曾遇有滑層現(xiàn)象，不利于淺埋段的施工。

2 施工技術(shù)方案

考慮上述地質(zhì)水文條件，施工單位在通過淺埋段施工方案的選擇上，因地制宜，最終以新奧法作為主要施工法，并設(shè)置復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，通過錨桿、鋼拱架等裝置的共同作用形成初期支護，同時配套長管棚等超前支護措施，以便增強圍巖的穩(wěn)定性，改善施工環(huán)境。不僅如此，施工單位在施工期間還加強了監(jiān)控量測，以更好地根據(jù)現(xiàn)場情況實施合理的二次襯砌施作。

考慮到該工程淺埋段施工條件欠佳，施工單位根據(jù)實際情況最終選擇以光面爆破為主要技術(shù)手段，施作初期支護來保證現(xiàn)場安全，提高通風(fēng)效率，并通過二次襯砌增強隧道穩(wěn)定性。另外，施工單位根據(jù)該工作思路確定具體的作業(yè)方式，進、出口端均以機械開挖為主，輔以人工鉆爆，而施工期間的出碴作業(yè)通過挖掘機配合裝載機的方式完成，形成開挖、支護、襯砌三條貫穿于隧道施工全程的作業(yè)線[1]。

3 具體施工方案

3.1 洞口施工

洞頂截水溝施工是重要的準(zhǔn)備工作，在刷邊坡與洞口施工時，要及時采取支護措施，以確保施工全程洞口段都可維持穩(wěn)定。洞口開挖作業(yè)兼顧長管棚的施工要求，于該處預(yù)留合適規(guī)格的作業(yè)平臺。

（1）洞頂截水溝施工。以M10漿砌片石為基礎(chǔ)材料，施作洞頂截水溝，此結(jié)構(gòu)的側(cè)墻及溝底兩部分采取相同的厚度控制標(biāo)準(zhǔn)，即30cm。同時，要考慮洞口邊、仰坡開挖線的具體位置，在與之相距至少5m的區(qū)域施作洞頂截水溝，并結(jié)合現(xiàn)場地形條件，在精準(zhǔn)測量后放出截水溝的邊線，再以此為基礎(chǔ)按照20m的間距控制標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)置適量斷面；而對于地形起伏處，則要縮小斷面的設(shè)置間距。人子石隧道截水溝大樣見圖1。

圖1 人子石隧道截水溝大樣圖（單位：cm）

（2）明洞開挖及邊仰坡防護。①洞口開挖：以挖掘機為主要施工設(shè)備，配備數(shù)名施工人員以便順利完成刷坡作業(yè)；開挖期間要充分考慮洞口的地形、地質(zhì)條件，秉承全面確保邊坡穩(wěn)定的原則，盡可能減少開挖擾動。②邊仰坡防護：按照由上至下的方式有序完成邊仰坡防護作業(yè)?，F(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜，對于山體滑坡等不良施工情況，需及時撤除人員和機具，視實際情況制訂應(yīng)急處治方案。洞口段施工中，一級邊坡和二級邊坡的坡度控制標(biāo)準(zhǔn)依次為1∶0.5、1∶0.75；對于仰坡的施工作業(yè)，則采取1∶0.75的坡度控制標(biāo)準(zhǔn)。邊仰坡支護參數(shù)見表1。

表1 邊仰坡支護參數(shù)表

（3）套拱及長管棚施工。套拱兩側(cè)拱腳基坑處均通過施工人員完成土方開挖作業(yè)，考慮石方開挖難度較大的特點，需采取小藥量弱爆破的方式。施工人員清理基底并檢測承載力，超過300kPa則滿足要求，否則要對套拱基礎(chǔ)采取加強處理措施，設(shè)置φ42mm×4mm注漿小導(dǎo)管，再澆筑套拱基礎(chǔ)，所用材料為C25混凝土。

檢驗套拱混凝土強度，在實測值達到標(biāo)準(zhǔn)并且完成側(cè)模和外模兩部分的拆除作業(yè)后，便可進入長管棚施工環(huán)節(jié)。超前長管棚的搭設(shè)作業(yè)選擇的規(guī)格為φ108mm×8mm的熱軋無縫鋼管，選擇3m、6m兩種長度的節(jié)段并交錯布設(shè)，再通過絲扣連接的方式形成整體。

3.2 隧道開挖

對于淺埋段的地勢問題，技術(shù)人員將人工鉆爆作為主要施工方法，但由于開挖作業(yè)工作量較大，因此采取了光面爆破和預(yù)裂爆破相結(jié)合的方式進行爆破作業(yè)。由于該地段V級圍巖段的特殊性，因此在該隧道工程中特采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法中的CD法，作為IV級圍巖主要施工方法。

3.3 初期支護施工

根據(jù)洞身襯砌的施工條件，以新奧法為主導(dǎo)，于該處施作復(fù)合襯砌。通過錨噴支護的方式形成初期支護結(jié)構(gòu)，再采取模筑混凝土襯砌的方式，以便作為隧道的二襯結(jié)構(gòu)。施工所用的小導(dǎo)管均選擇熱軋無縫鋼管，基本要求為外徑42mm、壁厚4mm、長4.5m，隧道施工中統(tǒng)一采取梅花形布置的原則，預(yù)留尾部1m，該處不設(shè)置壓漿孔。注漿施工所用材料均選擇水泥漿液，質(zhì)量要求為水灰比1∶1。

3.4 二襯及防排水施工

以監(jiān)控量測所得的位移量、現(xiàn)場圍巖等級等為基本依據(jù)，選擇合適的時間完成二次襯砌施工作業(yè)?？紤]到淺埋段的特殊性，在形成初期支護結(jié)構(gòu)后需及時組織二襯作業(yè)，全面確保施工安全。

襯砌施工中應(yīng)加強對材料質(zhì)量的控制，二襯施工以C30防水混凝土為宜；洞身以及各附屬洞室施工中，均要在襯砌背后設(shè)防水層，具體采取的是土工布+EVA防水板相結(jié)合的方式，構(gòu)成多重防水屏障，再布設(shè)適量排水盲管。施工現(xiàn)場的擾動因素較多，要保證透水盲溝運行順暢，預(yù)先設(shè)置的各排水孔道應(yīng)有效聯(lián)通，從而形成高效的排水系統(tǒng)，解決滲水、積水問題。

3.5 超前預(yù)報和監(jiān)控量測

準(zhǔn)確掌握施工現(xiàn)場地質(zhì)情況是順利施工作業(yè)的必要前提，因此要以開挖地段的地質(zhì)信息為依據(jù)，預(yù)測前方的地質(zhì)條件。該工程為中型隧道，在采取地質(zhì)雷達探測的同時還增設(shè)了潛孔鉆探的方式。

監(jiān)控量測工作中，重點圍繞圍巖周邊位移、拱頂下沉、圍巖內(nèi)部位移而展開。施工初期存在較為明顯的位移和下沉量變化特點，為保證監(jiān)控量測的準(zhǔn)確性，需適當(dāng)縮小量測斷面間距，以足夠準(zhǔn)確的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，調(diào)整施工工藝，發(fā)揮出其對施工作業(yè)的指導(dǎo)作用。

4 施工安全措施

該工程交工驗收時，質(zhì)量要達到交通部現(xiàn)行《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》及《公路工程竣（交）工驗收辦法》的要求，分項工程驗收合格率100%，確保綜合評分達到93分以上。且從質(zhì)量預(yù)控和動態(tài)控制、設(shè)備檢測試驗及測量儀器、隧道工程質(zhì)量以及不良地質(zhì)地段施工處理等方面，進行了相應(yīng)的質(zhì)量保證措施，并做了一定的施工安全管控，以保證該工程的順利進行。具體如下。

4.1 組建應(yīng)急指揮小組和制訂應(yīng)急預(yù)案

組建應(yīng)急指揮小組，對于施工中出現(xiàn)的險情，以項目總經(jīng)理為總指揮，發(fā)揮出書記的后勤保障作用，由總工在現(xiàn)場調(diào)度工作，小組內(nèi)的安置部長和施工作業(yè)隊長嚴(yán)格聽從指揮，多方協(xié)調(diào)，力爭在最短的時間內(nèi)化解險情[2]。

該工程地質(zhì)條件欠佳、拱部等受力條件特殊的結(jié)構(gòu)易發(fā)生坍塌，因此要結(jié)合實際情況編制塌方事故應(yīng)急預(yù)案。施工中將超前地質(zhì)預(yù)報落實到位，采取24h持續(xù)性監(jiān)測的方式。從圍巖塌方的發(fā)生機制來看，其反映的是量變逐步積累而發(fā)生質(zhì)變的動態(tài)過程，而量變是其中的主導(dǎo)因素，主要表現(xiàn)為工程地質(zhì)、水文方面的異常等，通過對此方面的監(jiān)測，可以為地質(zhì)預(yù)報提供重要的依據(jù)。

4.2 施工現(xiàn)場安全保障

施工現(xiàn)場布置全面規(guī)劃、合理安排，避開不良地質(zhì)地段，以利于施工生產(chǎn)，方便職工生活，符合防洪、防火、防雷擊等安全和衛(wèi)生要求，具備安全生產(chǎn)、文明施工的條件；現(xiàn)場各種材料分類碼放整齊穩(wěn)固，廢舊物品及時清理，以保持現(xiàn)場的整潔有序；炸藥庫、雷管庫遠(yuǎn)離生活區(qū)300m以上，并設(shè)警示牌，配電所外設(shè)圍欄，以確保安全，并合理布置排水溝，確保不妨礙現(xiàn)場交通；制訂應(yīng)急預(yù)案措施，并能在事故發(fā)生后迅速采取有效控制措施[3]。

4.3 技術(shù)措施保障

針對隧道淺埋段施工，嚴(yán)格遵循“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，施工中加強監(jiān)控量測，采用管棚、超前小導(dǎo)管、預(yù)注漿、弱爆破、強支護等形式保證施工的安全性及施工進度。

5 結(jié)束語

隧道淺埋段的地質(zhì)條件較差，需在開工前做好準(zhǔn)備工作。該工程實踐中通過加強地質(zhì)預(yù)報，遵循短進尺、弱爆破、強支護的原則，為人子石隧道淺埋段施工提供了安全的施工環(huán)境，并通過前期制訂的科學(xué)施工方案和后期相應(yīng)的安全管控措施，使該工程在安全、高效的情況下完成了施工作業(yè)，該方法值得同類工程借鑒。