隧道蓋挖法與地表注漿固結暗挖法施工方案比選

張黨平

摘要：以某鳳凰山隧道為工程背景，該項目采取明洞暗挖形式過渡，經過對兩種明洞暗挖措施工工藝、施工安全、設備投入、工程費用的比選，將原設計的反壓回填地表注漿固結暗挖法優化為蓋挖法施工，加快了施工進度，縮短了施工工期。實踐表明：蓋挖法施工該類型隧道明洞暗挖段切實可行、經濟高效，以期為今后類似工程提供參考。

關鍵詞：淺埋隧道;蓋挖法;明洞暗挖

中圖分類號：U45文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）14-0243-02

1工程概況

某客運專線鳳凰山隧道位于建陽市童游鎮境內，全長495m，單洞雙線隧道，全隧道為V級圍巖，屬淺埋偏壓。隧道地處剝蝕低山，地勢起伏較大，自然邊坡15～25°，局部35°;表層為粉質Qwl+dl粉質黏土，棕紅色～紫紅色，硬塑;下伏基巖為云母石英片巖Pt2s，全風化，紫紅色、黃褐色，呈砂土狀，夾有碎塊狀強風化體，遇水易軟化;巖層產狀91°∠29°;地表水為孔隙水，地下水為基巖裂隙水，較發育。隧道在DK600+440～+473段線路左側有沖擊山谷一處，埋深僅1.8～2.5m，洞頂襯砌局部段落部位外露地面，設計采用明洞暗挖。

2施工方案

2.1地表注漿固結法

采用反壓回填10%的水泥穩定碎石土結合深孔注漿加固地層，加固寬度為隧道中線左側10.5m，右側15m，注漿深度為反壓回填面至仰拱開挖底面以下≥2m;反壓回填完成后，反壓回填面澆注20cm厚C20砼止漿盤，止漿盤中間設置Ф8鋼筋網，網格間距20×20cm;止漿盤強度達到75%后，鉆設豎向注漿孔，孔徑中110mm，縱向間距2m，橫向間距1.5m，梅花型布置，孔深16.2～24.2m，孔口管采用Ф89mm熱軋無縫鋼花管，壁厚5mm，單根長度3m，與止漿盤采用M40砂漿固定牢靠;注漿材料采用單液水泥漿，水灰比0.6：1～1：1，注漿壓力初始0.2～0.5MPa，終壓2～3MPa，持壓2min注漿完成后，鉆孔取芯驗證注漿效果，合格后在止漿盤上部回填50cm厚粘土隔水層，并植草綠化;最后采用雙側壁導坑法暗洞過渡。

2.2蓋挖法

采用錨固樁、縱梁結合套拱及水泥碎石穩定土反壓回填加固，然后暗洞采用暗挖法過渡。在隧道左右側，距離隧道中線7.7m位置施作6根錨固樁，錨固樁樁身截面尺寸2m×2m，護壁厚度0.2m采用C20鋼筋砼澆注，錨固樁頂設置縱梁，樁身鋼筋進人縱梁1.5m;縱梁位置開挖時，對線路右側臨時邊坡打設4m長Ф22砂漿錨桿、掛Ф8鋼筋網片、噴射10cm砼進行防護，錨桿間距1.5m×1.5m，網片網格間距0.25m×0.25m，開挖至縱梁標高位置，按照縱梁結構尺寸和布置形式施作縱梁，并預留套拱接茬鋼筋;采用土模法施作套拱，套拱采用C25砼澆注，厚度l m，套拱內底部設Ф20鋼筋網片一層，網格間距0.25m×0.25m，保護層厚度15cm套拱強度達到75%時，反壓回填，回填采用c組細粒土，底部基礎分臺階，臺階高度≤0.6m，并采用小型設備分層碾壓、夯實;最后施作0.5m粘土隔水層，并植草綠化;采用三臺階七步法暗洞過渡。

3具體施工工藝

3.1地表注漿固結法

主要及關鍵工序為水泥碎石土反壓回填、鉆孔注漿、鉆孔檢驗補漿、施做隔水層并綠化、暗洞雙側壁導坑法開挖，重點確保施工過程中、施工后的防水、排水系統質量。根據注漿效果需要，水泥碎石土反壓回填必須采用大型碾壓設備，受地形環境限制，大型碾壓設備操作較為困難。鉆孔注漿因該段地質上層為水泥碎石穩定土孔隙率15%～25%，厚度0.5～3.6m;中間層為粉質粘土孔隙率20%～40%，厚度9.6～15.5m;下層為全風化云母石英片巖孔隙率2%～3%，注漿厚度1.8～5.6m;因深孔注漿，受孔內摩阻力、各底層孔隙率、擴散系數影響，注漿質量及效果極難控制。注漿完成需進行效果檢測，其檢測受抽檢概率、幾率影響，使補漿施工不能全面覆蓋，產生薄弱環節。暗洞開挖采用雙側壁導坑法施工，雖能降低沉降及收斂，但需大量反復安裝拆除的臨時鋼架，對洞外土體有二次擾動，且施工步驟較多，進度較慢，對總體工期有一定影響。

3.2蓋挖法

主要工序為錨固樁施工、縱梁施工、套拱施工、反壓回填土、施做隔水層并綠化、暗洞三臺階七步法開挖，重點確保施工過程中、施工后的各項防水、排水系統質量。該方法中，因該隧道明洞段設計有錨固樁，且錨固樁開挖技術非常成熟，各類設備人員均無需增加配置;縱梁幾何尺寸簡單，工序質量易行可控;套拱采用土模施工，減少模板投入，留取預留量，確保斷面尺寸;反壓回填土就地取材，利用開挖土體，采用小型設備對稱回填夯實，減少投入，且操作方便;洞頂及側面形成保護殼，暗洞開挖采用三臺階七步法施工，機械利用率高，施工進度快，工期有保障。

4施工方案比選

4.1方案對比

具體方案對比見表1。

4.2方案確定

對比兩種施工方案，結合施工現場，經方案評審小組討論、研究，一致認為蓋挖法施工切實可行，該方案具有如下優點：①采用錨固樁支承和土層上設置套拱，拱外回填并進行坡面防水后，實施暗挖的施工方案是合理可行的;②隧道支護外側及頂部形成保護殼，后期洞身暗挖施工相對安全;③根據各項結構工序特點及現場情況，施工質量更容易控制和保證;④采用C組細粒土可就地取材，無須大型碾壓設備，同時減少了對圍巖的擾動;⑤材料用量減少，降低了運輸難度，對施工便道的要求不高;⑥施工投入的費用大大降低，提高了經濟效益。

5施工效果

鳳凰山隧道淺埋偏壓段，采用蓋挖法施T，確保了施_T安全，提高了施工質量，施工中采用非接觸監控量測手段，監控斷面最大沉降為35.2mm、水平收斂32.5mm，最小沉降為24.5mm、水平收斂22.8mm，套拱最大沉降48.9mm。與同工法、同地質條件隧道相比較沉降、收斂均有降低，同時縮短了施工工期，使該段暗洞采用雙側壁導坑法開挖需要30d的工期，在采用三臺階七步流水法開挖后降至15d。從蓋挖法在該隧道淺埋偏壓段的施工過程及應用效果來看，圓滿達到預期要求，該方案切實可靠、簡單易行，且施工中各項工序的施工安全、質量、工期、效益均有不同程度的提高和增加。

6技術總結

根據鳳凰山隧道明洞暗挖段蓋挖法施工的過程及效果，同類隧道在采用此類方法施工時還應注意以下幾點：①該方法施工必須因地制宜，布置好施工現場的組織、運輸通道，做好洞內、洞外的各項防排水工作，避免施工中出現險情或施工后留下質量通病。②根據不同地質、地貌環境選擇采取不同防護加固形式，并對加固措施的結構形式、受力情況進行論證，確保防護措施結構合理、有效。③套拱采用土模或支架施工時，必須事先預留10～20cm的預留沉降量，具體數值根據地質情況進行確定，以避免套拱在施工過程中產生沉降，侵入隧道支護或襯砌斷面內，造成欠挖和二次返工。④施工過程中應高度重視監控量測，做好各個施工階段的監控量測、數據采集、分析工作，同時還應確定各項風險源，制定應對措施，做好風險管理。

7結語

隨著鐵路事業的不斷發展，各類地形、地貌環境的淺埋偏壓隧道不斷涌現，根據隧道“早進晚出、減少擾動”的設計理念，對于開挖面小或環境保護要求高的淺埋偏壓隧道均可采用明洞暗挖法進行施工，而蓋挖法在地鐵工程施工中大量的應用，該工法已經非常成熟、完善，因此在部分明洞暗挖設計中可優先考慮采用。