特長淺埋段隧道施工技術探討

摘要：在隧道施工中，特長淺埋段且地質條件差的隧道施工是一個難點。本文介紹了河北省張涿高速公路南峪隧道淺埋段的施工關鍵技術問題，通過詳細對現場發生的典型坍塌分析、研究，得出特長淺埋段隧道砂礫膠結地質施工應把握的關鍵問題。

關鍵詞：特長淺埋段 砂礫膠結地質 技術問題 塌方分析

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

1、前言

我國是一個多山區國家，山區面積占全國陸地面積的2/3，隨著我國交通事業的不斷發展，越來越多的公路、鐵路需要穿山越嶺，難免會涉及到隧道的施工，而在隧道施工中，特長淺埋段且地質條件差的隧道施工是一個難點。本文介紹了河北省張涿高速公路南峪隧道淺埋段的施工關鍵技術問題，通過詳細對現場發生的典型坍塌分析、研究，得出特長淺埋段隧道砂礫膠結地質施工應把握的關鍵問題。

2、工程概況

河北省張涿高速南峪隧道全長3485m。隧道按雙向四車道高速公路設計，根據地形、地質條件，為節省投資和保證安全，本項目隧道采用分離式，隧道設計車速100km/h。隧道進口前646m為Ⅴ級圍巖淺埋破碎段，埋深10~54m,圍巖主要為第四系沖洪積粉質砂土及卵石，粉質砂土呈黃褐色，堅硬狀，土質不均，含鈣質結核；卵石呈中密實狀，成分為白云巖，粒徑2~10cm，含漂石，級配中，礫石及土填充，夾較多鈣質膠結層，堅硬，呈固結狀，圍土體穩定性差。

圖一、南峪隧道圍巖

3、施工特點、難點

綜合本隧道設計和施工現場地質等情況，具有以下顯著特點：

3.1 隧道長，受力復雜，且通風效果差；

3.2 隧道前646米圍巖為Ⅴ級，埋深淺，且土體為砂層，遇水易坍塌；

3.3 洞內砂層夾雜大小不一的鈣質堅硬膠結層，不易開挖，支護；

由于本隧道的這些特點，現有的隧道施工方法中較理想的是采用雙側壁導坑法施工，而由于雙側壁導坑法施工的局限性，平均每天只能進尺1∽2米，以這個速度施工，我們這646米就需要20多個月的時間，無法保證按期完工。項目進場經過現場考察后向業主提出了在646米后的一個位置增加一處側導洞作為第二個開挖工作面的方案，最終業主與設計院均同意增加一處側導洞。

圖二、優化后施工方案圖

4、雙側壁導坑施工原理及施工工藝

4.1施工原理

雙側壁導坑施工是一項邊開挖邊支護的施工技術。其原理是:利用左、右臨時支護把整個隧道分成左中右3個小斷面施工，左、右上導洞先行，中間上導坑斷面跟進;完成上導坑支護后，待上導坑初期支護達到一定強度后再行開挖下臺階，施工下臺階初期支護；初期支護成環后，拆除兩側導洞臨時支撐，形成隧道斷面，有利于控制隧道拱頂下沉。

4.2施工工藝

雙側壁導坑法開挖、支護順序如下：

4.2.1 導洞超前導管注漿預支護

4.2.2 左上臺階開挖，每次開挖循環進尺控制在0.5米。

4.2.3 施作導坑初期支護和臨時超前導管、臨時鋼支撐;初期支護鋼支撐拱腳角設鎖腳錨桿，圍巖變形較大可施作臨時仰拱。

4.2.4 左下臺階開挖，初期支護、臨時鋼支撐錯間落底，每次開挖循環進尺不得超過1.0米；且上下掌子面間距不大于10m。

4.2.5 進行另一側壁導坑上下臺階開挖，并施作導坑初期支護和臨時鋼支撐，左右側壁導坑前后間距控制在10-15米以內。

4.2.6 中間拱頂環形開挖，每次開挖循環不得超過1.0米，中間留核心土，并施作拱頂初期支護；且主洞與導洞前后間距控制在10-15米。

4.2.7 中間其余部分分上下臺階分步開挖，每次開挖循環進尺不得超過2.0米；且掌子面間距不大于10m。

4.2.8 施作主洞仰拱地基加固及仰拱初期支護。

4.2.9 拆除臨時鋼支撐。臨時鋼支撐的拆除，一定要等到圍巖變形穩定后才能進行，避免圍巖加速變形導致失穩或坍塌。最后施工全斷面鋼筋混凝土二次襯砌。

5、現場坍塌的原因及治理

5.1 坍塌的發生

2011年7月9日下午6時隧道樁號YK104+947~YK104+972段25m范圍內發生坍塌，瞬間塌方土體將初期支護壓垮，鋼拱架及噴射混凝土砸落，塌方砂土體順YK104+947斷面滾落下來。塌方后，YK104+941~YK104+947段未塌方處有3~4道環向裂紋，裂紋寬度約3~4mm，裂紋主要集中在拱頂位置。隧道坍塌未造成人員傷亡和大的機械設備損壞。

圖五、右線YK104+947~YK104+972段塌方

5.2坍塌的原因分析

5.2.1 該段施工時連降暴雨，土體富水、軟化，土體抗剪強度急劇降低；

5.2.2導坑采用臺階開挖時，過渡段臨時支護拱腳懸空；

5.2.3監測資料顯示，塌方前幾天該里程范圍襯砌拱頂下沉和收斂變形均較大，現場及時加固了初期支護，但因地質原因仍然造成塌方。

5.3坍塌的處理方案

塌方體處理堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、早封閉、勤量測、適時襯砌”的原則進行。塌方段采用先護后挖的方法。在查清塌穴規模大小和穴頂位置后，采用管棚法或注漿固結法穩固圍巖體和碴體，待其基本穩定后，按先上部后下部的順序清除碴體，按短進尺、早封閉的原則開挖塌體，并盡快完成襯砌。

5.3.1 固結面施工

首先采用C25噴射混凝土對塌方體進行封閉，噴射混凝土厚度為15cm，形成一道固結面。

5.3.2 對未塌方而有裂縫段加固處理

對未塌方而有裂縫段初期支護進行加固，采用I20b工字鋼作為二次臨時支護加強，臨時工字鋼拱腳墊鋼板或用噴射混凝土填充。噴射C25混凝土平均厚20cm，將臨時鋼架和初期支護之間空隙噴射密實。

5.3.3 塌方體固結

采用Φ42×4注漿花管對塌方體進行注水泥漿，將松散塌方體固結，防止開挖時松散體再次滑塌，保持持續穩定。

圖六、未塌方而有裂紋段加固處理 圖七、塌方段加固處理重新開挖

5.3.4 空洞處理

采用鉆孔法鉆探塌方體頂面空洞位置，埋設Φ150注漿泵管，泵送砂、粉煤灰等輕質材料填充塌方體空腔。

5.3.5 初期支護

待水泥漿液達到7d強度后，隧道向前開挖掘進，掘進采用弧形導坑預留核心土法開挖，上中下三臺階法開挖支護，開挖掘進長度以40cm~50cm為宜。開挖時以挖掘機輔以人工開挖，逐步挖除變形的工字鋼換拱，拱架支護后并立即進行錨噴支護。中、下臺階開挖、支護時宜以40cm為宜，仰拱施工時不超過兩榀工字鋼間距。

5.3.6監控量測

開挖支護后加大頻率進行監控量測，量測項目為周邊位移、拱頂下沉、地表下沉，10m一個斷面布置監控量測點。根據監控量測數據調整支護參數，當監控量測數據變化較大時，宜加大量測頻率和加強該段初期支護。

6、結論與建議

針對南峪隧道的特點和坍塌經驗教訓，我們認為特長淺埋段隧道砂礫膠結地質的施工關鍵宜把握如下幾點：

6.1 做好仰坡防護及臨時防排水措施

特別是在淺埋段，由于雨水下滲導致滲流加劇，土體可能發生較大的位移，影響土體穩定。因此，特別對于多雨地區的隧道施工，宜合理布設邊坡防護范圍，平順刷坡，及時用砼或砂漿封閉仰坡面，阻止雨水下滲；

6.2 應堅持雙側壁導坑開挖方法，堅持早支護、早封閉的原則；

考慮車輛出渣，施工效率，合理分布導洞大小、臺階間距，重視臨時支護的施工；從現場施工情況及監測數據反映：在開挖下導坑并支護后，導坑沉降和收斂變形基本穩定；

6.3 洞口段石方爆破應嚴格控制進尺及裝藥量，減少對仰坡土體的擾動；

6.4 在施工過程中，高度重視監測數據的重要性，始終以監控量測數據為指導，堅持動態設計、動態施工的原則。

目前，南峪隧道淺埋破碎段的二次襯砌施工已經完成，工程已經完工。本文淺見以期為類似工程提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1] 張家口至涿州高速公路保定段兩階段施工圖紙；河北省交通規劃設計院

[2] 公路隧道施工技術規范.JTG F60-2009[S]

[3] 公路隧道施工技術細則.JTG/T F60-2009[S]

作者簡介：師延壽，男，1987.05，大學本科，助理工程師