公路隧道淺埋偏壓段施工技術

文 / 周海軍 賀晉陽

隧道施工受到圍巖的影響明顯，如果圍巖的穩定性和可靠性不足，就可能會導致隧道施工的安全性受到干擾甚至可能會導致隧道出現塌方的現象，嚴重威脅隧道的安全。淺埋、偏壓及軟弱圍巖是隧道工程中常見的圍巖類型，如不能采取合理的隧道施工技術，會導致隱患增加。本文結合工程實例，對淺埋、偏壓及軟弱圍巖的不良影響和具體隧道施工技術進行闡述，可為以后工程提供借鑒。

1 工程概況

大樹基溝隧道是某公路工程的重要組成部分，隧道長631m，呈由南東—北西向展布。隧道位于直線段上，路面中間向兩邊設置2%橫坡，隧道內無超高。隧道在大樹基溝村端洞口段及0.8%直線上，西大林村端洞口段位于R=900m凸曲線上，隧道總長度631米，系越嶺隧道，本隧道棄渣量5萬立方米，主線路面工程5663m2。

1.1 地質條件

（1）工程地質層：地層巖性主要為第四系坡積，（Q4）種植土、碎石，太古界鞍山群通什村組（Art）花崗巖。

（2）隧道區構造特征：經地表調繪、鉆探、物探工作得知，隧道區工程地質條件較復雜，隧道區巖體節理裂隙較發育不規則，花崗巖節理面主要有三組： J1345度∠78度，間距0.3～0.4米，結合差泥質填充；J2：94度∠3度，間距0.05～0.3米，結合差泥質填充；J3：17度∠57度，節理面平均間距0.2～0.5米，結合程度較差，泥質填充。

（3）隧道區進出口多為坡積碎石覆蓋，僅山頂處局部有基巖出露，據現場調查，山頂處基巖較破碎，節理裂隙發育。

1.2 水文地質條件

隧道范圍內無地表水出露。經調查得知，附近已開挖隧道內巖體僅局部有滲水現象，地下水類型主要為基巖裂隙水及構造裂隙水?；鶐r風化裂隙水主要為潛水及包氣帶水，其賦存于全、強風化巖體空隙中，但由于覆土層分布于山體坡洪積裙部位，地勢相對較高，缺乏有利的賦存條件，排泄較好，故其含水量較弱，且受氣候、降水影響較明顯；構造裂隙水主要賦存于破碎帶及巖性接觸帶中，巖體破碎，地下水存儲空間較大，連通性較好，加之發育深度、范圍較大，因而含有一定水量，受氣候、降水影響較小。

2 重點難點分析

《公路隧道設計細則》（JTG/T D70-2010）對淺埋隧道的定義為：作用在支護結構之上的土壓力與隧道埋置深度、地形條件及地表環境基本無關的隧道。隧道上部覆蓋層不足隧道洞跨2倍的隧道區段屬于隧道淺埋段；由于地形不對稱或者地質巖層因素，造成隧道結構兩面荷載不對稱而形成。

根據整體施工組織，大樹基溝隧道出口作為掘進入口，該出口地處Ⅴ級圍巖，依據設計地質平面圖和隧道出口邊坡防護圖顯示，本隧道出口為典型的淺埋偏壓隧道，淺埋偏壓段施工長度約28m。

淺埋、偏壓及軟弱圍巖是隧道施工中常見地質因素，其中淺埋式由于隧道上覆覆蓋不能滿足隧道和開挖施工的需求，容易出現地表深陷，受到降水的影響，及其容易引起洞口滑坡的現象，不利于工程的安全。

偏壓是造成隧道支護承載能力下降，引起隧道拱體變形的關鍵因素。其中造成偏壓的原因較多，可以分為地質因素、施工因素和地形因素。

其中施工因素主要是由于施工方法選擇問題，施工方法選擇不夠合理，引起開挖斷面出現局部坍塌的現象，從而導致圍巖整體的穩定性下降，進而引起圍巖的受壓紊亂，進而導致偏壓產生。

地質情況因素，如果圍巖的級別過高和自身穩定性不好的情況下，額外的施工擾動就會引起偏壓問題。地形因素，主要是由于隧道依托于山體建設，這也就使得地形存在傾斜度，使得圍巖具有較大的側壓作用，再加上淺埋段的影響，也就會引起偏壓。

軟弱圍巖主要是指巖層等級Ⅳ級、Ⅴ級，其中Ⅳ級圍巖存在較多的節理、裂隙，并存在破碎帶，且斷層破碎帶＜2m。軟弱圍巖具有巖體松散和粘結力不佳、強度低和受到水分影響大等特點。是隧道工程中常見地質圍巖類型，極容易導致隧道出現冒頂和洞室塌方的現象，嚴重影響隧道的施工安全和使用安全。

圖1 大樹基溝隧道出口平面地質圖

圖2 大樹基溝隧道出口正視圖

3 主要施工方案

3.1 邊仰坡臨時防護

本隧道洞口一邊為山體上側，另一邊為山體下側，無法通過回填平衡兩側土壓力，高偏壓邊坡，最高處距離洞頂約16m，為了加強邊坡邊緣的穩定，坡頂邊緣設置有2排Φ50×5mm厚注漿花管，長4m，排距1m，整個邊仰坡面設計Φ22砂漿錨桿，長度有3.5m和2.5m兩種，為加快施工進度，并根據以往施工經驗，錨桿空洞內采用錨桿錨固劑固定錨桿，待錨桿施工完，掛Φ8鋼筋網，網格間距為300mm×300mm噴漿，噴漿厚度嚴格要求控制在不小于150mm。為使水泥漿充分滲透表土及其巖體，邊坡邊緣注漿、花管注漿采用水泥單液漿，局部成本有可能加大，但是充分保障了施工的質量和安全。

3.2 套拱

套拱也可稱之為導墻，起到進洞大管棚的導向作用，屬于型鋼混凝土結構，按照管棚環形間距預埋鋼套管，本工程進洞大管棚設計為Φ89×5mm厚長20m的注漿花管，管棚施工工藝流程如下：潛孔鉆成孔→清孔→安裝鋼管→焊接注漿閥門→注漿。

套拱設計結構為C30混凝土+I20a工字鋼。管棚鋼管安裝采用人工配合機械安裝，安裝完成后，在鋼管尾部焊接注漿閥門，管棚注漿采用水泥水玻璃雙液漿，此種配漿方法意圖有兩點：第一，增加凝固時間，對于裂隙水封堵有很好的效果，提高施工效率；第二，漿液順著巖石裂隙同時滲透同時凝固，縮小漿液滲透范圍，降低成本。

3.3 護拱

本工程護拱的設計意圖就是為了保護洞口施工作業的人員和機械不被邊仰坡意外滾落的雜物飛石損害。

護拱結構形式為C30混凝土+I20a工字鋼，內模支模形式采用了工字鋼支撐形式，摒棄了以往的圓木樁支撐地面的做法，兩者相比，以往的做法安全系數低，模板容易變形，造成混凝土外形質量不易控制，表觀質量差。新做法除了以上的缺點能夠改進，還能節約材料，內模板的型鋼支撐，直接用于洞內支護，不造成材料浪費。

圖3 用圓木支撐內模

圖4 內部采用型鋼支撐

3.4 開挖支護

本隧道由于V級圍巖屬于淺埋偏壓段，巖石極其破碎，裂隙明顯、密集，根據設計圖紙、地質報告、施工經驗，綜合考慮，為了本段施工的質量和安全，減小隧道變形可能性，項目部決定在新奧法的基礎上采用交叉中隔壁開挖，即CRD法開挖。

CRD法施工應遵循“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。首先應完成導向墻，洞口長管棚的施工或完成超前小導管支護的施工，然后按此工法進行施工。其工序圖詳見中壁交叉“（CRD）法工序圖”。

圖5 CRD法施工順序圖

利用上一循環架立的鋼架施工作隧道拱部Φ42注漿小導管及中壁Φ22砂漿錨桿超前支護。小型挖掘機配合人工風鎬或輔以弱爆破開挖①部，噴8cm混凝土封閉掌子面，施作①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，初噴4cm厚混凝土，安裝鋼筋網片，架立型鋼鋼架和臨時鋼架、橫撐，臨時仰拱距掌子面距離要嚴格控制，暫定為3～5m，并設鎖腳錨桿。鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

滯后①部3～5m弱爆破開挖②部，噴8cm混凝土封閉掌子面，導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土。安裝鋼筋網片，接長型鋼鋼架和臨時鋼架及橫撐，并設置鎖腳錨桿。鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

在滯后于②部3～5m距離后，開挖③部，噴8cm混凝土封閉掌子面，施作周邊和臨時支護，步驟同①部；

在滯后于③部3～5m距離后，開挖④部，接長型鋼鋼架和臨時鋼架、橫撐，并施作導坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟及工序同②部。

在滯后于②部一段距離后，開挖⑤部并施作導坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟及工序同②部。

在滯后于④一段距離后，開挖⑥部。隧底周邊部分噴混凝土至設計厚度，步驟和工序同⑤部。

3.5 施工重點控制及注意事項

將監控量測納入施工工序。必測項目包括地下下沉、洞內觀察和拱頂下沉。凈空收斂施工前作好地表排水系統及地表沉降觀測點的埋設，進行地表沉降的觀測。當每部的初期支護完成后，按5米一個斷面布設監控量測點。按照監控量測技術規程要求，①部和③部應布設三條測線，測線布設如下圖所示。監測頻率符合規程相關要求，且原則上采用最高頻率要求。

圖6 CRD法拱頂下沉和凈空變化量測測線布置圖

隧道開挖施工應根據設計位置、中線、水平、地質情況，預計可能產生的下沉量和施工誤差掌握施工部位尺寸，保證開挖及襯砌斷面符合設計要求。施工過程中必須對測量人員所放的點位妥善保護。加強監控量測工作，采用統計分析的方法得出每部封閉時沉降量占總沉降量的百分比，在施工中可以根據每部的沉降量反算總沉降量，進行動態調整，確定合理的預留沉降量和施工支護參數。挖掘機在進行開挖作業時小心謹慎，不得破壞已有的支護。小炮開挖或人工開挖，嚴格控制裝藥量。