興隆坪隧道超淺埋段施工方案研究

渠婭康

【摘?要】隧道埋深對開挖后隧道變形有著重要的影響。埋深的影響有雙重意義，一是有助于劃分深淺埋隧道，二是可以掌握隧道不同埋深條件的變形動態(tài)。淺埋與深埋相比，主要是難于形成承載拱，會出現(xiàn)拱頂下沉速度加快、地表下沉、開裂及掌子面不穩(wěn)定等現(xiàn)象。文章以興隆坪隧道超淺埋段為例，分析了幾種不同的施工方案，從中選出最優(yōu)施工方案，有利于提高隧道施工的安全性和經(jīng)濟性。

【關(guān)鍵詞】高鐵隧道工程;淺埋;施工方案

【中圖分類號】U455.4?【文獻標(biāo)識碼】A?【文章編號】1674-0688（2022）04-0066-03

0?引言

高鐵工程建設(shè)過程中淺埋隧道較為常見，這在一定程度上加大了高鐵工程建設(shè)的施工難度。如何選取最優(yōu)施工方案是企業(yè)需要考慮的重點問題，通過現(xiàn)場實際勘探，結(jié)合水文、地層、溫度、地貌等特征選擇合理的施工方案，提高隧道施工的安全性，并縮短施工周期，為企業(yè)贏得效益及市場占有率。

1 淺埋段施工方案

淺埋段隧道的危險源主要出現(xiàn)在拱頂，施工方案主要包括洞身暗挖和洞身明挖兩種。明挖工法適用于超淺埋段。暗挖工法主要是在傳統(tǒng)暗挖的基礎(chǔ)上增加了超前支護或地表加固措施。綜合分析明挖和暗挖這兩種工法的優(yōu)點，得出此方案主要適用于超淺埋段。

下面以D2K186+491.5興隆坪隧道超淺埋段（D2K187+

390～+440）的施工方案作為案例進行闡述。

1.1 工程概況

D2K186+491.5興隆坪隧道洞身最大埋設(shè)60?m，全隧共有兩段洞身淺埋段，具體情況如下：D2K185+340～+540段埋深1～18?m，D2K187+390～+440段埋深8～20?m，并且位于溝槽內(nèi)的水田，巖體裂隙發(fā)育，隧道涌水量大。其中，D2K185+340～+540段洞身有一段洞身開挖工法原設(shè)計采用明挖法，其里程樁號為D2K185+370～+445，其埋深為1～2?m，屬于超淺埋段。

1.2 超淺埋段的原設(shè)計方案

明洞開挖前先施作洞頂排水設(shè)施：首先設(shè)置天溝，開挖明暗交界處邊仰坡，邊仰坡鋼筋網(wǎng)噴錨加固，同時施作超前大管棚及注漿，提前加固圍巖，保證安全地穿過明暗交界處，大管棚采用φ108?mm，壁厚6?mm的熱軋無縫鋼管，間距為40?cm，外插角為1°，共計施作42根，注漿材料采用水泥漿;其次進行明洞段的土石方開挖;再次施作洞身襯砌及洞身外防排水系統(tǒng);最后進行回填土并設(shè)置黏土隔水層，做好洞頂橫向永久排水溝。

2 方案背景

根據(jù)原設(shè)計方案進行施作，則需要開挖深15?m、長75?m、寬22.9?m（平均）的基坑，開挖土石方數(shù)量為25?753?m3，其中土方為8?675?m3，石方為17?078?m3，開挖放量較大，需要大放坡。根據(jù)施工組織安排，該段施工期間正值雨季，增大排水量，基坑內(nèi)易出現(xiàn)大量的積水，抽排水工作量大，不利于施工，并無法確?；娱_挖臨時邊坡的穩(wěn)定性，綜合兩個不利因素的分析可知，有可能因此而導(dǎo)致隧道明洞無法施工，處于停工狀態(tài)，整體施工工期滯后，造成人員、機械窩工;同時，明洞開挖的棄渣數(shù)量大，需要外運20?192?m3的土石方（需要回填5?561?m3）。由此可知，原設(shè)計采用明挖法施工進度不僅受到制約，而且施工成本也大大增加。

3 實地踏勘及測繪結(jié)果

結(jié)合原設(shè)計圖紙，進行實地勘測調(diào)查、拍攝及測繪，得到一些地質(zhì)基礎(chǔ)資料，具體情況如下。

3.1 地層巖性

D2K185+370～D2K185+445段地表覆蓋層厚度不厚，通過鋼釬勘察，估算覆蓋層厚2～3?m，地質(zhì)巖性為黑色軟粉質(zhì)黏土，軟塑狀;下伏基巖為砂巖夾泥巖強風(fēng)化層、砂巖夾泥巖弱風(fēng)化層，遇水易軟化（如圖1所示）。

3.2 水文地質(zhì)特征

D2K185+370～D2K185+445段處于水田地段，地表水主要是水田水，比較發(fā)育，基本上存在兩個匯水面，主要靠大氣降水補給。地下水主要為孔隙潛水和基巖裂隙水，水量比較大[1]。

3.3 地形地貌

D2K185+370～D2K185+445段所處區(qū)域為丘陵地貌，地表為水田、樹林及竹林。該明挖段范圍內(nèi)基本為水田，地勢平坦，地表水匯集面積較大，在上游存在兩個較大的匯水面，地表水流向基本從線路右側(cè)往左側(cè)流，并通過農(nóng)田排水溝及下穿地方公路排出。

4 方案比選

4.1 方案評價

4.1.1 明挖法（方案一）

（1）方案內(nèi)容。施工期間，先施作地表的攔截引排工程，并避免雨季施工。

（2）有利與不利因素分析。有利因素：投資造價低。不利因素：①通過實地踏勘調(diào)查可知，該隧道明挖段位于溝槽間水田，地表水較發(fā)育，并且受到兩處匯水面的影響，開挖面積較大，開挖最深約16.17?m，平均深度約15?m，類似一個大型的深基坑開挖。開挖過程中將會擾動巖體，在處理不當(dāng)?shù)那闆r下，極可能引起基坑臨時邊坡的失穩(wěn)，發(fā)生滑坡或溜塌等地質(zhì)災(zāi)害。②占用農(nóng)田面積大，為了保證施工，需要通過水泵抽水把地下水滲透形成的基坑內(nèi)的積水排出基坑外，這就改變了該處原來的水系平衡狀態(tài)，容易受到地方村民的阻工和索賠，有可能造成基坑臨時邊坡暴露時間過長，不利于保證邊坡穩(wěn)定性，易發(fā)生滑坡或溜塌。③作業(yè)場地狹窄，開挖的土石方達2.6萬m3，施工難以展開，土石方外運數(shù)量大，并且施作二次襯砌后再回填土石方，工程量大。④明洞開挖襯砌需在暗洞開挖至明挖段方可施工，無法與暗洞開挖同時進行，對工期影響較大。

綜合上述因素分析可知：采用明挖法施工受干擾性大，不可預(yù)見的因素也多，難于控制施工進度，并且施工安全也受到一定的影響，同時在無形中增加一些不可控制的成本。所以建議一般情況下不采納這套方案[2]。

4.1.2 由明挖法變更為暗挖法（方案二）

此方法需采用高壓旋噴樁加固地表，同時在開挖暗洞過程中使用φ76?mm中管棚注漿超前支護。

（1）具體方案內(nèi)容。按原設(shè)計征地范圍進行征地，然后通過排水梳干地表，在整個征地范圍內(nèi)設(shè)置50?cm樁徑的高壓旋噴樁，按樁間距為1.5?m及梅花形布置，并嵌入基巖深度至少50?cm。待高壓旋噴樁加固完畢后，使用彩料布覆蓋地表，在彩料布上回填50?cm的土石，同時按原設(shè)計施作攔排引截工程，起到封閉堵截地表水的作用，防止雨水滲透軟化巖體。以上措施施作完畢后，再開挖隧道暗洞，其超前支護措施具體如下。

采用φ76?mm中管棚注漿超前支護，管棚長8?m，每環(huán)設(shè)置50根，環(huán)向間距為0.4?m，縱向每6?m一環(huán)（搭接2?m），并采用無工作室進行施作，減少對巖體的擾動，同時采用φ42?mm小導(dǎo)管加強超前支護。按V級圍巖的要求進行施作洞身的初期支護及二次襯砌，而且開挖進尺按60?cm為一榀進行開挖。

（2）有利與不利因素分析。有利因素分析：不采用大面積和深基坑的開挖方式，此過程中不用施作臨時邊坡和抽水及排水，所以不存在邊坡滑塌的安全隱患，受干擾性小，施工進度受不確定性因素制約小，施工進度受控，不可預(yù)見費用的發(fā)生概率降低。不利因素分析：投資造價增大，比原設(shè)計的施工危險性稍微變大，存在洞頂易發(fā)生冒頂?shù)膯栴}，但可通過回填加固繼續(xù)開挖。洞身無工作室管棚施作工效較低，同時需要配置專業(yè)的C6鉆機（鉆機購置費較高），工期成本較高。此外，由于施作了地表加固，因此不利于后期運營期間的田地復(fù)墾。

綜合上述方案的分析可知，此方案是基本可行的，但施工成本較高，同時存在一定的安全風(fēng)險。

4.1.3?由明挖法變更為暗挖法（方案三）

該方案在開挖暗洞過程中使用φ76?mm中管棚注漿超前支護。

（1）具體方案內(nèi)容。方案三主要是取消方案二中的高壓旋噴樁的地表加固，其他工序都是相同的。

（2）有利與不利因素分析。有利因素與方案二類似，但投資造價比方案二低，也利于后期農(nóng)田的復(fù)墾。不利因素與方案二的區(qū)別在于危險源（洞頂發(fā)生冒頂）的控制，其他類似。綜合上述的分析可知，該方案是基本可行的，但施工時存在較大的安全風(fēng)險[3]。

4.1.4 由明挖法變更為暗挖法，并在拱頂設(shè)置80?cm厚的型鋼混凝土護拱（方案四）

（1）具體方案內(nèi)容。護拱鋼架采用I18型鋼，縱向間距為80?cm，采用φ22?mm鋼筋縱向連接，環(huán)向間距為100?cm，在沿套拱縱向滿鋪φ8?mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為20?cm×20?cm，采用C25混凝土現(xiàn)澆護拱，護拱坐落在W3基巖上。暗洞施作方案與方案二類似，并取消拱部的φ22?mm組合中空錨桿。護拱基坑開挖深度約3?m。護拱施作完畢后，立即施作回填土，并按原設(shè)計施作攔排引截工程。

（2）有利與不利因素分析。有利因素分析：在所有方案中，方案四的安全性相對較高，不存在洞頂發(fā)生冒頂現(xiàn)象，占用水田數(shù)量變少，施工完畢后可以滿足復(fù)墾要求，施工干擾性小，可以與前后暗洞同時施工，施工進度快，大大節(jié)約了工期成本。不利因素分析：在這4套方案中，方案四的投資造價相對較高。

4.2 方案性價排序

通過上述方案的評價，從安全性、投資造價、施工進度受控、干擾性和不可控因素5個方面對這4套方案進行排序。下面按高往低進行排序，具體排序情況如下：安全性：方案四、方案二與方案一基本并列，方案三。投資造價：方案四與方案二基本并列，方案三、方案一。施工進度受控：方案四、方案二、方案三、方案一。占用水田及干擾性：方案三、方案二、方案四、方案一。不可預(yù)見的成本及不可控的因素發(fā)生（按低往高排序）：方案四、方案二、方案三、方案一。通過上述幾個方面的排序結(jié)果，得出各方案綜合性價排序結(jié)果：方案四、方案二、方案三、方案一。結(jié)論：（按高往低排序）根據(jù)上述方案的評價及其性價排序的結(jié)果，可知最佳的施工方案是方案四，即蓋挖法施工。

5 優(yōu)化后的方案施工工藝順序

第一步：洞頂四周開挖臨時截、排水溝，按設(shè)計拱部120°開挖護拱基坑，并施作邊仰坡臨時支護，采用鋼筋網(wǎng)噴錨支護，同時施作明暗交界處管棚。管棚采用外徑108?mm、壁厚6?mm的熱軋無縫鋼管，間距為40?cm，外插角為1°，共計施作42根，注漿材料采用水泥漿。

第二步：施作護拱土模，安裝I18鋼架及掛設(shè)φ8?mm鋼筋網(wǎng)片，鋼拱架落在基巖上，澆筑C25護拱混凝土（若拱部120°處土層較軟，需要采取施作混凝土鋼管樁+鋼筋混凝土縱梁的措施確保鋼拱架拱腳的穩(wěn)定）。

第三步：施作暗洞開挖及襯砌施工。

第四步：待暗洞襯砌貫通后立即回填覆土層，施作黏土隔水層和排水系統(tǒng)及鋪砌。

6 風(fēng)險源及其預(yù)防措施

6.1 風(fēng)險源

在暗洞開挖過程中，最容易出現(xiàn)冒頂塌方的部位是原明暗交界處，一共有兩處（D2K185+370和D2K185+445）。如果初支封閉成環(huán)的施工進度跟不上掌子面開挖的進度，就有可能出現(xiàn)護拱沉降開裂。

6.2 預(yù)防措施

嚴(yán)格按設(shè)計的要求施作明暗交界處的φ108?mm管棚，起到超前支護，提高圍巖的自穩(wěn)能力的作用。超淺埋段掌子面開挖進尺的控制：嚴(yán)格按一榀或兩榀進行開挖，并加快初期支護封閉成環(huán)的施工進度，受力狀態(tài)平衡，“空間效應(yīng)”不失效。在穿過大里程明暗交界處之前，初期支護必須施作至超小里程明暗交界處10?m范圍，確保“空間效應(yīng)”不失效[4]。上臺階和下臺階開挖的過程中，拱架的鎖腳錨桿必須按設(shè)計要求進行施作，確保拱架不下沉。上下臺階施工過程中，盡量做到拱腳處不積水，避免積水軟化圍巖而導(dǎo)致拱架下沉。加強監(jiān)控量測的觀測，監(jiān)控護拱下沉情況。上下臺階開挖和隧底開挖完成后，及時安裝拱架和噴射混凝土進行排險。？譿加強管理，做好工序銜接，安全員和技術(shù)員經(jīng)常觀察洞內(nèi)外變化情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時上報和采取相應(yīng)的處理措施。

6.3 不足之處

不足之處主要體現(xiàn)在護拱施工安排滯后，導(dǎo)致后期為了施工護拱而產(chǎn)生較大的成本，主要是二次修筑施工便道。

7 結(jié)束語

通過興隆坪隧道超淺埋段的施工方案策劃及施工組織安排等情況的分析，可以得到如下幾點啟示。

（1）施工方案的策劃與優(yōu)化至關(guān)重要，它關(guān)系到施工方案的技術(shù)及安全性，也關(guān)系到經(jīng)濟效益問題。這就涉及3個方面：一是施工技術(shù)是否可行;二是是否確保施工安全;三是經(jīng)濟效益如何。經(jīng)濟效益主要要從3個方面進行綜合分析：施工成本是否降低、施工進度是否縮短、是否扭轉(zhuǎn)虧損項目。

（2）方案優(yōu)化的準(zhǔn)備工作：①認(rèn)真審核施工圖，實地踏勘調(diào)查地質(zhì)情況，并組織人員進行測繪，收集原始資料。②綜合這些資料進行篩選和分析，再進行幾套方案的評價，最后比選最佳方案。方案評價要從有利因素和不利因素兩個方面進行綜合分析，確保方案性價的準(zhǔn)確性。③確定最佳方案后，若需要進行設(shè)計變更，要及時與設(shè)計院及業(yè)主進行溝通，并說服相關(guān)的人員，使方案比選結(jié)果能得以實現(xiàn)。

（3）雖然施工方案非常重要，但是項目管理同樣重要，這兩者之間存在一定的關(guān)系：前者是靠后者落實及實施的。所以，在加強項目技術(shù)力量的同時，也要加強項目合同管理、技術(shù)管理和組織管理等，保證方案優(yōu)化的效果得以實現(xiàn)。

參?考?文?獻

[1]王夢恕，譚忠盛.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[J].中國工程科學(xué)，2010（12）：4-10.

[2]中鐵二局集團有限公司.高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M].北京：中國鐵道出版社，2011：39.

[3]穆阿龍.高速公路隧道施工測量關(guān)鍵技術(shù)[J].居舍，2021（32）：55-56.

[4]邢偉夫.山區(qū)高速公路高邊坡病害防治措施研究[J].科技與企業(yè)，2015（17）：144.