公路隧道工程中淺埋地段的施工技術分析

李崢嶸LI Zheng-rong

（保利長大工程有限公司，廣州 510000）

0 引言

開展高速公路施工過程中，經常會遭遇隧道洞口淺埋段情況，由于淺埋段所處區域地質條件比較差，如不能采用恰當加固、開挖技術進行操作，就極容易發生失穩、塌陷等情況，對高速公路施工順利及質量帶來極大影響，這就要求全面細致掌握隧道洞口淺埋段具體狀況，然后結合所掌握信息對淺埋段施工技術進行科學合理選擇，并在實際運用中嚴格把控工藝操作要點，在順利達成高速公路淺埋段施工目標的同時，隧洞洞口安全性和穩定性也能得到有力保障。

1 工程概況

某隧道為中長型隧道，ZK14+590—ZK15+687 為左線，長1 097m，K14+571—K15+676 為右線，長1 105m。洞門采用了端墻式結構，為了保證隧道的穩定性和安全性，需在洞口設置長36m 的大管棚。隧道所處地質環境較為復雜，斷面凈空面達82.8～141.7m2，Ⅲ級圍巖占整個隧道的21%。

2 施工技術

2.1 施工流程

淺埋段隧道的覆蓋層大部分是黃土與風化巖石，而巖石的裂隙紋理較為發育，自穩性能比較差。為了能夠保證隧道的安全開挖，嚴格控制隧道圍巖擾動現象，經過研究、論證確定選擇三臺階七步開挖方式，實施分部式開挖與支護。隧道開挖斷面一共劃分成3 個臺階，包含了7 個開挖面，首先從拱部、后邊墻以及核心土位置進行開挖，然后實施仰拱開挖。各斷面采用交錯施工模式，且開挖后及時支護。為了能夠確保開挖后隧道結構的安全性與穩定性，應嚴格貫徹短進尺與快循環基本原則，最大程度上縮短循環時間，實現支護結構作業，有效控制隧道土體擾動。此外，施工時預留核心土能夠用于支擋隧道臨空面，當上臺階開挖作業完成之后，則開始實施中臺階、下臺階以及核心土開挖，以確保安全施工。

2.2 施工方案的確定

在進行施工之前，一定要嚴格按照施工的要求確定施工的方案。施工的過程中，對施工的具體流程進行優化，如果隧道的洞口和原來的設計有較大的變化，以“圍巖”為例，這樣的情況下，需要填土。隧道壁的自身穩定性比較弱，而隧道的掌面施工過程中，高速公路的水溝下方會出現冒頂的問題，常用施工設計中通常會從采用超前支護的方法，采用超前小導管，但是這樣的施工沒有辦法保障施工的安全性和高速公路的運營安全。按照交通運輸指揮部門的文件要求，施工過程中，主要采用的方案是鋼筋混凝土蓋板代替路面結構+大管棚超前支護+隧道暗挖施工。隧道下穿高速公路的工程施工，施工設計方案是工程開展的前提，只有保障施工計劃的可行性和安全性，施工才可以順利開展。所以在施工前提，施工單位一定要確定施工方案，避免后期因為施工方案影響進程。

2.3 隧道的支護和暗挖

隧道施工過程中時常采用暗挖的設計方案，一般采用的方式都是洞內注漿加固和超前大管棚結合。設置大棚管的時候，要測量其長度。長度通常在30m 左右，其環向間距為30cm，縱向間距為6m。如果是小導管，其長度基本在6m 左右，環向間距需要保持在30cm，縱向間距在2m 左右。施工過程中設置小導管，主要作用是為了加固大棚管下切割土體。隧道在開挖的過程中，一般會采用雙壁導坑法，施工的過程中可以采用雙層鋼架的支護模式，這樣可以避免隧道拱頂的覆蓋層受到影響。

3 淺埋段施工

3.1 施工方案的確定

在進行施工之前，一定要嚴格按照施工的要求確定施工的方案。施工的過程中，對施工的具體流程進行優化，如果隧道的洞口和原來的設計有較大的變化，以“圍巖”為例，這樣的情況下，需要填土。隧道壁的自身穩定性比較比較弱，而隧道的掌面施工過程中，高速公路的水溝下方會出現冒頂的問題，常用施工設計中通常會從采用超前支護的方法，采用超前小導管，但是這樣的施工沒有辦法保障施工的安全性和高速公路的運營安全。按照交通運輸指揮部門的文件要求，施工過程中，主要采用的方案是鋼筋混凝土蓋板代替路面結構+大管棚超前支護+隧道暗挖施工。隧道下穿高速公路的工程施工，施工設計方案是工程開展的前提，只有保障施工計劃的可行性和安全性，施工才可以順利開展。所以在施工前提，施工單位一定要確定施工方案，避免后期因為施工方案影響進程。

3.2 預注漿技術

針對隧道洞口出現的圍巖穩定性較差情況，就要采用恰當加固技術進行處理，在保障施工安全性的同時，增強圍巖結構穩定性。實際操作中，對預注漿技術進行運用，需要遵循以下工藝流程進行作業：

①頂部開挖，先對隧道洞口頂部進行開挖作業，使其成為高速公路隧道的拱殼，操作時要注意保證施工結構完整；

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②地表注漿，采用全孔注漿工藝進行洞口地表注漿作業，可以切實解決地表塌陷問題，并且為保證注漿施工質量，操作時最好使用分段式方法，考慮到注漿區域施工難度比較大，就可以將帷幕注漿法融入其中，通過在地面挖出2~2.5m 左右，使用漿墻對洞口進行澆筑，然后對注漿孔進行全部封閉，并使用混凝土進行加固，使之呈現出環形向外狀態；

③布置孔，待地表注漿施工完畢后，就要在工作面上對孔進行設置，操作時可以采用梅花形式進行設置，長度要控制在2.5m 以內，并且開展鉆孔作業要注意保護挖面穩定性，最終巖土深度和注漿面高度也要保持高。

3.3 洞口土方和錨網噴的施工

施工過程中要提前對洞口土方進行刷坡處理。為了防止雨水沖刷洞口坡面，在施工時需先對邊仰坡放線，之后在坡頂設置截水溝，按照從上到下的順序分層坡度開挖，同時做好防護工作。在工具的選擇上，利用風鉆機對軟石打眼，利用挖掘機開挖土方。根據土石穩定性進一步確定坡度，如果有需要應設置分級臺階，同時選取合適的位置設置好位移和沉降觀測點，以便順利地觀測邊坡。開挖邊仰坡過程中，可以利用錨網噴封閉暴露的圍巖，在此之前需預留出梅花形疏水孔，利用鉆孔直徑為50mm、長3.5m的風鉆機進行鉆孔。清理好鉆孔后插入直徑為50mm 的PVC 管，同時保證有10cm 處于外部。混凝土施工后開展錨管施工工作，該工序中，選取長3m、直徑為42mm 的無縫鋼管，尾端安裝墊板后在鋼管上鉆溢漿孔。錨管按梅花形布置，需保持1.5m×1.5m 的間距。鋼筋網尺寸為20cm×20cm，原料為直徑8mm 的鋼筋。

3.4 超前支護技術

3.4.1 管棚施工工藝

管棚施工主要工序有施作套拱；搭鉆孔平臺、安裝鉆機；鉆孔；清孔、驗孔；安裝管棚鋼管；注漿。工序技術要求高，工藝復雜，施工工藝詳見圖1。

圖1 管棚施工工藝

3.4.1.1 擴挖管棚工作室

由于大管棚是在洞內施作，為保證大管棚施工的空間，需要開辟大管棚工作區域。按單節導管長6m，鉆機機身及主動鉆桿共2.0m，則工作室的長度應為800cm，擴挖較設計圖相比，需要設計斷面大58cm（見圖2），因此在擴挖工作區域后，管棚的外插角度宜平緩，控制在1°以內即可。

圖2 管棚工作室施工示意圖

工作區域開挖、支護完成后，繼續向前開挖2 榀比設計斷面大25cm 左右的斷面，盡快初噴，封閉掌子面，噴射的厚度為4cm，形成止漿墻，架設鋼架，使用全站儀采用極坐標法、放樣法，在工字鋼架上繪制出其平面位置；用水準尺配合坡度板設定孔口管的傾角；用前后差距法設定導向管的外插角，將導向管焊接在鋼架上。導向管與鋼架之間的差距可通過鋼墊板實現調節。保證焊接的牢固性，使鋼架與導向管形成整體，并迅速噴射混凝土形成套拱。導向管長度1m，采用外徑146mm、壁厚5mm 熱扎無縫鋼管。

3.4.1.3 鉆孔

①為了便于安裝鋼管，采用直徑φ127mm 的鉆頭。

②地質較好的情況下可以一次成孔；鉆進時產生坍孔、卡鉆，需補注漿后再鉆進。

③鉆機開鉆時，可采用低速低壓的方式，待成孔1.0m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。

④鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的情況及時判斷成孔質量，并及時處理鉆進過程中出現的事故。

⑤鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。

⑥認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述。開挖洞身的地質預探預報作為指導洞身開挖的依據。

3.4.1.4 清孔驗孔

①用地質巖芯鉆桿配合鉆頭（φ127mm）進行來回掃孔，清除浮渣至孔底，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔。

②用高壓氣清理鉆渣。

③用全站儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

3.4.2 安裝管棚鋼管

①鋼管應在專用的管床，上加工好絲扣，棚管四周鉆φ8 出漿孔（靠掌子面4~5m 的棚管不鉆孔）；管頭焊成圓錐形，便于入孔。

②棚管頂進采用大孔引導和棚管機鉆進相結合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導孔（φ127mm），然后可用10t 以上卷揚機配合滑輪組反壓頂進；也可利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管。

③接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。

3.5 開挖掘進

為了減少施工對城市交通造成的影響，充分利用地面設備開挖功能，在保障安全的前提下，采用地面+設備聯合開挖作業模式。在地面+設備聯合開挖作業模式下，一體機前部地面預留大型挖機作業空間，前盾內的升降平臺上配置小型挖機。對于Ⅳ級和Ⅴ級軟弱圍巖，一般采取預留核心圖臺階法。該方法需設置3～5m 的臺階，利用風鉆機鉆孔弱爆破的方式開挖上臺階，采用預留核心圖臺階法開挖下臺階。開挖工作面則利用弱爆破的方法，以0.8～1.5m 循環進尺。螺旋機轉運部分采用螺旋機將渣土運輸至渣斗，在螺旋機尾端設置兩個橫向并排布置的接渣斗，可交替裝渣實現連續垂直提升。垂直提升部分采用吊裝箱涵的汽車吊提升渣斗，不增加配置且可充分利用項目已有設備。在汽車吊作業時可在下面鋪墊厚鋼板防傾覆，鋼板實現交替使用，在無需加固路面條件下解決地面承載力問題。渣斗提升到地面后通過卸渣裝置架卸入渣土車內。圖3 為預留核心土上下階施工示意圖。

圖3 預留核心土上下臺階施工示意圖

4 結束語

綜上所述，隨著城市地鐵的不斷建設，淺埋暗挖技術在地鐵建造中得到了廣泛的應用，在實際的開挖過程中需要全面分析和控制施工安全風險，建立安全風險管理制度，針對現階段出現的問題，從組織、管理等方面進行控制，以此降低施工中的安全風險隱患，提升地鐵建設的質量，實現施工企業綜合經濟效益的最大化。社會不斷發展的過程中，隧道下穿越高速公路工程的數量越來越多。為保障交通的安全性，對于施工水平的要求不斷提高。這不僅影響了隧道工程的質量，也關系到高速公路的運用安全。所以施工的過程中，相關單位必須要對對隧道工程進行仔細的考察，在全方位的考慮之下制定科學的實施方案。施工的過程中，一定要根據遵循施工計劃，按照施工要求進行。