浅埋侧压软质岩层隧道进洞施工技术

浅埋侧压软质岩层隧道进洞施工技术

赖友烽

福建厦蓉高速公路漳龙段扩建有限公司福建龙岩364000

摘要：厦蓉高速公路龙门隧道左线洞口自然坡度约25~30°，隧道自坡脚通过，处于严重偏压状态，且洞口段围岩坡积饱和黏性土，土质松散，稳定性较差。为解决这一施工难题，提出了“明拱暗挖、局部反压”施工技术，本施工技术“明暗结合”，洞身与周边围岩形成一体，能够有效地平衡山体推力；而且开挖量小，减少了对周边围岩的扰动，确保山体的稳定性。为今后类似进洞工程施工提供一点借鉴。

关键词：浅埋侧压明作拱顶大管棚侧墙反撑进洞开挖

1工程概况

福建厦蓉高速公路扩建工程龙门隧道位于龙岩市新罗区龙门镇西侧约1000m，隧址区属低山-丘陵地貌，隧道轴线近南北走向，穿越多条小山岭，地表植被较发育。

本隧道设计为分离式双向四车道隧道，隧道左线进洞洞口山坡自然坡度约25～30°，隧道自坡脚通过，处于严重偏压状态，并且洞口段（263m）为Ⅴ级围岩，围岩为硬塑状残、坡积饱和黏性土及全风化花岗岩，土质松散，【BQ】＜250。隧道地下水主要为基岩裂隙水，均匀性差，其径流特征受裂隙控制，开挖时地下水多沿裂隙呈淋雨状或滴水状出水，拱顶无支护时极易坍塌，岩层自稳能力较差。

2浅埋侧压进洞方案选定

采用常规的明挖进洞，需要进行大范围的边坡开挖和防护，开挖过程大量破坏山体原状土，影响原山体自然平衡，再加上防护不及时、降水及地表水等影响，极易导致边仰坡滑塌、顺层滑坡、原滑体复活等工程病害；且洞内暗挖施工临时支护工作量大，施工周期长，安全风险大，施工成本高。

为解决右侧浅埋与左侧偏压荷载的平衡问题，提出进洞新理念——“明拱暗墙、局部反压”施工技术。

采用“荷载-结构”的模型计算明、暗支护，其中暗作结构与暗洞初期支护完全相同，明作结构与明洞结构相近。明作部分通过锚固措施与四周或三周围岩充分连接，来抵消此处部分山体偏压应力，也为暗作部分提供预支护。本隧道洞口浅埋侧原状围岩没有足够的抵抗阻力来抵抗偏压侧的边坡滑动力，采取增设侧挡土墙措施来增加抵抗力，类似于边坡路堑式挡土墙。

3关键施工技术

施工整体布置（见图1）。

3.1套拱施工技术

洞口段围岩主要为饱和黏性土及全风化花岗岩，施工前对洞口段地表进行截排水施工，避免施工时雨水进入隧道围岩，降低围岩自承能力，增大施工难度及危险性。

混凝土护拱作为大管棚的导向墙，在开挖廓线以外施作，断面尺寸纵向长*厚：2×0.6m。暗作部分的大管棚导向墙和明作部分一起开挖，开挖暗洞导向墙，开挖并修整明作支护范围内的围岩。洞口段右侧明作部分上覆土开挖，边墙开挖深度不超过1.0m[1]，拱范围的开挖应注意成下一步明作拱混凝土浇筑的底模。

套拱内埋设钢筋支撑，钢筋与管棚孔口管连接成整体。套拱导向墙环向长度可根据具体工点实际情况确定，本隧道采用压φ108钢管柱加固基础确保其基础稳定性；采用Φ22砂浆锚杆锚固套拱周围土体，套拱拱脚的侧向、竖向和正向三个方向重点锚固，砂浆锚杆末端深入到钢筋混凝土套拱中，加强套拱与围岩的整体性，以便承载山体偏压作用力。

洞口段施作钢筋混凝土模筑明作拱结构，环向布设纵向间距为0.7m的I20b工字钢（与暗洞初期支护钢架参数相同），环向主筋采用Φ22钢筋，纵向间距为0.25m，纵向钢筋采用Φ12钢筋，间距为0.25m，箍筋采用Φ10钢筋，间距为0.5m。

导向墙钢架安装完毕后，需一并安装管棚导向管，导向管采用Φ140×3mm钢管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量，考虑隧道纵坡及曲线影响，用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角，外插角按1~3°控制[2]。导向管应牢固焊接在钢架工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。

3.2大管棚加固技术

超前大管棚施工工序（见图2）

暗作部分施作大管棚，管棚沿拱部开挖轮廓线外设置，环向间距40cm。管棚设计长度40m。管棚采用每节长4~6m的热轧无缝钢管[3]（φ108mm，壁厚6mm）以丝扣连接而成，接头处内设15cm长φ114mm钢管增加接头刚度，同一断面内接头数量不超过钢管总数的50%[4]。钢管按奇偶数顺序编号，奇数号管采用钢花管，钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，梅花型布置，尾部留1.1m止浆段不钻孔；偶数号者采用钢管，不钻孔。施工时，先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管注浆质量。钻孔从拱部一侧按顺序依次施作，之前由于预留核心土比较大，钻孔过程中钻机停放如有妨碍，应逐步开挖预留土，以确保洞口围岩稳定为原则。严禁水钻，采用施转钻进挤压孔壁成孔，及时下管，必要时跟管钻进。注浆浆液采用水泥浆液，水灰比0.5:1，可添加早强剂，注浆压力一般0.5~1.0MPa，施工中根据现场情况，必要时可加大至2.0MPa。

3.3侧墙反撑技术

在浅埋侧的套拱明作部分施工范围修筑重力式挡墙，利用墙体自身重力抵抗水平荷载，可以显著提高隧道支护结构抵抗变形的能力。侧面挡墙沿隧道纵向布置，长度与半明拱布置长度相同；在侧墙的上墙身与套拱明作部分之间施作钢筋混凝土支撑结构，支撑间距2m一道，使套拱与侧墙形成一体，削弱套拱的直接受力，使来自偏压山体的侧压力大部分直接有效的传递给侧面挡墙。侧面挡墙上间隔3m布设坡度为3%孔径为80mm的泄水孔，在挡墙内侧填充碎石反滤层。

隧道套拱明作部分回填采用普通土，在回填过程中分层填筑、夯实，当回填到设计标高时，整平压实回填地表，再摊铺10cm厚的C25混凝土浇筑封闭层封闭洞顶。

3.4进洞开挖技术

进洞施工采用三台阶临时仰拱工法，该法适用于各类处理软弱夹层及软岩地带施工。三台阶开挖工序：开挖上导坑并支护，设临时仰拱；开挖左侧中台阶并支护；开挖右侧中台阶并支护；开挖左侧中台阶并支护；开挖右侧中台阶并支护；仰拱开挖及初支，拆除临时仰拱，浇筑仰拱混凝土；及时监控量测，施作防水层，浇筑混凝土二次衬砌。

采用超前小导管、锚杆进行预支护。上中下导坑采用人工风镐为主，必要时辅以挖掘机开挖。仰拱采用弱爆破开挖，以保护围岩；各部之间的间距3～5m[5]。各部开挖后及时封闭掌子面，喷网锚型钢钢架联合支护作业，施作临时仰拱，临时仰拱长度根据监控量测结果确定。拱脚、中下导墙角增设锁脚锚杆，初期支护及时成环。仰拱施工长度3～6m。各部实行平行作业。

施工中认真进行围岩量测，重点监控对象为套拱、地面下沉以及纵向位移，如果位移速率大于1mm/d、累计位移大于3mm，应立即停工分析原因采取措施。中、下导左、右边墙开挖必须交错施工，严禁两侧同时对挖。四个台阶平行作业，仰拱施工实行短开挖、早支护、快封闭、勤量测，及时施做钢架支护，闭合成环。加强洞内施工抽排水，防止边墙失稳。

3.5监控量测技术

3.5.1监控量测主要内容

监控量测是施工工艺流程中的一个重要工序，应贯穿进洞的全过程。主要监控量测以下几点内容：

（1）观察洞口段地表开裂、地表变形、地表渗漏水、边坡仰坡稳定状态情况；

（2）围岩注浆锚杆的抗拔力量测及套拱施作钢拱架内力量测；

（3）反撑侧墙施工完成后的沉降及位移量测和拱顶回填侧墙受力后的位移情况；

（4）拱顶回填之后洞口段周边位移、拱顶下沉和地表下沉情况；

（5）进洞施工时，围岩条件差、变形过大，进行支护结构内的应力及接触应力量测；

3.5.2量测数据整理、分析与反馈

（1）监控量测数据获取后，及时进行校对和整理，一旦发现数据异常，应重新量测，并检查基准点的稳定性，确认观测结果无问题后立即把数据反馈给现场施工人员；

（2）监控量测数据分析采用回归分析法。对量测数据时态曲线分析，预测可能出现的最大值和变化速度。

（3）信息反馈以位移反馈为主，主要依据时态曲线的形态对围岩稳定性、支护结构的工作状态及对周围环境的影响程度进行判定，指导施工作业。

4质量控制主要措施

（1）超前管棚支护施工，招用有丰富施工经验的操作工人控制管棚施工外插角精度，确保管棚支护施工质量，维护围岩的稳定性。

（2）加强地表的监控测量，对量测数据及时进行分析，发现地表沉降必须及时处理，缩小钢架间距，加强侧向管棚支护，同时减小开挖，确保沉降量在允许范围内。

（3）初期支护的型钢钢架、连接钢筋、钢筋网片焊接成一体，同时保证锁脚锚管、径向系统锚杆与钢架焊接牢固，形成有效的整体刚性结构，真正起到有效控制围岩变形的作用。

（4）严控管棚注浆施工，现场盯测浆液严格按配合比拌和并搅拌均匀，注浆时控制注浆压力，保证浆液渗透到岩层，稳定岩层。

5安全控制要点

（1）配备持证上岗的专职安全人员值守；全员必须进行岗位安全教育，特种作业工作人员必须持证上岗。

（2）建立完善的交接班制度。交接班时，双方就交接内容详细交接并记录，每班开工前未检查工作面安全状况，不得施工。

（3）加强围岩监测和观察地质超前预报工作，发现问题立即停止施工并修整加固。

（4）严格按照技术交底进行施工。必须待大管棚注浆浆液强度达到设计要求再进洞开挖；在开挖支护完成时，立即施作仰拱以及拱墙衬砌封闭成环，严格按安全步距红线施工。

6结束语

龙门隧道左洞洞口段岩层松散，稳定性差，且侧向偏压严重，施工难度大，针对这些施工难题，采用“明拱暗墙、局部反压”施工技术，减少了松散岩层开挖量并加固了山体原状土，保护了原生态环境；同时，也避免了此类隧道传统明挖进洞开挖量大、边坡防护量大、偏压边高坡难稳定等难题，有效控制隧道围岩变形，降低施工成本，加快施工进度，保证施工安全，取得较好的经济效益。对以后此类隧道进洞提供了有益的借鉴。

参考文献

[1]刑长林.公路隧道次弱浅埋富水围岩施工技术探析[J].安徽工程，2018(03)：214-215.

[2]舒志勇.隧道浅埋偏压洞口段施工技术[J].江西建材，2017(05)