马鞍形隧道浅埋暗挖法施工技术应用与控制

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　　摘  要：马鞍形隧道浅埋段的施工风险性较大，因其埋深较浅，两侧山体陡峭，采用明挖施工不可控因素较多，将原地面有效板结处理同时采用合理的洞内支护和开挖方法能有效降低施工风险确保施工安全。荔玉高速鸦桥江隧道是典型的马鞍形浅埋隧道，该隧道在施工时成功运用浅埋暗挖法进行施工，在此，将马鞍形隧道浅埋暗挖施工的经验进行归纳总结，阐述开挖的具体步骤和施工过程中的注意事项。
　　关键词：马鞍形隧道;浅埋暗挖法;施工工艺;测点设置
　　中图分类号：U455.4        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0106-03
　　Abstract： The construction risk of the shallow buried section of the saddle-shaped tunnel is relatively high， because of its shallow buried depth and steep mountains on both sides， there are many uncontrollable factors in open-cut construction. The effective consolidation treatment of the original ground and the adoption of reasonable in-hole support and excavation methods can effectively reduce the construction risk and ensure the construction safety. The Yaqiao River tunnel of Liyu highway is a typical saddle-shaped shallow tunnel. The tunnel was successfully constructed by shallow-buried underground excavation method. Here， the experience of shallow-buried underground excavation of saddle-shaped tunnel is summarized， and the concrete steps of excavation and matters needing attention in the construction process are described in detail.
　　Keywords： saddle tunnel; shallow underground excavation method; construction technology; measuring point setting
　　前言
　　隧道施工大多位于山区，交通不便，并且施工环境恶劣，因此在施工方法的选择上受到多种因素的制约，比如：现场所处的水文条件和地质条件、施工技术条件、机械设备的状况以及所带来的社会效益和经济效益等。而浅埋暗挖法作为洞室暗挖施工的方法，其特点距离地表较近，适用地质条件差的围岩，对周围环境影响较小等。该施工方法沿用新奥法的基本原理，前提是要对软弱地层的进行加固。本文将马鞍形隧道浅埋暗挖施工的经验进行归纳总结，阐述开挖的具体步骤和施工过程中的注意事项。
　　1 概述
　　1.1 工程简介
　　鸦桥江隧道位于玉林市仁厚镇正阳村北鸦桥江东岸，隧道基本略呈弧形展布，隧道分左、右线设计，其特点如下表1所示。
　　1.2 工程地质及水文条件
　　本隧道左线段（ZK236+925～ZK236+950）为浅埋隧道，该段围岩较差，岩石较破碎，主要为强～中风化硅质页岩，风化裂隙、节理裂隙较发育，为极软～较软岩，Ⅴ级围岩。其隧道本身自稳能力较差，在无支护时局部易产生较大面积坍塌及失稳现象，洞室呈滴水状出水（图2）。
　　2 浅埋段地表处理及洞内加固方案
　　本隧道左线ZK236+925～ZK236+950为浅埋段，谷底隧道围岩覆盖层厚度约2.0m且夹孤石，局部隧道拱顶外露。该段隧道可采用多组管棚+CD法+两台阶开挖施工的方法进行施工。首先清除地表孤石，其次将水泥土回填至隧道拱顶3.0m以上，同时在回填土上施作C20素混凝土盖板及地表水沟。
　　2.1 淺埋段预处理施工工艺
　　地表清除孤石→水泥土回填→盖板、排水沟施工→洞内支护升高→管棚钻孔→管棚制作、安装→管棚注浆
　　2.2 施工工序
　　2.2.1 清除孤石
　　首先根据设计进行测量放样，确定地表处理范围。采用挖掘机清除隧道拱顶以上地表松散土及孤石。
　　2.2.2 水泥土回填
　　水泥型号：42.5硅酸盐水泥;水泥掺入量：5%～10%;水泥水灰比：1：0.8～1：1。
　　回填土质要求：采用正常固结的素填土，且不应采用下列土质：含有孤石等障碍物较多不宜清除的杂填土，欠固结的淤泥、淤泥质土，硬塑、坚硬的粘性土等影响到水泥土搅拌均匀性的土体。
　　水泥土强度要求：R28天抗压强度不小于2MPa。
　　填筑工艺要求：各分层厚度不超过30cm，回填时进行夯实，回填到拱顶3m以上。施工时调整水泥用量，上层回填土水泥用量略微减小，下层拱顶回填土约1.0～1.5m厚水泥用量加大，提高回填土土块凝结质量，防止隧道内施工时拱顶土层坍塌，保证隧道内施工安全。
　　2.2.3 盖板、水沟 　　在回填水泥土表面施做C20混凝土盖板、水沟，与两侧山体、沟谷上游顺接，保证雨水及时外排，避免雨水汇集下渗。
　　2.2.4 洞内超前管棚
　　左线浅埋段采用φ89*5管棚超前支护，即采用洞内水平钢花管超前注浆预加固。为保证管棚施工空间，避免管棚侵入衬砌断面，该段隧道圆心以上钢拱架整体抬升30cm。在管棚施钻处Ⅰ20工字钢腹部割孔φ110，孔间距40cm，管棚由此割孔穿过，并将其尾端焊接在钢拱架上，同时采用水泥浆液注浆。
　　管棚超前支护按设计设置范围和间距布置，浅埋段里程为ZK236+925～ZK236+950，根据设计管棚6m施工一循环，故本段隧道在ZK236+925、ZK236+931、ZK236+937、ZK236+943四处施钻管棚，每根管棚9m，管棚与管棚之间搭接3m，最后一组管棚在ZK236+949处以小导管搭接进行超前支护，渡过浅埋段。
　　施工先设置洞内管棚支点钢架，喷射混凝土时，作为管棚支点的钢架必须预留出钻孔空间，与相邻钢架间喷射5～10cm混凝土封闭围岩，剩余厚度待管棚施作完毕后补喷。当钻机的偏斜度超过设计要求时，可根据钻机钻进的状态判断成孔质量进行纠正。
　　在离定位钢架2～3m处喷射混凝土表面，对应钢架定位孔在喷射混凝土表面打点，作为控制管棚钻杆钻进方向。钻机就位固定时，钻杆钻头穿过钢架定位孔，通过摆动钻机使钻杆尾部与后方对应方向控制点对齐，以使各管棚平行钻进。通过计算仰角对应高差，确定钢架定位孔与后方控制点处钻杆高度差，控制管棚外插角。
　　3 洞内暗挖施工方案
　　3.1 施工方案
　　本段隧道开挖方法为CD法。开挖在水泥浆终凝后且围岩固结成块，经过敲打检验围岩不掉块后进行。
　　3.2 CD法施工工艺
　　为有效保证隧道的稳定和确保安全，采用人工配合机械开挖的方法及微震或预裂爆破的方法，严守“短进尺、弱爆破、强支护、早成环”的原则，根据对隧道内部监控量测的结果，进而对隧道的开挖方式和支护参数进行调整。CD法施工工序及开挖参数表详见图3。
　　3.3 CD法施工控制要求
　　（1）由于该段Ⅴ级隧道浅埋岩性软弱且围岩风化破碎程度严重，因此在施工过程中，采取“弱爆破、强支护、短进尺、多循环”的原则。采用短进尺和人工配合机械开挖方法，每循环进尺控制在1榀钢架间距，同時加强隧道的初期支护，确保围岩稳定。
　　（2）采用单侧壁导坑法施工，分台阶开挖导坑，台阶长度为5～10m，开挖循环进尺控制在1.0～1.2m。
　　（3）开挖前，严格按照设计图纸施作钢架，同时加强对隧道内部围岩的工程力学特性进行研究，进而制定可行的施工方案。
　　（4）为防止突然涌水，开挖前在掌子面打超前探孔进行探水，同时尽可能详细地掌握隧道内部的水文地质情况，并制定详细的防排水措施。
　　（5）在施工过程中应及时准确地对岩石的岩性编录，根据岩性的变化情况及时调整施工方法。
　　（6）加强隧道内部围岩变形的量测，根据岩石变形的情况，进而对施工方法及支护参数及时调整。
　　4 洞内外监控量测控制
　　4.1 测点设置及原则
　　为有效确定隧道地表下沉、洞内净空收敛及拱顶下沉与隧道施工的影响，隧道浅埋地段地表下沉的量测点位宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测点位在同一横断面上。地表下沉测点设置在隧道中心及两侧间距2～5m处，根据现场情况每个断面设置7～11个测点，每个断面的测点保证监测到隧道开挖影响范围以外。在隧道开挖工作面前方进行地表下沉量的测量，该测点起始位置可设置在隧道埋深与隧道开挖高度之和处，一直到衬砌结构封闭或下沉基本停止。待各测点基本稳定后2～3周测量作业结束。
　　4.2 数据整理、分析与反馈控制
　　通过测点记录的数据来反映隧道支护的受力变形状态，主要对地表位移、拱顶下沉量、围岩位移、支护应力等进行量测，可按以下几个步骤进行：
　　（1）通过对实测数据的整理，绘制出测量数据的时态曲线图以及被测断面与开挖面之间的关系图，时时把握隧道的动态。
　　（2）应用回归分析法对初期的时态曲线进行分析，通过分析预测隧道变形可能出现的最大值和变化速度，预防事故的发生。
　　（3）当所测数据出现异常情况时，就要及时进行预警和反馈，同时采取相应的防护措施，以保证隧道的稳定。
　　5 结束语
　　采用地表预处理+洞内管棚+CD法开挖在覆盖层极薄，无法采用明挖处理的山区隧道中确保顶部覆盖层形成整体受力，在洞内管棚预加固处理使得结构受力体系转换极为有利，并且在采用CD法开挖上台阶受力稳定后再进行下台阶施工，施工安全风险大大降低，是马鞍形隧道浅埋段较好的一种开挖方法。
　　该段隧道围岩极差，围岩等级超过Ⅴ级，且在隧道内裂隙水较多，存在粉质沙土。由于地质条件差，因此在采用该开挖法时，必须加强隧道内部的支护和围岩的监测，做好安全防护措施，同时根据隧道围岩的变化情况调整开挖方法和支护参数。
　　参考文献：
　　[1]喻朔，崔浩.浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制探究[J].住宅与房地产，2019（27）：212+214.
　　[2]李德生.浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制[J].黑龙江交通科技，2019（11）：170+172.
　　[3]肖敏.浅埋暗挖工艺在隧道施工中的应用[J].交通世界，2018（29）：122-123.
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