淺埋偏壓隧道施工方案比選及質量控制

黃 敏

（中國鐵建昆侖投資集團有限公司， 四川 成都 610000）

1 工程背景

下八里隧道位于貴州省黔東南苗族侗族自治州黎平縣下八里村附近，設計為分離式雙洞隧道。隧道右線起訖里程樁號為K53+487～K54+188，長度701m，其中Ⅳ級圍巖423m，Ⅴ級圍巖266m，明洞12m，坡度為1.6%/435.8m，-0.5%/264.2m 的雙向人字坡，線路位于R=1200m 的圓曲線上。隧道左線起訖里程樁號為Z3K53+457～Z3K54+157，長度700m，其中Ⅳ級圍巖392m，Ⅴ級圍巖296m，明洞12m，坡度為1.6%/401.039m，-0.5%/299.961m 的雙向人字坡，線路位于R=1440m 的圓曲線上。下八里隧道屬于中隧道，隧道最大埋深約121m。下八里隧道劍河端進出口均為偏壓式，進出口洞門形式均為端墻偏壓式，單側設置重力式偏壓墻，墻高8.0m，寬度3.22m。

2 淺埋偏壓隧道的主要特點

在對淺埋隧道進行施工過程中，其主要特點有：

（1）埋深較淺，開挖后的隧道覆蓋層穩定性較差。在對淺埋偏壓隧道進行施工過程中，其覆蓋層厚度通常較薄，導致其穩定性受到影響，最終出現塌方。當隧道洞口圍巖風化破碎嚴重時，常見的支護結構無法滿足施工需求，會使其出現嚴重變形問題[1-2]。

（2）施工難度相對較大，需要使用專項施工方案對其實施施工。為了使淺埋偏壓隧道的施工質量和施工安全性進一步提高，施工單位應對支護結構進行調整，并選擇合理的施工方案對其進行施工，使隧道圍巖穩定性進一步提高。

3 淺埋隧道出現偏壓的主要原因

3.1 地形原因

在對淺埋洞口段進行施工過程中，由于圍巖對隧道洞身兩側所造成的壓力具有不對稱的特點，因此會使其出現偏壓問題。與此同時，在對淺埋隧道進行施工過程中，當隧道洞口所處地區為淺埋破損圍巖時，其偏壓現象更為明顯。

3.2 地質原因

在對淺埋隧道進行施工過程中，由于隧道圍巖存在軟弱結構層或滑動面，會導致其穩定性受到影響，與此同時，當隧道所處地區為巖溶地區時，其圍巖中會存在溶洞，由于其中還有大量的泥沙和水，會使隧道穩定性受到嚴重影響。與此同時，在對隧道進行開挖過程中，會使圍巖穩定性被破壞，導致其出現滑動等問題，從而使隧道出現偏壓現象[3]。

3.3 施工原因

在對隧道進行施工過程中，由于支護不及時以及開挖方式不合理等原因，導致隧道圍巖出現失穩或變形等問題，使應力過于集中，從而導致其出現偏壓問題。

4 淺埋隧道施工的主要方法對比

4.1 雙側壁導坑法

在對地鐵淺埋隧道進行施工過程中，使用雙側壁導坑法對其進行施工，可以使大斷面隧道開挖安全性進一步提高，該種方法具有經濟效益較高，拆裝靈活、便捷，安全可靠以及結構簡單等特點。在使用雙側壁導坑法進行施工過程中，主要是以新奧法的施工過程為基礎，通過對其施工過程進行分析，總結出一套完善的隧道操作方法和修建理論，與新奧法相比，該種施工方法通常適應于城市區域中松散土介質圍巖的條件，該地區的隧道埋深通常不超過隧道直徑。除此之外，由于該種施工特點具有無噪音、無污染以及不影響城市交通的特點，因此可以對各種斷面形式和尺寸的隧道洞室進行施工[4]。

4.2 短臺階法

在對隧道進行開挖施工過程中，使用松動爆破的方式對上部臺階進行處理，并使用小型機械或人工的方式將洞渣運送到下臺階，最后進行裝車出渣施工，這種施工方法即為短臺階法。由于該種施工方法開挖臺階段，長度較短，因此其具有適用性強、靈活多變以及隧道穩定性高等特點，在對第四紀沉積地層以及軟弱地層進行施工過程中，均可使用短臺階法對其進行施工。在使用臺階法對隧道實施施工過程中，由于上臺階較短，仰拱和下臺階閉合時間較短，因此隧道襯砌封閉成環速度較快，可以使隧道偏壓問題得到有效解決，與此同時，該種方法可以降低隧道圍巖以及襯砌施工的變形度，達到提高隧道施工安全性的目的。但是該種方式上下臺階作業過程中相互會發生干擾，因此在對下部臺階進行施工過程中，會使上部臺階的穩定性受到嚴重影響。

4.3 交叉中隔法

交叉中隔法又被稱為CRD 法，使用CRD 法對軟弱圍巖大跨隧道進行施工過程中，應先對隧道一側的一部分進行開挖施工，并將橫隔板加設在開挖處，在對隧道另一側的一部分進行開挖施工，并將橫隔板加設于該處，再對先開挖一側的剩余部分進行施工，最后完成隧道開挖。該種施工方法主要用于V 級圍巖段以及Ⅳ級圍巖地段進行施工，在使用CRD 法對其進行施工過程中，開挖和支護順序應自上而下，封閉較為及時、成環時間較短，其施工中的橫隔板可以使支護結構下沉和收斂變形問題得到有效控制，相較于其他施工方法，該種施工方法可以使土體水平位移和地面沉降進一步降低，但是在對橫隔板進行拆除時，具有施工速度慢、工序復雜、風險大等缺點，因此應酌情選擇該施工方法。

4.4 中隔墻法

中隔墻法又被稱為CD 法，該種施工方法是在臺階法的基礎上，從中間將隧道斷面分開，形成左右兩個部分，使上、下臺階被分成多個部分，在對每個部分進行開挖和支護施工時，其可以形成獨立的閉合單元。在使用CD 法對軟弱圍巖大跨度隧道進行施工過程中，應先對隧道一側進行開挖施工，并對中隔壁進行施工，再對另一側隧道進行開挖施工。在使用該方法對隧道進行施工過程中，具有結構受力均勻、封閉成環時間短以及變形小等特點，與此同時，由于支護剛度相對較大，因此隧道施工過程中地層沉降量較小。但是，該方法施工過程中臨時支撐具有成本高、拆除困難以及施工難度大等缺點。

4.5 選擇施工方法

在對某隧道工程實施施工過程中，由于其某部分地質條件相對較差且埋深較淺等問題，通過對其具體情況進行分析可知，可以選擇CD 法對隧道實施施工。

5 施工要點

在對某隧道工程進行施工過程中，圍巖土體具有自穩能力較差等特點，開挖施工后，如果不及時對其實施混凝土噴射處理，會產生掉塊等問題，使坍塌風險進一步增加。在對其進行開挖施工時，應先對臨時支護和超前支護進行施工，且應對支護質量進行嚴格控制。在對隧道圍巖實施超前支護施工過程中，通常需要使用超前小導管和超前長管棚對其進行施工，在對地面進行處理過程中，需要使用砂漿錨桿支護和超前鉆孔預注漿對其進行處理。使用超前支護對其進行處理可以使圍巖穩定性進一步提高，從而達到提高隧道開挖安全性的目的。在該隧道施工過程中，其附近土體地基承載力為180kPa，因此施工單位可以使用超前小導管對其進行吹，使圍巖土體的自穩能力進一步提高，在開挖完成后，施工單位還應使用混凝土對其進行噴射處理，達到控制隧道變形的目的。

6 質量控制的主要措施

6.1 實施地質鉆孔和地質勘查

為了對淺埋隧道周圍的圍巖情況進行合理分析，施工單位應采用地質鉆孔和地質勘查的方式對開挖錢的隧道圍巖進行勘測。通過對圍巖進行地質鉆孔和地質勘查，施工單位可以了解圍巖的巖性、風化情況以及破碎情況，并可以以此為基礎，對圍巖覆蓋層厚度、地層厚度、走向以及分層等特征進行分析。與此同時，施工單位可以以地質鉆孔和地質勘查資料為基礎，對襯砌參數和超前支護形式進行調整。

6.2 對淺埋地段開挖質量進行控制的主要措施

在對某淺埋隧道工程進行施工過程中，主要使用六步CD 法對其進行處理。使用該種方法進行施工，具有開挖面較小的特點，在開挖時可以利用小型機械和人工相結合的方式對其進行處理，且每次開挖完成后，施工單位應使用雙側小導管對其實施超前支護處理，將其循環進尺控制在0.6m 以內。當中隔壁所受壓力不均勻時，若弧度向所受壓力較大的方向傾斜，可以起到支護作用。該種施工方式雖然速度相對較慢，但是可以使圍巖變形得到有效控制。

施工單位在使用六步CD 法對隧道進行開挖施工過程中，中期出現隧道拱頂變形加快的問題，與此同時，其地表也會出現裂紋，通過對其進行研究和測量可知，出現變形速度加快的主要原因是工程拱腳和下部開挖位置的土體承載力較小，開挖出的土體為軟塑狀，使用注漿法對地表進行處理后并未達到理想效果，因此施工單位應將鎖腳錨桿加設在開挖位置，并使用臨時仰拱對中期施工過程進行處理；在開挖施工后，施工單位應先將混凝土噴射于上層臺階上，噴射厚度通常為0.1m，并將木板墊在拱腳位置，隨后將臨時仰拱設置于此處，并使用短鋼管對其進行連接處理，最后為了使其加固效果進一步提高，施工單位可以將C25 混凝土噴射于此處，厚度為0.2m。當上部開挖高度為5m 時，施工人員應對中臺階進行開挖施工，并使用臨時支護和初期支護鋼架對其進行加固處理，逐步形成閉環，從而達到提高結構穩定性的目的，使其變形問題得到有效控制。

6.3 對偏壓地段開挖質量進行控制的主要措施

在對該隧道工程進行施工過程中，其進洞方向偏壓較為明顯，使用三臺階臨時仰拱法對其進行施工后可知，隧道斷面量測繪出現向右偏移的問題，而其左側山體則會出現裂紋，雖然使用中隔壁對其進行施工可以使山體變形速度得到抑制，但是其變形趨勢并沒有完全消失。施工單位應該對隧道右側山谷實施回填反壓施工，將其回填于洞頂上5m 的位置，并使用錨噴澆固方式對左側山體進行處理，起到防護作用[5]。通過對施工過程進行分析可知，初期支護施工可以使山體穩定性得以提高，反壓回填可以使圍巖自穩能力進一步提高，使山體變形得到控制。除此之外，該種施工方法具有單次開挖斷面加大的特點，因此為了使施工效率進一步提高，施工單位可以使用大型機械對其進行施工，其施工順序應自上而下，使封閉成環時間進一步縮短，使隧道坍塌風險進一步降低。

7 應用效果

在對該隧道工程實施施工過程中，施工單位為了對偏壓支護變形問題進行控制，首先對周圍土體進行分析，并采用反壓回填的方式對其進行處理。根據勘測數據客戶，該工程圍巖等級為V 級，因此施工單位使用三臺階臨時仰拱法對其進行處理，并對施工中期問題進行科學控制，從而達到降低圍巖變形的目的，施工效果良好。

8 結束語

在對淺埋偏壓隧道進行施工過程中，施工單位應以實際施工情況為基礎，對施工區域的圍巖土體進行勘測，并對風險源進行合理分析，達到控制風險的目的，為隧道挖掘提供基礎。與此同時，為了使隧道施工質量進一步提高，施工單位還應對施工方法進行合理選擇，在保障施工質量和施工安全性的前提下，對支護方法進行調整，使其施工合理性和科學性進一步提高，從而達到提高材料利用率和施工效率的目的。