钱坂三号隧道出口下穿冲沟浅埋偏压段施工处理措施

【摘 要】海西高速公路网漳州至永安联络线-龙岩漳平A7合同段钱坂三号隧道左洞出口段埋深较浅，隧道出口成洞面比套拱顶标高还低10cm，洞顶冲沟下切呈深V型，同时存在洞顶孤石，洞口坡积土内暗埋大量孤石。采用地表加固和中隔壁施工法顺利通过该不良地段。

【关键词】隧道下穿冲沟；洞顶孤石；静态破碎法；洞内孤石；浅埋；中隔壁法（CD法）施工

1 工程概况

本隧道全长434米，左右洞成分离式布置，为短隧道，位于R=1530m，R=1450m的平面曲线上。隧道按新奥法原理设计，内轮廓采用三心圆拱，隧道净空较大，支护采用复合式衬砌，充分发挥围岩自稳性。隧道出口下穿正四十米长冲沟浅埋偏压段而且距成洞面三十米处存在30m3的孤石一块，出口成洞面比套拱顶标高还低10cm。雨季地表水量较大。上覆残破积粘性土，下伏基岩为三叠系溪口组泥质粉砂岩，强风化粉砂岩为主，洞身地下水主要为下伏风化基岩中的裂隙-空隙水及挤压破碎断裂带和裂隙集中的构造裂隙水，其中涌水量受季节性影响较大。

2 施工方法

2.1 浅埋、偏压情况概述

钱坂三号隧道左洞出口施工前项目部组织业主、监理、设计院四方对该浅埋偏压段的地形地貌、浅埋偏压程度及覆盖土层的地质性质进行勘察。

根据现场四方勘察，从明暗分界里程开始到漳州方向约40米范围内，隧道均属下穿冲沟浅埋段，出口位于山坡上，地势左高右低严重偏压，而且30米处存在30m3 左右的孤石约50t。隧道埋深从0米过渡到10米，冲沟底地质为残积粘性土，成洞能力极差。

2.2 孤石、浅埋偏压段技术处理方案

由于隧道开工时间正处该地区雨水较多时节，地表土受大气降水冲刷和洞内后期爆破施工扰动影响，存在较大的施工安全隐患。针对勘察发现的问题制定了不同的处理方案。

2.2.1 洞顶孤石处理。

洞顶三十米处孤石存在滚落、下沉等安全隐患亟须进行孤石分解处理减少洞顶荷载对施工的影响。洞顶孤石作为一种潜在的崩塌体或者说是崩滑体，必须按照“一次治理，不留后患”的原则。经过现场实际勘察讨论提出以下三种方案。

方案一：火工品爆破

鉴于项目刚进场不久加之本地区炸药审批手续复杂，暂时无法利用炸药爆破施工，况且靠近民居乡道，人员密集，严重时会导致孤石滚落挡塞公路，更有甚者落入鱼塘，存在较大安全隐患。

方案二：锚固法

该方法简单方便，但是存在两点问题：孤石巨大，浅埋段进行锚固，钻孔较深，对地表及孤石扰动性大；锚固方式对耐久性要求高，锚具防腐蚀能力要求严格，同时要防止锚固松弛。否则孤石就会成为一颗“定时炸弹”。

方案三：静态破碎法

无声破碎剂（俗称膨胀炸药）是一种不用炸药就能使岩石、混凝土破碎开裂的粉状工程施工材料。它的破碎机理是利用膨胀剂的水化反应，使晶体变形，膨胀。从而缓慢的将膨胀压力施加给孔壁，将岩石分解，达到破碎清理的目的。一般八个小时左右见效。

无声膨胀剂有以下几个特点：

（1）价格低廉，使用安全，便于管理。不受公安机关管控。

（2）作业操作简单，只需加水拌合后灌入钻孔中塞进即可，不用引爆。

（3）环保绿色，没有声音、没有震动、没有飞石、没有毒。

静态破碎法施工要点：

（1）检查药剂包装是否完整。操作前应准备好一下材料：药剂、洁净拌合水、塑料搅拌桶、搅拌棒、手套、毛巾等。

（2）机械准备：空压机、凿岩机

（3）划线布眼。合理布置孔距与排距，由上至下，由外至里，分层破碎剥离。岩石自由面越多，破碎效果越好。建议使用Φ50钻头，钻头过小，药量少，不易发挥药力。钻头过大容易发生冲孔。

2.2.2 引排地表水

雨季来临之前，在成洞面以上三米处进行沟底回填砌筑洞顶截水沟并且沟底铺设防水土工布，拦截地表水，将水引至他处排放。防止山顶地表水冲刷边仰坡，造成边仰坡坍塌或滑坡。提高山坡自稳。

2.2.3 地表加固

边仰坡以上5m范围内，清除地表植被，挂钢筋网并喷射C20喷射混凝土，形成护面板封闭地表。喷射砼表面保证平顺，确保排水通畅。

边仰坡以上5m至10m浅埋段采用片石铺砌，水泥砂浆勾缝，避免地表水下渗，侵入洞内。

边仰坡5m至30m范围内采用Φ5.0小导管地表注浆，设计间距为1.0m×1.0m，梅花形布置，管长3m。小导管的角度按照坡面法线偏10°设置。水泥浆固结地表，减小由于隧道施工引起的地表沉降，保障施工安全。

2.2.4 洞内孤石处理

隧道出口段围岩属坡积粉质粘土，同时土体内部夹杂大量孤石，在隧道开挖过程中存在极大危险隐患。掌子面开挖时曾发生过拱顶暗埋孤石坠落事故。掌子面前方孤石探测推荐三种方案：

方案一：大管棚钻孔拱顶孤石探测

进行大管棚钻孔时，随时注意前方围岩变化，发现前方出现较硬围岩及时记录钻孔编号，确定孤石位置。

方案二：超前地质扫描

利用超前地质预报提前探知孤石大概位置，为下一步开挖提供参考。

方案三：钻设超前探杆

在超前大管棚探测不到的位置，钻设超前探杆，确认前方孤石情况。对于暴露在掌子面上的孤石，应采用挖机确认其大小，并及时排除。

总结经验教训提前确定孤石掌子面前方孤石数量及位置，有效避免安全事故再次发生。

2.2.5 地表加固后在洞顶地面布置沉降观测点，当洞内掌子面里程开挖到观测点里程时，开始进行地表沉降观测。

小导管注浆、喷射混凝土、片石铺砌形成保护壳结构。

2.3 浅埋偏压段的隧道施工

2.3.1 长管棚超前支护

左洞管棚长32m取φ108×6mm热轧无缝管（4m与6m交错布置），接头采用丝扣连接，长度是0.15m，纵向同一断面处的接头不大于百分之五十，相隔钢管的接头至少需错开100cm。管棚导向墙为C25混凝土套拱。套拱内各设3榀工18型钢，工型钢与管棚钢管焊成整体。套拱完成后，喷射C25砼15cm原封掌子面作为注浆的止浆墙。

根据作业要求高度采用预留核心土作为钻机作业平台，平台牢固稳定。用钻机钻孔，管棚严格按设计位置施工，准确控制钻机立轴方向，钻完一根便顶进一根长钢管，施工时自下而上进行。

偶数号钢管为φ108mm热轧无缝钢管，奇数号采用φ108mm钢花管。先钻设钢花管，注浆凝固后再钻设无孔钢管，在无孔钢管的钻进过程中检查钢花管的注浆质量，符合要求时再安装无孔钢管，否则安装钢花管进行补充注浆。

为保证钻孔方向的准确，应运用测斜仪测量钻进的角度。当偏斜度过大时应及时矫正。各钻孔做好施工记录。套拱基地承载力应大于0.3MPa。

要注意几个问题：

（1）按设计，洞口管棚套拱C15片石混凝土底座，沿路线长度200cm，呈梯形。这个施工可以按设计断面开槽，其余断面内土体不动，（标高越高越有利于施工）即保留核心土；

（2）管棚施工中心垂直高度为5.8m，施工过程以此为参照。合理安排洞外施工场地的空间和地面标高，以方便施工。

（3）棚管注浆要求一次性完成，并安装一根注一根；

（4）管棚基座基底承载力不小于0.3MPa，作业时，首先要测试基底应力，不够时加深加宽基础予以处理。

2.3.2 正洞开挖及初期支护

隧道出口端属V级围岩采用中隔壁法进行开挖， Z5-1新奥法复合衬砌支护。

开挖侧壁导坑，进行初期支护，然后进行剩余部分开挖和支护，并在拆除临时支护后及时浇筑二衬混凝土。每次开挖进尺不宜大于钢拱架或锚杆纵向间距的1.5倍，施工时首先由技术人员进行隧道断面轮廓线的放样，再用人工配合风镐和挖掘机开挖.

（1）开挖侧壁导坑左上半断面。

（2）初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及临时仰拱）。

（3）开挖侧壁导坑左下半部分（包括临时仰拱）。

（4）左侧导坑下半断面初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及仰拱初期支护）。

（5）开挖右侧导洞上半断面。

（6）右侧导洞上半断面初期支护（包括拱墙初期支护及临时仰拱）。

（7）开挖剩余部分（包括临时仰拱）。

（8）剩余部分初期支护（包括仰拱初期支护及仰拱初期支护）。

（9）分段拆除中隔壁临时支护。

初期支护采用喷射砼和钢筋网及锚杆联合支护体系对隧道围岩进行支护。

Z5-1型复合衬砌初期支护参数如下：

（1）初期支护：喷射C25砼厚度0.24m；

（2）锚杆：拱墙范围内采用Ф22组合式锚杆，L=350cm，间距100×100cm梅花型布置。

（3）钢筋网：采用双层φ6钢筋，网格间距20×20cm。钢筋网应与锚杆尾端连接牢固（要求进行点焊牢固）。

（4）钢架支撑：采用I18型工字钢，中心间距50cm，钢架间用直径25纵向连接筋焊接在一块，连接筋环向间距100cm，钢架在安设的时候，第一步喷砼填充钢支撑背侧，目的是保证钢支撑与围岩的密贴，钢支撑安装保持铅直。

（5）拱墙初支为开挖后先湿喷0.04m厚C25混凝土，挂钢筋网，架设钢支撑，再喷0.2m厚C25混凝土，再挂钢筋网，结束的时候喷至设计厚度。

3 结语

钱坂三号隧道出口地形集浅埋、偏压、洞顶孤石各种复杂施工环境。在处理过程中，从洞内和洞外两方面入手，首先考虑洞顶孤石造成的过大集中荷载，利用地表注浆固结及喷射砼覆盖，提高围岩的自稳性。封闭地表切断地表水向洞内渗透，保证隧道开挖过后山体的稳定性，没有出现边坡的坍塌、下陷等问题。大管棚注浆固结土体，约束了收敛变形，进一步提高了围岩自稳，减弱了围岩对隧道的偏压荷载。通过沉降量的观测和边墙的测量数据分析，证明上述施工方法对浅埋偏压地段隧道施工作用良好。