米屯壩隧道工程下穿淺埋段施工技術(shù)研究

羅磊

（中國水利水電第十二工程局有限公司 浙江杭州 310004）

由于地下隧道淺埋段施工受地質(zhì)條件等多種因素影響，因此在具體工程建設(shè)中應(yīng)制訂合理的施工計(jì)劃，并根據(jù)工程建設(shè)需要，分階段進(jìn)行［1］。在施工中，應(yīng)盡量降低隧道上方路面和周圍環(huán)境因素造成的影響，并做好前期調(diào)查，確保淺埋區(qū)施工工作的順利進(jìn)行。

1 工程概況

米屯壩隧道為雙洞分離式隧道，全長平均1202.5m，其中左洞（ZK82+500～ZK83+687）長1187m，右洞（ZK82+495～ZK83+713）長1218m。單洞寬度10.25m，隧道建筑限界凈高5m，設(shè)計(jì)速度為80km/h。其中右幅（K83+292～K83+340）洞頂最大埋深約24.4m，左幅（ZK83+300～ZK83+358）洞頂最大埋深約20.0m，均穿丘陵間坡洪積溝谷，溝谷淺部分布坡洪積含黏性土角礫，厚約3～5m，下層巖體為中風(fēng)化，巖體較破碎，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查兩側(cè)最小埋深3.81m，屬于淺埋段施工。

2 隧道右幅（K83+292～K83+340）、左幅（ZK83+300～ZK83+358）淺埋段施工

2.1 設(shè)計(jì)施工參數(shù)

該段按照Ⅴ級(jí)圍巖設(shè)計(jì)，開挖方式采用預(yù)留核心土，支護(hù)形式SA5b。從內(nèi)至外分別是：45cm 厚模澆筑鋼筋混凝土二次襯砌；EVA 防水板厚1.0mm；400g/m2土工布；間距50cm的16號(hào)工字鋼拱架；25cm厚C25噴射混凝土加直徑6cm 鋼筋焊接網(wǎng)（15cm×15cm）；直徑25mm×5mm 先錨灌漿式中空注漿錨桿，長度3.5m，環(huán)縱間距0.1m×0.5m；超前注漿小導(dǎo)管直徑42mm×4mm。

2.2 施工過程

隧道ZK83+341在進(jìn)行上臺(tái)階弧形開挖作業(yè)后，隧道頂拱出現(xiàn)坍塌，塌方區(qū)形成約4.5m×2.5m的空腔，坍塌巖體較濕、塌方體頂部有小水柱下流，經(jīng)估測(cè)頂部未坍塌巖體厚度約為3m。塌方堆積體為褐黃色強(qiáng)風(fēng)化巖體，夾有少量黃色泥土［2］。

塌方后項(xiàng)目部立即組織對(duì)塌方情況進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)；測(cè)量塌方處隧道最小埋深3.8m 左右，ZK83+339 之前初支面沉降及變形未有明顯變化，ZK83+339～ZK83+340初期支護(hù)工字鋼外表面混凝土因前部超前小導(dǎo)管被壓彎而部分被剝落。為防止坍塌范圍繼續(xù)擴(kuò)大，項(xiàng)目部立即對(duì)掌子面進(jìn)行反壓至ZK83+333（8m）。第二天該區(qū)域再次發(fā)生塌方，出現(xiàn)冒頂，空腔繼續(xù)擴(kuò)大，地表塌陷一個(gè)約10m×10m的口子。

3 現(xiàn)場(chǎng)處理方法

事情發(fā)生后，參見各方對(duì)塌陷部位施工行為進(jìn)行調(diào)查，結(jié)論為超前支護(hù)措施、開挖工法、開挖步距、初期支護(hù)參數(shù)等均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。參建各方對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地查勘，并對(duì)事發(fā)原因進(jìn)行分析［3］。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道因地質(zhì)情況復(fù)雜，坍塌區(qū)域位于兩山之間溝谷最低處，溝谷淺部分布坡洪積含黏性土角礫，厚度約3～5m，測(cè)量塌方處隧道最小埋深約3.8m，因2022年3月26～28日連續(xù)陰雨導(dǎo)致溝谷形成明顯連續(xù)水流，由于覆蓋層薄及黏性土角礫隔水效果差、自穩(wěn)差，水流滲入隧道內(nèi)部引起地表塌陷冒頂。因此，初步認(rèn)定引起塌陷的原因有兩個(gè)：第一是山體覆蓋層很薄，且圍巖為破碎強(qiáng)風(fēng)化巖體；第二是近期連續(xù)陰雨，連續(xù)降雨導(dǎo)致山體淺層圍巖為雨水浸潤，處于飽和狀態(tài)，再加上局部圍巖裂隙，形成連續(xù)水流，導(dǎo)致坍塌［4］。

4 處理方案

4.1 塌方段塌陷口處理

現(xiàn)場(chǎng)勘查完后，參建各方對(duì)塌方處理方案進(jìn)行討論，結(jié)果如下。

（1）截排水處理。①在塌方體溝谷上游適當(dāng)部位設(shè)置截水壩，并將截水壩上游積水引排至塌陷坑下游適當(dāng)距離。②塌陷坑兩側(cè)邊坡山體在適當(dāng)部位做好截排水溝，引排至塌陷坑下游適當(dāng)距離，水溝采用10cm厚砂漿抹面。③塌陷坑頂部采用彩條布臨時(shí)遮蓋，防止雨天雨水侵入。

（2）洞內(nèi)掌子面封堵。洞內(nèi)掌子面反壓回填至拱頂ZK83+338處，回填坡率不大于1∶1，并預(yù)埋不少于3根泵送混凝土管。

（3）補(bǔ)打系統(tǒng)注漿小導(dǎo)管。在ZK83+332-ZK83+338 處，上臺(tái)階補(bǔ)打系統(tǒng)的小導(dǎo)管（Ф42mm、長4.5m）、間距0.5m×1m布置，并按要求進(jìn)行注漿。

（4）往塌陷坑泵送混凝土。往塌陷坑泵送C30 混凝土，最小層厚控制在1.5m，塌陷坑底層盡量布滿混凝土。

（5）超前小導(dǎo)管打設(shè)。在ZK83+338處往大里程方向打設(shè)兩排Ф42mm、長4.5m 的超前小導(dǎo)管，要求小導(dǎo)管端部固定在混凝土中不少于2m，小導(dǎo)管環(huán)向間距40cm。

（6）三臺(tái)階開挖。往大里程方向采用三臺(tái)階開挖方式，每次進(jìn)尺1 榀，每榀50cm。開挖過程中，用Ф 42mm、長4.5m的小導(dǎo)管對(duì)已回填混凝土層進(jìn)行加固，小導(dǎo)管端部固定在基巖上不少于2m，每米左右各4根，并按相關(guān)要求進(jìn)行注漿。

（7）ZK83+341～ZK83+361 范圍采用SA5a 類型襯砌，系統(tǒng)錨桿改成小導(dǎo)管，長度4.5m，二襯環(huán)向排水盲管加密至2m/道，即將穿越塌腔處打兩排超前小導(dǎo)管，穿透混凝土，并固定在圍巖上不少于2m。穿越塌腔后至ZK83+361采用雙排小導(dǎo)管加固。

（8）塌陷坑頂部回填。待塌陷區(qū)二襯施做完成，且強(qiáng)度達(dá)到70%后，對(duì)塌陷坑頂部采用山皮土回填。頂面50cm厚度范圍采用黏土回填并進(jìn)行壓實(shí)處理。

（9）塌陷區(qū)山體表面永久截排水。塌陷區(qū)上游及兩側(cè)應(yīng)增設(shè)永久截排水設(shè)施，具體形式結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地貌、截排水量綜合考慮而定。加強(qiáng)塌方處理段監(jiān)控量測(cè)，以6h 為循環(huán)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，并適時(shí)加密監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)［5］。

4.2 塌方段隧道洞內(nèi)施工

ZK83+332-ZK83+338 段的襯砌形式進(jìn)行調(diào)整從內(nèi)至外分別是50cm 厚模澆筑鋼筋混凝土二次襯砌、EVA 防水板厚1.0mm、400g/m2土工布、間距80cm 的18號(hào)工字鋼拱架、25cm 厚C25 噴射混凝土加直徑6cm 鋼筋焊接網(wǎng)（15cm×15cm）、長度4.0m 直徑42mm×4mm 注漿徑向小導(dǎo)管（縱橫間距0.5m×1.0m）；超前支護(hù)改為雙排超前小導(dǎo)管，采用長度4.0m，直徑42mm×4mm 注漿徑向小導(dǎo)管（縱橫間距0.5m×1.0m）。暗挖采用機(jī)械開挖，以減少隧道開挖對(duì)回填混凝土的護(hù)拱影響，同時(shí)每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為0.5m［6］。

4.2.1 注漿施工工藝

相關(guān)工作人員需根據(jù)設(shè)計(jì)圖中超前小導(dǎo)管位置應(yīng)用全站儀完成測(cè)量工作，并用紅油漆做好標(biāo)記。采用風(fēng)鉆保持設(shè)計(jì)外插角10°～15°進(jìn)行鉆孔，操作過程中應(yīng)注意孔深大于設(shè)計(jì)長度10cm，鉆孔直徑大于設(shè)計(jì)導(dǎo)管3～5mm。

（1）清孔驗(yàn)孔。

清孔應(yīng)保證浮渣清除至孔底，為防止堵孔情況出現(xiàn)，應(yīng)用地質(zhì)巖芯鉆配合鉆頭完成掃孔，并通過高壓風(fēng)對(duì)鉆渣進(jìn)行清理。掃孔結(jié)束后，需對(duì)孔深、外插角、傾角進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)通過經(jīng)緯儀、測(cè)斜儀完成。

（2）安裝超前小導(dǎo)管。

鉆孔結(jié)束后，為避免塌孔情況發(fā)生，需及時(shí)完成小導(dǎo)管安設(shè)。在安設(shè)過程中，需在管壁周圍交錯(cuò)布置鉆設(shè)間距為15cm 的φ6 花眼，進(jìn)而避免注漿漿液擴(kuò)散至圍巖。同時(shí)，小導(dǎo)管關(guān)端做好止?jié){閥，且尾部12cm 內(nèi)不可鉆設(shè)花眼，達(dá)到預(yù)防漏漿目的［7］。

（3）小導(dǎo)管注漿。

采取性能類似KBY50/70 型注漿泵完成小導(dǎo)管注漿過程，采用壓力—流量雙條件控制。注漿過程中應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)巖石裂隙、土壤滲透系數(shù)等實(shí)際情況決定注漿壓力及注漿量。

4.2.2 工字鋼拱架施工

依照設(shè)計(jì)圖在洞外完成18 號(hào)工字鋼架加工。洞內(nèi)需在架設(shè)工字鋼架前初噴射混凝土4cm，架設(shè)結(jié)束后再進(jìn)行混凝土噴射。設(shè)縱向連接筋保證環(huán)向間距0.8m 連接鋼拱架，并噴砼填平。針對(duì)鋼架和圍巖之間間隙過大的情況需設(shè)置墊塊后采取噴砼噴填。

4.2.3 噴射混凝土施工

（1）噴射混凝土施工藝。

網(wǎng)噴混凝土施工一般在該部位定型鋼筋網(wǎng)片施工完畢驗(yàn)收后進(jìn)行。施工程序?yàn)椤跋葒姷谝粚踊炷粒s4cm）→小導(dǎo)管施工（漿徑向小導(dǎo)管施工方法同超前小導(dǎo)管注漿）→鋼筋網(wǎng)片施工→再次施噴至設(shè)計(jì)厚度”。

本工程隧道采用TK961 型噴射機(jī)濕式噴射工藝。噴射施工前，對(duì)巖面進(jìn)行清理，噴射機(jī)安裝調(diào)試好后，先注水后通風(fēng)，清通管路，然后用高壓水沖洗受噴面。噴射順序：按先邊墻后頂拱的順序進(jìn)行噴射。噴層厚度控制：噴層厚度以埋設(shè)的鐵釘?shù)葮?biāo)志物以及通過隧道斷面自動(dòng)測(cè)量記錄儀來控制。

（2）滲漏水地段處理。

當(dāng)圍巖有大面積且滲漏量不大時(shí)，需采取高壓風(fēng)清掃后由遠(yuǎn)及近進(jìn)行混凝土噴射，為縮短終凝時(shí)間需臨時(shí)加大速凝劑參量，逐漸合攏噴射混凝土，水止住后按正常配合比噴射混凝土封閉。當(dāng)圍巖有集中滲水時(shí)，在噴混凝土前進(jìn)行刻槽，用塑料管將水引出，澆注混凝土塞，待該部位噴混凝土完畢，采用灌漿方法進(jìn)行綜合處理。不同情況及位置需設(shè)置不同排水方式，盲溝排水針對(duì)導(dǎo)水效果較差的含水層；截水圈排水設(shè)置于淋水處，在受噴面滴水部位埋設(shè)導(dǎo)管排水。

4.2.4 防水板安裝施工

防水板在初期支護(hù)基本穩(wěn)定并驗(yàn)收合格后進(jìn)行。

（1）鋪設(shè)準(zhǔn)備。

對(duì)隧道初期支護(hù)噴射混凝土表面進(jìn)行處理，切除錨桿頭和露頭鋼筋，并用細(xì)石混凝土抹平覆蓋，凹坑深寬比控制在1/10以內(nèi)，確保噴射混凝土表面平整，無尖銳棱角。防水板鋪設(shè)宜采用專用臺(tái)車鋪設(shè)。

（2）防水板鋪設(shè)。

①工藝：基面清理→無紡布?jí)|層施工→塑料墊片施工→防水板鋪掛。

②無紡布?jí)|層施工。第一，鋪設(shè)方法：在隧道拱頂縱中心線，使無紡布?jí)|層（400g/m2無紡?fù)凉げ迹┑臋M向中心線與噴射混凝土的縱向中心線相重合。第二， 將單層無紡布從拱頂部開始向兩側(cè)下垂鋪設(shè)，然后用專用射釘將無紡布固定在噴射混凝土上，專用熱熔襯墊和射釘按梅花形布置左右上下成行布置，拱部間距0.5～0.8m，邊墻0.8～1.0m，搭接寬度不小于50mm。

③1mm厚EVA防水板鋪設(shè) 。剪裁防水板長度，從拱頂部開始向兩側(cè)下垂鋪設(shè)，松緊適度。采用手動(dòng)電熱熔接器加熱，使防水板焊接在固定無紡布的專用熱熔襯墊上，焊接前除盡防水板表面的灰塵，焊縫接頭應(yīng)平整，不得有氣泡折皺及空隙。防水板搭接下部防水板壓上部防水板，接寬度須大于15cm。利用防水層接縫時(shí)留出的空腔做充氣檢查。

4.2.5 二次襯砌施工

（1）襯砌鋼筋。

根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)先扎外層環(huán)向定位鋼筋，用縱向筋將定位鋼筋連接后，以縱向筋作為其他環(huán)向筋安扎依據(jù)，扎完外層后再用相同方法安扎內(nèi)層鋼筋，并及時(shí)將內(nèi)外層鋼筋用蹬筋連接，電弧焊點(diǎn)焊，以加強(qiáng)整體剛度［8］。

（2）二襯混凝土。

二次襯砌采用C30 鋼筋混凝土，通過已灌筑段接頭處向未灌筑方向自下而上泵送混凝土入倉。混凝土澆筑過程中需對(duì)臺(tái)車上、中、下3 層窗口予以利用，并采取分層對(duì)稱澆筑方式。澆筑過程中注意澆筑速度并保證兩側(cè)澆筑面高度差距需小于50cm。同時(shí)，當(dāng)混凝土澆筑面已接近頂部（以高于模板臺(tái)車頂部為界限），需運(yùn)用退出式澆筑方式完成拱部澆筑并通過壓入式封頂。封頂階段需將排氣管安裝于預(yù)留注漿孔，同時(shí)將一端排氣管固定于模板臺(tái)車臺(tái)內(nèi)，另一端盡量靠近防水板頂部，盡可能順利排除空氣。當(dāng)澆筑過程中擋頭板上觀察孔有漿溢出說明混凝土已充滿倉內(nèi)，即可停止?jié)仓?，并疏通排氣管和撤出泵送軟管。為保證混凝土外部光滑，內(nèi)部密實(shí)，需安排專業(yè)人員混凝土用附著式振搗器和插入式振搗器聯(lián)合搗固。針對(duì)隧道襯砌起拱線以下的反弧部位等難點(diǎn)部位，為減少反弧段氣泡，應(yīng)有效控制混凝土性能、塌落度及搗固方法，改善襯砌混凝土表面質(zhì)量。

（3）拆模。

當(dāng)襯砌施作時(shí)間提前，拱、墻承受有圍巖壓力應(yīng)維持施工設(shè)計(jì)規(guī)劃的原樣條件，其封頂和封口的混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上。

（4）砼養(yǎng)護(hù)。

洞身養(yǎng)護(hù)不少于7d。

5 結(jié)語

總之，在隧道洞口淺埋段施工中，必須對(duì)其進(jìn)行加固與開挖工藝的掌握，同時(shí)要對(duì)施工中的注意事項(xiàng)、具體操作步驟等進(jìn)行全面了解，才能保證隧道安全。在此基礎(chǔ)上，須對(duì)工程地質(zhì)條件、水文條件等進(jìn)行細(xì)致調(diào)查，并依據(jù)工程實(shí)際情況，采取相應(yīng)加固措施、開挖方式等，以達(dá)到工程建設(shè)要求。