探析淺埋隧道露頂段施工方案優缺點與施工安全措施

翟文剛

摘要：本文主要分析闡述了某淺埋隧道明挖法、回填貧混凝土反壓法、套拱法三種方案施工的優缺點，并探討應采取的施工安全措施。

關鍵詞：淺埋隧道；施工方案；比選分析

1工程概況

某隧道隧道一側山勢較高，另一側山勢較低，兩側覆蓋分布不均勻，線路左側存在明顯的順層偏壓，隧道最大埋深為40m，最小埋深在K15+005~K15+110段拱頂外露，最小埋深為-2.88m，無覆蓋層，為半明半暗挖隧道。巖體軟弱破碎，自穩性差。

表層為Qel+dl/碎石土。下伏基巖為∈1h炭質板巖、炭質灰巖，強風化呈碎塊狀，弱風化節理裂隙發育，巖體較為破碎。隧道區地表水以近南北向山脊為分水嶺，向東、西兩側排泄。地下水主要為孔隙潛水、巖溶水及基巖裂隙水，預測全隧道最大涌水量為535m3/d，為中等富水區。經勘察該區域可能存在順層、有害氣體、突水突泥等主要地質災害。有害氣體主要為煤層瓦斯。

2施工方案設計

2.1明挖法

明挖法即在露頂處施作明洞。

2.1.1施工方案

土石方采用明挖法，用機械自上而下分層開挖土方，反鏟挖掘機配合自卸汽車裝、運渣，及時進行邊坡穩定支護，隨時監測、檢查山坡穩定情況。邊仰坡按照1∶0.75進行刷坡，邊仰坡防護采用φ50注漿小導管、鋼筋網、噴射砼進行防護；小導管長4.0m，間距為1.5m×1.5m，梅花形布置；鋼筋網采用φ6鋼筋網，網格為20cm×20cm。露頂洞口位置取導向墻（套拱）配合大管棚進洞的形式邊仰坡開挖到位后，先施作套拱，作為長管棚的導向墻，采用C20混凝土套拱作為管棚的導向墻，套拱在明洞的外輪廓線以外，緊貼洞口仰坡面，護拱內設3榀I18制作的鋼拱架為橫向支撐，管棚的導向管固定在鋼拱架上并焊成整體，導向管采用φ140mm無縫鋼管，壁厚5mm。在洞口施工放樣后搭設支撐體系，安裝內、外模，按設計布置工字鋼、孔口管的位置和角度，然后澆筑護拱混凝土，待護拱混凝土強度達到85%時開始施工長管棚。由于進出口地質條件差異較大，為了保證施工安全，導向墻厚度為1m，縱向長度為3.5m，導向墻兩側基礎根據地質條件分別進行加固處理。

2.1.2優缺點分析

優點：a）造價低；b）施工工藝簡單。缺點：a）露頂處沖溝為三方匯水點，沖溝坡度大，開挖后難以防護，加之時值多雨季節，對施工影響較大；b）土石方開挖量大，對山體破壞較大，易對后期工程帶來隱患。

2.2回填貧混凝土反壓法

回填貧混凝土反壓法，即在露頂處采用C20素混凝土回填，待混凝土強度達到要求后，再開始掘進，并按雙線復合式襯砌進行支護。

2.2.1施工方案

通過施工放樣，定出水泥土回填工區后，挖除不小于30cm的保護土層，清除地表耕植土、植被草皮、淤泥等雜質，當原始地面坡度陡于1∶5時，地表應開挖臺階，臺階寬度不得小于1m。露頂處回填混凝土高度至少高出隧道拱頂3m，由于沖溝坡度大，坡長較長，且坡腳位置連接村民進山道路，露頂位置回填混凝土前，線路左側需砌筑一段長18m、墻高13m的擋墻，擋墻基礎埋深為2.5m?；炷粱靥罡叨燃皳鯄υO置如圖1所示。

圖1混凝土回填高度及擋墻設置示意圖

當掘進里程距露頂處5m時，停止掘進，待回填混凝土強度達到要求時，再開始掘進。掘進過程中，遵循新奧法原理，采用三臺階臨時仰拱法，按雙線復合式襯砌進行支護。仰拱二襯緊跟，并做好超前支護及監控量測。

2.2.2優缺點分析

優點：a）操作簡單，安全性高，對原山體幾乎無破壞，且擋墻和回填砼對山體有反壓作用；b）開挖量小，可有效控制臨時邊坡高度。缺點：a）混凝土回填方量大，擋墻圬工量較大；b）施工工期長。

2.3套拱法

套拱法即在露頂段整體施作護拱，并按雙線復合式襯砌進行支護。

2.3.1施工方案

在距離露頂處5m范圍內，采用雙線復合襯砌進行支護，徑向錨桿改為φ50注漿小導管，長4.0m。邊仰坡按照1∶0.75進行刷坡，邊仰坡防護采用φ50注漿小導管、鋼筋網、噴射砼進行防護；小導管長4.0m，間距為1.5m×1.5m，梅花形布置；鋼筋網采用φ6鋼筋網，網格為20cm×20cm。露頂處洞口位置施作護拱，護拱長度為2.0m，厚度為1.0m。內設四榀I22a工字鋼，間距為50cm，縱向采用φ22鋼筋連接，環向間距為100cm。在拱部140°范圍內設置注漿小導管，小導管共設置兩排，第一排共計55根，長6.0m，環向間距為30cm；第二排共計56根，環向間距為30cm，長6.0m，銜入山體4.0m，小導管尾端與鋼拱架腹部焊接牢固。第一排與第二排小導管錯開安裝，錯開間距為環向15cm。拱腳處設置鎖腳導管，并注漿。鋼筋網與工字鋼布置如圖2所示。

圖2工字鋼與鋼筋布置圖

由于露頂段線路左側巖層破碎，地質條件差，套拱基礎需在線路左側端加大尺寸，嵌入基巖不小于0.5m，確保穩定性。露頂處存在沖溝，且在線路左側處與村民進山道路相接，考慮到施工完成后回填土方，需在線路左側設置長18m、高8m的擋土墻。

2.3.2優缺點分析

優點：a）施工簡便，風險??；b）對山體破壞很小，植被易于恢復。缺點：施工周期較明挖長，造價亦比其高。

3施工方案比選分析

采用明挖方案容易造成邊仰坡過高，尤其是在傍山偏壓地段，山內側邊仰坡過高。邊仰坡的開挖破壞原山體的自然平衡狀態，再加上防護不及時、降水等原因的影響，可能導致邊仰坡坍塌、順層滑坡等工程病害。雖然明挖方案造價低，施工工藝簡單，但后期潛在的病害處理對工程的影響遠遠超過其節約成本的優點?；靥钬毣炷练磯悍ㄩ_挖量小，對山體破壞小，可有效控制臨時邊坡高度，保證山體穩定性；擋墻和回填混凝土對山體有反壓作用，有利于減小山體偏壓；但回填混凝土量及擋墻圬工量較大，施工周期長。

套拱法也具有開挖量小，對山體破壞小的特點，避免了大面積開挖帶來的水土流失和噴射混凝土防護對周圍環境造成的污染；只需施作臨時排水系統，能解決沖溝排水的難題；回填土有利于減小山體偏壓，隧道的永久性安全可得到有效保障。從施工的安全性，質量的可控性，以及防排水、環境保護、施工周期、工程造價等多方面因素綜合考慮，套拱法具有安全、易行、經濟的特點，對縮短工期、保證質量、保護環境又都有積極的作用，故本隧道確定采用套拱法對露頂段進行施工。

4施工安全措施

施工露頂段應采取的安全措施有：

a）洞內、外施工時，都必須配備專職安全人員；專職安全人員上崗必須佩戴安全人員袖標，凡進洞人員必須戴安全帽；

b）重視邊坡的穩定和排水，做好截水溝、邊溝，經常檢查邊坡的穩定情況；

c）加強本段的超前地質預報，注重圍巖監測和觀察，對目測觀察情況予以足夠的重視，隨時注意圍巖的巖質和分布情況變化，節理裂隙發育程度和方向，掌子面填充物的性質、涌水量，噴混凝土是否產生裂隙，拱架是否壓彎，當圍巖變形量無變緩趨勢或噴射混凝土產生較大的剪切狀態時立即停止開挖，采取輔助加固措施；

d）在隧道施工各班組間建立完善的交接班制度，在交接班時，交班人將本班組的施工情況及有關安全事宜和措施向接班人詳細交待，并記載于交接班記錄本上，工地值班負責人（領工員）應認真檢查交接班情況，若每班開工前未認真檢查工作面安全狀況，不得施工；

e）對本段施工必須制定切實可行的施工安全措施，施工中采取預防措施，不得盲目冒進；

f）隧道掌子面鉆眼前，鉆眼人員到達工作地點時，首先檢查工作面是否處于安全狀態，如支護、頂板及兩幫是否牢固，如有松動的巖石，立即加以支護或處理；

g）洞內爆破作業必須統一指揮，施工爆破時，所有人員必須撤至不受有害氣體、振動及飛石傷害的警戒區外，并設置安全警戒線；

h）當噴射砼尚未達到一定強度即趨于失穩的圍巖，或噴錨后變形量超過設計容許值以及發生突變的圍巖，宜用鋼架支撐進行支護；

i）把噴層的異常裂縫作為主要安全檢查內容之一，經常進行觀察與檢查，并作為施工危險信號引起警惕；

j）如發現隧道內有險情，必須在危險地段設置明顯標志或派專人看守，并迅速報告施工現場負責人及時采取處理措施，若情況嚴重時，應立即將工作人員全部撤離危險地區；

k）在本段開挖支護完成后，及時施作仰拱襯砌以及拱墻襯砌，封閉成環。

參考文獻

[1]鄧少軍，陽軍生，張學民，等.淺埋偏壓連拱隧道施工數值模擬及方案比選[J].地下空間與工程學報，2005，1（6）：940-943.

[2]傅鶴林，謝啟東，張聚文，等.不同級別圍巖條件下淺埋偏壓大跨度隧道開挖工法的比選[J].采礦技術，2009，9（4）：33-34，65.

[3]劉召剛，康海貴.軟巖淺埋暗挖施工過程數值模擬及方案比選[J].四川建筑，2007，27（5）：172-173，176.