汪家山隧道洞口淺埋、偏壓段施工技術探析

彭傳甫 （安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

德上高速池州至祁門段02標，汪家山隧道位于安徽省池州市貴池區殷匯鎮境內隧道左線ZK12+908-ZK14+384，全 長 1476m，V級 圍 巖 1246m，占84.4%。隧道主洞建筑限界：凈寬10.25m，凈高5.0m。隧道主要穿越碎石土、強風化泥質粉砂巖、中風化砂巖和強風化粉砂質泥巖地段。出口段主要為黃色的粘土，洞口段埋深淺，頂板薄，穩定性差。由于地形不對稱造成隧道結構兩面荷載不對稱，形成偏壓。洞口段圍巖等級為V級，層厚1.5m～14.4m。地基承載力基本允許值F=250kPa?？紤]到隧道洞口地形、地質條件，洞口設置了削竹式洞門。隧道按新奧法施工，工字鋼架與錨桿支護配合使用，設計為復合式襯砌，襯砌結構類型采用半圓拱形斷面型式，襯砌和初期支護間設置由土工布、塑料防水板組成的防排水層。初期支護采用C25噴射混凝土，偏壓Ⅴ類圍巖設I18a工字鋼鋼架支撐。Ⅴ類圍巖和偏壓段采用φ10mm×6mm大管棚（以下簡稱管棚）和φ42mm×4mm超前導管（以下簡稱超前導管）輔助施工。

2 隧道出口穿越偏壓、淺埋洞口段施工

2.1 邊坡開挖

左 線 ZK12+384-ZK14+188段196m為V類圍巖偏壓、淺埋，該段地質主要為黃色的粘土，隧道是從出口段祁門端進口，為確保順利進洞和施工安全，施工前首先施做洞頂截、排水溝等排水設施，洞口臨時邊仰坡采用錨桿掛網進行噴射防護。邊仰坡開挖采用分層開挖，除管棚施工必要空間外，刷坡過程中盡量保留核心土體，開挖順序由上到下逐步進行，邊開挖邊防護，不可一次性大挖大刷。隧道洞口施工應避免在雨季進行，合理安排工序。采用大管棚和超前導管作為輔助施工進洞，為保證邊仰坡穩定和提高管棚的端承力，在ZK12+294～K12+296段施作護拱。

2.2 套拱工序

套拱施工順序：施工準備→測量放樣→套拱基礎澆筑→套拱澆筑→搭設工作平臺→鉆孔、清孔、驗孔→報監理驗收→安裝管棚→注漿→封孔。

2.3 套拱施工

應在外輪廓線以外在洞口襯砌位置進行操作，促使明洞襯砌保持一定厚度并且套拱結構與巖體表面保持緊密連接。套拱由80cm厚C25混凝土模筑而成，內部埋設4榀I20a工字鋼及Φ133導向管，孔口與工字鋼架采用雙面焊接，焊縫長度不小于15cm。工字鋼環向間距50cm，縱向用 Φ22鋼筋連接環距100cm。套拱施工過程中應考慮沉降對整體施工造成的影響，并且需要預留12cm預計沉降量，防止套拱沉降造成襯砌厚度不足問題。工字鋼安裝好后利用方木、鋼管，木模板等安裝套拱模板。模板應安裝平順，支撐牢固，模板接縫嚴密，避免澆筑混凝土時發生漏漿現象。模板安裝后，需要通過質量檢驗工程師對相關部分進行檢查，質量符合行業標準后，方可進行澆筑套拱作業。

2.4 支撐拱架

在ZK12+294～K12+296段放置支承拱架（護拱內輪廓為明洞襯砌外輪廓），拱架型號為I20a，工字鋼規格為50cm，共計5榀，支承拱架間用φ22mm鋼拉桿與工字鋼構成縱向整體。沿拱架外輪廓環向每40cm，縱向焊接長2.2m，定位管采用φ152mm×4.5mm鋼管，同時，進行立護拱襯砌施工，使用C25型號的混凝土對拱架和內外膜進行澆筑。

2.5 管棚施工

將鋼花管安插至鉆孔中，并且沿隧道開挖外輪廓排成鋼管棚被稱為管棚施工，此時，管內注漿與拱架結構將構成預支護體系，以此達到對圍巖結構的加固，預防松軟性質的圍巖出現下沉和坍塌，保證管棚施工的安全性與穩定性。

①單洞管棚施工中使用的材料和工藝技術：φ108mm×6mm 無縫鋼管，規格為6m，技術人員需要沿拱頂150。環向布設接頭，并且采用厚壁管進行絲扣加固，確保接頭位置與管道斷面錯開。施工過程中，需要保證環向間距為40cm，管材共計52根，孔徑16mm，間距為20cm，布設四排，呈梅花型布置。

②鉆孔及管棚安裝使用XV-100型鉆機，直徑為φ132mm 鉆頭，外插角1。～3。，高壓風清孔。檢查孔深和外插角等成孔質量，合格后鉆機送管入孔。

③注漿參數：管棚壓注水泥漿，水灰比為0.5，使用江蘇產UBJ-3型壓漿泵，初壓 0.5MPa～1.0MPa，終壓2.0MPa。

④超前導管施工

超前導管參數：采用φ42mm×4mm無縫鋼管管長4m，沿拱頂90。環向布設，間距40cm，共43根。開挖施工中兩排導管縱向搭接長度不小于1m。導管壁鉆制散漿孔，孔徑8mm，孔距10 cm，布設四排，呈梅花型布置。

⑤鉆孔與安裝：采用鑿巖機鉆孔，鉆頭直徑45mm，外插角8。，高壓風清孔，鑿巖機送管入孔。

⑥注漿參數：超前導管壓注水泥水玻璃雙液漿，水泥水玻璃體積比C：S=1：0.5，水泥漿水灰比W:C=1:1，水玻璃濃度為 35Be'，注漿初壓為 0.2MPa～0.5MPa，終壓為 1.5MPa～2.0MPa，磷酸氫二鈉作為緩凝劑。

3 臺階法開挖

3.1 開挖基礎

依據汪家山隧道施工圖紙，隧道左線進、出口均為Ⅴ級圍巖，采用預留核心土法進行開挖。三臺階開挖法是將隧道分成上、中、下三個斷面進行開挖。汪家山隧道淺埋段Ⅴ級圍巖監控量測數據顯示下沉量很小時，可采用三臺階法開挖。施工時上臺階應預留核心土，其意義在于，當掌子面發生滑塌時，其停止滑塌的條件就是掌子面形成坡面，所以，預留核心土有助于盡快穩定滑塌。

采用分部正臺階開挖，弧導領先1m，采用挖掘機開挖，人工風鎬鑿除軟弱圍巖，上臺階初期支護，每掘進1m，初噴4cm混凝土，然后布設長3.5mφ25中空錨桿，錨桿間距0.8m×0.8m，梅花型布置，再用φ8盤圓沿初噴面綁扎金屬網（網孔20cm×20cm），要求金屬網和錨桿焊接牢固，然后每0.5m架立I18b工字鋼1榀，左右拱腳處沿拱架外側打入3根長3.5mφ42mm鋼管作為鎖腳管(一方面減少拱腳收斂，另一方面承受部分上部圍巖荷載，減小拱腳處土壓力，減小拱腳下沉)，最后復噴C25混凝土至設計厚（洞口偏壓、淺埋段支護參數）。

3.2 初期支護

左右側交替開挖邊墻馬口，當開挖至基礎設計標高時，及時施作初期支護(同上導坑)，工字鋼用連接鋼板和高強螺栓連接。有所不同的是，在淺埋側用系統導管代替系統錨桿，系統導管壓漿參數不同，壓注雙液漿用來固結淺埋側圍巖，以抵抗深埋側土壓力造成的洞身偏移。

工字鋼架支撐，網噴混凝土初期支護，分部開挖見下圖。

3.3 換填處理

支撐支護開挖

仰拱開挖到設計標高時進行承載力的檢測為 253 kPa、258 kPa、264 kPa、212 kPa、203 kPa、233 kPa，有 3 點不合格，上報業主、設計單位、監理，共同現場勘查，由設計單位處理，進行換填處理，復 測 275 kPa、284 kPa、276 kPa、288 kPa、279 kPa、292 kPa 結果合格，清除松土、整平壓實，進行下道工序施工，仰拱的初支、邊墻支護，澆筑仰拱混凝土及填充。

3.4 二次襯砌施工

二次襯砌緊跟初期支護，需要進行排水管的施工與設計，并且利用土工布和防水板進行防水施工，采取整體式襯砌臺車的方案推進，當相關參數測量完畢，需要進行頭板封裝，利用泵機輸送混凝土，完成二次襯砌施工。

3.5 偏壓加固

所示在淺埋側用系統導管代替系統錨桿，通過壓注雙液漿來固結淺埋側土體。再采用變斷面襯砌淺埋側加厚，以抵抗深埋側土壓力。

3.6 監控量測

監控量測是新奧法設計施工的核心內容之一，通過對監測數據的分析，及時發現施工中存在的問題，制定相應措施，指導施工，保證施工順利進行。

3.6.1 量測項目及測點布置

量測項目主要包括圍巖支護和地表狀況、洞內和外拱頂下沉或收斂狀況。

在淺埋偏壓段需要每間隔10 m設置測量斷面，在拱頂位置設計沉降觀測點。而水平收斂觀測點需要設計在拱線上側的1.5 m處，地表斷面處共計7個觀測點，每個觀測點間距保持在2.0 m。

3.6.2 量測數據整理及分析

在K12+330、K12+270設置兩組觀測點，馬口開挖前后兩個月內收斂、沉降觀測數據表明圍巖已趨于穩定，收斂累計最大值為72mm，拱頂下沉累計最大值為86mm。趨于穩定時及時地施作二次襯砌，襯砌以后也要對該段地表沉降進行觀測。

4 結語

①淺埋軟弱圍巖段圍巖自承能力差，早期應力釋放快，變形大，采用剛度大，早期強度高的大管棚輔助施工初期支護，以及及時施作仰拱，使襯砌形成閉合結構，增加支護結構的整體穩定，有效地減小了圍巖變形，提高了圍巖的穩定性。

②破碎圍巖偏壓淺埋段，加強初期支護和施作仰拱后，圍巖結構處于不穩定狀態，需要進行二次襯砌施工，實現初期支護和二次襯砌部分共同承擔圍巖結構壓力。

③偏壓段在初期支護中淺埋側采用系統導管壓注雙液漿固結圍巖代替系統錨桿和在二次襯砌中淺埋側加厚襯砌是行之有效的措施。進行隧道加固是保證隧道施工安全的重要環節，是山區隧道段淺埋段、偏壓處理的有效措施。