公路隧道工程中淺埋地段的施工技術(shù)分析

李崢嶸LI Zheng-rong

（保利長大工程有限公司，廣州 510000）

0 引言

開展高速公路施工過程中，經(jīng)常會遭遇隧道洞口淺埋段情況，由于淺埋段所處區(qū)域地質(zhì)條件比較差，如不能采用恰當加固、開挖技術(shù)進行操作，就極容易發(fā)生失穩(wěn)、塌陷等情況，對高速公路施工順利及質(zhì)量帶來極大影響，這就要求全面細致掌握隧道洞口淺埋段具體狀況，然后結(jié)合所掌握信息對淺埋段施工技術(shù)進行科學合理選擇，并在實際運用中嚴格把控工藝操作要點，在順利達成高速公路淺埋段施工目標的同時，隧洞洞口安全性和穩(wěn)定性也能得到有力保障。

1 工程概況

某隧道為中長型隧道，ZK14+590—ZK15+687 為左線，長1 097m，K14+571—K15+676 為右線，長1 105m。洞門采用了端墻式結(jié)構(gòu)，為了保證隧道的穩(wěn)定性和安全性，需在洞口設(shè)置長36m 的大管棚。隧道所處地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，斷面凈空面達82.8～141.7m2，Ⅲ級圍巖占整個隧道的21%。

2 施工技術(shù)

2.1 施工流程

淺埋段隧道的覆蓋層大部分是黃土與風化巖石，而巖石的裂隙紋理較為發(fā)育，自穩(wěn)性能比較差。為了能夠保證隧道的安全開挖，嚴格控制隧道圍巖擾動現(xiàn)象，經(jīng)過研究、論證確定選擇三臺階七步開挖方式，實施分部式開挖與支護。隧道開挖斷面一共劃分成3 個臺階，包含了7 個開挖面，首先從拱部、后邊墻以及核心土位置進行開挖，然后實施仰拱開挖。各斷面采用交錯施工模式，且開挖后及時支護。為了能夠確保開挖后隧道結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，應(yīng)嚴格貫徹短進尺與快循環(huán)基本原則，最大程度上縮短循環(huán)時間，實現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)作業(yè)，有效控制隧道土體擾動。此外，施工時預(yù)留核心土能夠用于支擋隧道臨空面，當上臺階開挖作業(yè)完成之后，則開始實施中臺階、下臺階以及核心土開挖，以確保安全施工。

2.2 施工方案的確定

在進行施工之前，一定要嚴格按照施工的要求確定施工的方案。施工的過程中，對施工的具體流程進行優(yōu)化，如果隧道的洞口和原來的設(shè)計有較大的變化，以“圍巖”為例，這樣的情況下，需要填土。隧道壁的自身穩(wěn)定性比較弱，而隧道的掌面施工過程中，高速公路的水溝下方會出現(xiàn)冒頂?shù)膯栴}，常用施工設(shè)計中通常會從采用超前支護的方法，采用超前小導(dǎo)管，但是這樣的施工沒有辦法保障施工的安全性和高速公路的運營安全。按照交通運輸指揮部門的文件要求，施工過程中，主要采用的方案是鋼筋混凝土蓋板代替路面結(jié)構(gòu)+大管棚超前支護+隧道暗挖施工。隧道下穿高速公路的工程施工，施工設(shè)計方案是工程開展的前提，只有保障施工計劃的可行性和安全性，施工才可以順利開展。所以在施工前提，施工單位一定要確定施工方案，避免后期因為施工方案影響進程。

2.3 隧道的支護和暗挖

隧道施工過程中時常采用暗挖的設(shè)計方案，一般采用的方式都是洞內(nèi)注漿加固和超前大管棚結(jié)合。設(shè)置大棚管的時候，要測量其長度。長度通常在30m 左右，其環(huán)向間距為30cm，縱向間距為6m。如果是小導(dǎo)管，其長度基本在6m 左右，環(huán)向間距需要保持在30cm，縱向間距在2m 左右。施工過程中設(shè)置小導(dǎo)管，主要作用是為了加固大棚管下切割土體。隧道在開挖的過程中，一般會采用雙壁導(dǎo)坑法，施工的過程中可以采用雙層鋼架的支護模式，這樣可以避免隧道拱頂?shù)母采w層受到影響。

3 淺埋段施工

3.1 施工方案的確定

在進行施工之前，一定要嚴格按照施工的要求確定施工的方案。施工的過程中，對施工的具體流程進行優(yōu)化，如果隧道的洞口和原來的設(shè)計有較大的變化，以“圍巖”為例，這樣的情況下，需要填土。隧道壁的自身穩(wěn)定性比較比較弱，而隧道的掌面施工過程中，高速公路的水溝下方會出現(xiàn)冒頂?shù)膯栴}，常用施工設(shè)計中通常會從采用超前支護的方法，采用超前小導(dǎo)管，但是這樣的施工沒有辦法保障施工的安全性和高速公路的運營安全。按照交通運輸指揮部門的文件要求，施工過程中，主要采用的方案是鋼筋混凝土蓋板代替路面結(jié)構(gòu)+大管棚超前支護+隧道暗挖施工。隧道下穿高速公路的工程施工，施工設(shè)計方案是工程開展的前提，只有保障施工計劃的可行性和安全性，施工才可以順利開展。所以在施工前提，施工單位一定要確定施工方案，避免后期因為施工方案影響進程。

3.2 預(yù)注漿技術(shù)

針對隧道洞口出現(xiàn)的圍巖穩(wěn)定性較差情況，就要采用恰當加固技術(shù)進行處理，在保障施工安全性的同時，增強圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實際操作中，對預(yù)注漿技術(shù)進行運用，需要遵循以下工藝流程進行作業(yè)：

①頂部開挖，先對隧道洞口頂部進行開挖作業(yè)，使其成為高速公路隧道的拱殼，操作時要注意保證施工結(jié)構(gòu)完整；

仿篇也稱全仿，是學生從閱讀向獨立寫作轉(zhuǎn)化的一種有效的訓(xùn)練手段。借助范文指導(dǎo)學生進行仿寫能激發(fā)學生寫作興趣，提高寫作能力，發(fā)展創(chuàng)新思維。如小詩《誰和誰好》非常有童趣，學生也讀得熱火朝天，搖頭晃腦，不亦樂乎。這是一篇練習仿寫的好題材，也是一個仿寫的好時機，因此，教師可以設(shè)計這樣的小練筆：相信同學們也能寫出這樣的小詩，大家也來試一試吧。一石激起千層浪，學生的智慧火花瞬間被點亮：

②地表注漿，采用全孔注漿工藝進行洞口地表注漿作業(yè)，可以切實解決地表塌陷問題，并且為保證注漿施工質(zhì)量，操作時最好使用分段式方法，考慮到注漿區(qū)域施工難度比較大，就可以將帷幕注漿法融入其中，通過在地面挖出2~2.5m 左右，使用漿墻對洞口進行澆筑，然后對注漿孔進行全部封閉，并使用混凝土進行加固，使之呈現(xiàn)出環(huán)形向外狀態(tài)；

③布置孔，待地表注漿施工完畢后，就要在工作面上對孔進行設(shè)置，操作時可以采用梅花形式進行設(shè)置，長度要控制在2.5m 以內(nèi)，并且開展鉆孔作業(yè)要注意保護挖面穩(wěn)定性，最終巖土深度和注漿面高度也要保持高。

3.3 洞口土方和錨網(wǎng)噴的施工

施工過程中要提前對洞口土方進行刷坡處理。為了防止雨水沖刷洞口坡面，在施工時需先對邊仰坡放線，之后在坡頂設(shè)置截水溝，按照從上到下的順序分層坡度開挖，同時做好防護工作。在工具的選擇上，利用風鉆機對軟石打眼，利用挖掘機開挖土方。根據(jù)土石穩(wěn)定性進一步確定坡度，如果有需要應(yīng)設(shè)置分級臺階，同時選取合適的位置設(shè)置好位移和沉降觀測點，以便順利地觀測邊坡。開挖邊仰坡過程中，可以利用錨網(wǎng)噴封閉暴露的圍巖，在此之前需預(yù)留出梅花形疏水孔，利用鉆孔直徑為50mm、長3.5m的風鉆機進行鉆孔。清理好鉆孔后插入直徑為50mm 的PVC 管，同時保證有10cm 處于外部?；炷潦┕ず箝_展錨管施工工作，該工序中，選取長3m、直徑為42mm 的無縫鋼管，尾端安裝墊板后在鋼管上鉆溢漿孔。錨管按梅花形布置，需保持1.5m×1.5m 的間距。鋼筋網(wǎng)尺寸為20cm×20cm，原料為直徑8mm 的鋼筋。

3.4 超前支護技術(shù)

3.4.1 管棚施工工藝

管棚施工主要工序有施作套拱；搭鉆孔平臺、安裝鉆機；鉆孔；清孔、驗孔；安裝管棚鋼管；注漿。工序技術(shù)要求高，工藝復(fù)雜，施工工藝詳見圖1。

圖1 管棚施工工藝

3.4.1.1 擴挖管棚工作室

由于大管棚是在洞內(nèi)施作，為保證大管棚施工的空間，需要開辟大管棚工作區(qū)域。按單節(jié)導(dǎo)管長6m，鉆機機身及主動鉆桿共2.0m，則工作室的長度應(yīng)為800cm，擴挖較設(shè)計圖相比，需要設(shè)計斷面大58cm（見圖2），因此在擴挖工作區(qū)域后，管棚的外插角度宜平緩，控制在1°以內(nèi)即可。

圖2 管棚工作室施工示意圖

工作區(qū)域開挖、支護完成后，繼續(xù)向前開挖2 榀比設(shè)計斷面大25cm 左右的斷面，盡快初噴，封閉掌子面，噴射的厚度為4cm，形成止?jié){墻，架設(shè)鋼架，使用全站儀采用極坐標法、放樣法，在工字鋼架上繪制出其平面位置；用水準尺配合坡度板設(shè)定孔口管的傾角；用前后差距法設(shè)定導(dǎo)向管的外插角，將導(dǎo)向管焊接在鋼架上。導(dǎo)向管與鋼架之間的差距可通過鋼墊板實現(xiàn)調(diào)節(jié)。保證焊接的牢固性，使鋼架與導(dǎo)向管形成整體，并迅速噴射混凝土形成套拱。導(dǎo)向管長度1m，采用外徑146mm、壁厚5mm 熱扎無縫鋼管。

3.4.1.3 鉆孔

①為了便于安裝鋼管，采用直徑φ127mm 的鉆頭。

②地質(zhì)較好的情況下可以一次成孔；鉆進時產(chǎn)生坍孔、卡鉆，需補注漿后再鉆進。

③鉆機開鉆時，可采用低速低壓的方式，待成孔1.0m后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風壓。

④鉆進過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機鉆進的情況及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。

⑤鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。

⑥認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質(zhì)判斷、描述。開挖洞身的地質(zhì)預(yù)探預(yù)報作為指導(dǎo)洞身開挖的依據(jù)。

3.4.1.4 清孔驗孔

①用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭（φ127mm）進行來回掃孔，清除浮渣至孔底，確?？讖健⒖咨罘弦?，防止堵孔。

②用高壓氣清理鉆渣。

③用全站儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

3.4.2 安裝管棚鋼管

①鋼管應(yīng)在專用的管床，上加工好絲扣，棚管四周鉆φ8 出漿孔（靠掌子面4~5m 的棚管不鉆孔）；管頭焊成圓錐形，便于入孔。

②棚管頂進采用大孔引導(dǎo)和棚管機鉆進相結(jié)合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導(dǎo)孔（φ127mm），然后可用10t 以上卷揚機配合滑輪組反壓頂進；也可利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管。

③接長鋼管應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯開。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。

3.5 開挖掘進

為了減少施工對城市交通造成的影響，充分利用地面設(shè)備開挖功能，在保障安全的前提下，采用地面+設(shè)備聯(lián)合開挖作業(yè)模式。在地面+設(shè)備聯(lián)合開挖作業(yè)模式下，一體機前部地面預(yù)留大型挖機作業(yè)空間，前盾內(nèi)的升降平臺上配置小型挖機。對于Ⅳ級和Ⅴ級軟弱圍巖，一般采取預(yù)留核心圖臺階法。該方法需設(shè)置3～5m 的臺階，利用風鉆機鉆孔弱爆破的方式開挖上臺階，采用預(yù)留核心圖臺階法開挖下臺階。開挖工作面則利用弱爆破的方法，以0.8～1.5m 循環(huán)進尺。螺旋機轉(zhuǎn)運部分采用螺旋機將渣土運輸至渣斗，在螺旋機尾端設(shè)置兩個橫向并排布置的接渣斗，可交替裝渣實現(xiàn)連續(xù)垂直提升。垂直提升部分采用吊裝箱涵的汽車吊提升渣斗，不增加配置且可充分利用項目已有設(shè)備。在汽車吊作業(yè)時可在下面鋪墊厚鋼板防傾覆，鋼板實現(xiàn)交替使用，在無需加固路面條件下解決地面承載力問題。渣斗提升到地面后通過卸渣裝置架卸入渣土車內(nèi)。圖3 為預(yù)留核心土上下階施工示意圖。

圖3 預(yù)留核心土上下臺階施工示意圖

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著城市地鐵的不斷建設(shè)，淺埋暗挖技術(shù)在地鐵建造中得到了廣泛的應(yīng)用，在實際的開挖過程中需要全面分析和控制施工安全風險，建立安全風險管理制度，針對現(xiàn)階段出現(xiàn)的問題，從組織、管理等方面進行控制，以此降低施工中的安全風險隱患，提升地鐵建設(shè)的質(zhì)量，實現(xiàn)施工企業(yè)綜合經(jīng)濟效益的最大化。社會不斷發(fā)展的過程中，隧道下穿越高速公路工程的數(shù)量越來越多。為保障交通的安全性，對于施工水平的要求不斷提高。這不僅影響了隧道工程的質(zhì)量，也關(guān)系到高速公路的運用安全。所以施工的過程中，相關(guān)單位必須要對對隧道工程進行仔細的考察，在全方位的考慮之下制定科學的實施方案。施工的過程中，一定要根據(jù)遵循施工計劃，按照施工要求進行。