大跨度浅埋偏压隧道施工技术探讨

摘要：本文针对大跨度隧道浅埋偏压段的施工进行了分析，结合新建向莆铁路FJ-2标夏茂隧道实例探讨了在利用双侧壁导坑法施工过程中质量控制以及进度控制的要点。

关键词：隧道施工；大跨度；浅埋偏压；施工技术

中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：

1、引言

随着工程事业的蓬勃发展，隧道施工过程中遇到大跨度浅埋偏压的隧道越来越多。这种隧道施工难度相对较大，施工过程中由于施工技术措施运用或处理不当，所造成的后果无法估量。经常会造成隧道大面积塌方、增加施工成本、延误施工工期，甚至严重威胁施工人员的生命安全及财产损失。本文着重从施工安全、质量、进度等方面对大跨度浅埋偏压隧道利用双侧壁导坑法施工技术进行了探讨。目前国内尚没有较为统一的标准，关于大跨度浅埋偏压隧道施工技术的探讨有着重要意义。

2、工程概况

新建向莆铁路FJ-2标夏茂隧道为单洞双线大跨度铁路隧道，本隧道地处福建省西北部，隧道进口位于福建省三明市沙县夏茂镇上碓村南北向冲沟东侧斜坡上，自然坡度20°～30°，植被发育茂盛，山坡临空倾向方位为265°。隧道起止桩号为DK322+345～DK328+685，全长为6340m。

夏茂隧道进口DK322+345～DK322+548段为浅埋偏压地段，最大埋深约30m，最浅埋深仅为2m，隧道开挖净宽14.92m，曲线加宽40cm，开挖断面152.4，衬砌内轮廓半径6.65m，洞内设人字坡，进口段为6‰单面上坡。

隧道进口浅埋段地表为坡残积粉质粘土，下伏为强风化黑云母变粒岩，岩石风化呈土状，岩层向洞外倾斜，对洞口稳定性不利。洞顶、洞身由于埋深较浅稳定性差，施工过程中极容易发生塌方，工程地质条件差，为Ⅴ级围岩。

隧道区域内地下水类型有基岩裂隙水和构造裂隙水，受大气降水补给，向低洼处排泄。孔隙水主要分布于坡积土及岩石的全、强风化岩中，基岩裂隙水分布于弱风化岩裂隙中。构造裂隙水预测F1断层具有一定导水性，可能存在，其余断层地下水贫乏。隧道进口洞口横断面布置示意图如图1所示。

图1夏茂隧道进口洞口横断面示意图

3、超前支护方案

3.1管棚导向墙（套拱）

夏茂隧道进口洞口采用了“早进晚出”的原则进洞，尽量减少边、仰坡开挖，在明暗洞交界处掏槽施工，仅将导向墙的位置掏挖出，这样，既减少了对洞口围岩的扰动和对原始地表的破坏，有效地保证了施工安全和环境保护，又可利用原始岩土做导向墙的内模支撑，方便了施工。待长管棚施做完后，再将导向墙下方的岩土挖去，采用双侧壁导坑法开挖进洞。

导向墙宽100cm，内部采用两榀I18工字钢作为骨架，同时做为模板支撑；用C20混凝土将I18工字钢一起浇注在混凝土中，浇注导向墙混凝土前，在I18工字钢上预埋Ф140mm钢管作为超前长管棚施工的导向管。

3.2 超前支护

在浅埋、偏压及破碎软弱围岩隧道施工中，一般须进行超前支护。本隧道洞口采用Ф108mm热扎无缝钢管做为长管棚，注水泥单浆液进行超前支护，管棚长30m，每节长4~6m，以丝扣连接而成，采用钢花管和实钢管交替布置。齐数采用钢花管，偶数采用实钢管，施工时先打设花钢管并注浆，在打设实钢管，花钢管上钻注浆孔，孔径10mm～16mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止降段110cm。钢管环向间距中至中为40cm，钢管轴线与衬砌外缘线的夹角1°～3°，钢管径向施工误差不大于10cm，相邻钢管之间环向误差不大于5cm。钢管内设置钢筋笼，以增强管棚强度；管棚注浆终压为2Mpa。

洞身地段采用Ф42超前小导管预注水泥单液浆进行超前支护，超前小导管与钢架配合使用。导管长450cm，前端做成尖锥状，纵向两排的水平投影搭接长度不小于100cm，环向间距40cm，外插角5º~10º，注浆压力为1.0Mpa（注浆孔孔径为10mm，间距为15cm，呈梅花型布置4排）。

注浆施工过程中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。注浆参数应根据注浆试验结果及现场实际情况进行调整。

4、双侧壁导坑法施工

4.1施工方案

采取早进晚出进洞施工方案，施工时采用双侧壁导坑法。以“预支护、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，稳步施工，确保安全。

浅埋偏压段围岩岩体完整性差，整体强度低，稳定性差，易坍塌，在开挖时需严格控制围岩变形，支护采用高强度和刚度的初期支护，限制围岩变形，同时仰拱和二次衬砌必须紧跟，及时形成封闭结构。一般仰拱距掌子面距离不宜大于35米，衬砌距掌子面距离不大于70米。

4.2施工工艺流程

软弱围岩承载力低、稳定性差，易发生坍方，再加上处于偏压、浅埋段，因此，如何对围岩进行预加固和消除偏压对隧道施工的影响成为安全施工的关键。本隧道浅埋偏压段采用双侧壁导坑工法施工，施工工艺流程如图2所示。

图2双侧壁导坑法施工工艺流程图

4.3双侧壁导坑法开挖与初期支护

4.3.1开挖

超前支护注浆强度达85%后，采用双侧壁导坑法开挖，如图3所示。

图3双侧壁导坑法施工示意图

开挖外轮廓时，采用风镐配合人工开挖，局部遇到坚石时，为减少对周边围岩的扰动，采用弱爆破将坚石震裂后用风镐开挖，小型挖机清碴，自卸汽车运碴至弃碴场。开挖进尺控制在0.6-0.8m之间。开挖完成后及时初喷混凝土封闭掌子面及周边围岩，然后架立永久钢架及临时钢架，安装网片，施工锁脚钢管，复喷至设计厚度，然后进行下道循环施工。具体的施工工序、步骤如下所述：

第一步：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。（2）弱爆破开挖①部。（3）喷5cm厚混凝土封闭掌子面。（4）施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设I20a钢架及I18临时钢架，并施作锁脚钢管。 （5）施作锚杆后复喷混凝土到设计厚度。

第二步：（1）在滞后于①部2～3m后，弱爆破施工②部。（2）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。（3）架设I20a钢架及I18a临时钢架。（4）施作锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

第三步：（1）利用上一循环架立的钢架施作超前支护。（2）弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同①。

第四步：弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同②。

第五步：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。（2）弱爆破开挖⑤部。（3）喷射混凝土封闭掌子面。（4）导坑周边初喷4cm厚混凝土，架设拱部I20a钢架。（5）施作锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

第六步：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。（2）弱爆破开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同⑤。

第七步：（1）弱爆破开挖⑦部。（2）安设I18横撑。

第八步：（1）弱爆破开挖⑧部。（2）导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设I20a钢架使钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。

第九步：逐段拆除临时钢架单元，浇注仰拱及隧底填充（仰拱与隧底填充应分次施作），施作二次衬砌。