浅析渭河隧道拱部外露地表开挖施工技术

佟艳军

摘要： 渭河隧道拱部外露地表开挖施工技术采用三台阶临时仰拱法施工，结合大管棚超前注浆预加固技术和监控量测数据为依据及时调整施工参数。本文介绍拱部外露隧道开挖施工技术，既保护隧道周围环境，又保证隧道施工安全质量、工期效益。

Abstract： The construction technique of the exposed surface excavation of Weihe tunnel arch uses three-step temporary inverted arch. The construction parameters are adjusted in time by the pipe shed advanced pre grouting reinforcement technology and monitoring measurement data. This paper introduces the construction technology of the exposed tunnel of the arch， which not only protects the surrounding environment of the tunnel， but also guarantees the safety and quality of the tunnel construction.

关键词： 渭河隧道；拱部；外露地表；开挖；施工技术

Key words： Weihe tunnel；arch；exposed surface；excavate；construction technique

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0146-02

0 引言

為满足线路顺接、施工方便的要求，在隧道规划设计中，会出现浅埋偏压，甚至隧道部分结构外露的情况。在进行现场施工时，需要对此类情况做出特殊处理，以满足安全可靠、经济合理、技术先进的要求。文章结合渭河隧道采用隧道拱顶外露地表的开挖施工技术工法，安全、快速成功穿越DK770+300～+250段段拱顶黄土冲沟地段施工经验，为以后类似隧道施工提供宝贵借鉴经验。

1 工程概况

渭河隧道宝鸡方向DK770+300～+250段地表为黄土冲沟，并且在DK770+275～+243段拱顶已露出地表0.8m，洞身位于第三系全风化泥岩地层，属于Ⅴ级围岩，围岩自承能力差。原设计方案采用的明挖施工，开挖卸载之后进行洞室的修建。该方案，土石方开挖量大，施工进度慢、对周围环境影响大，且施工时段正处于夏季降雨量充沛时期，开挖之后雨量汇集，积水较为严重。

经调查分析，结合现场的实地勘察，总结归纳了一种适合于隧道拱顶外露地表的开挖施工技术工法，该工法避免了明挖施工工法开挖量巨大、施工工期长的缺点，并且可保护周围环境，减少了对周围居民的影响。以下主要分析以下如何进行渭河隧道拱部外露地表开挖施工技术。

2 隧道开挖施工技术

在隧道进入拱顶外露区段，首先进截排水系统施工，做好地面分流措施；其次洞内地表以下掌子面前方围岩进行超前大管棚注浆加固预支护，以加强隧道围岩的稳定性。在管棚的支护下，开挖上导并及时进行钢架支护，立模喷射混凝土；同时为了防止侧壁围岩的失稳坍塌，通过径向锁脚管棚以及径向锁脚锚管进行注浆围岩加固，防止钢架下沉；以少扰动、早支护、勤测量、紧封闭的原则进行隧道内开挖作业，特别是在钢架拱脚部位，需要锚固加强，一方面可以缓解围岩变形，另一方面可以防止拱顶沉降。

该开挖技术工法在施工过程中，需要进行监控测量，做好相关的记录手册，及时进行分析，实现信息化动态施工，以确保隧道施工安全性。

3 地表截排水施工

隧道开挖外露部位前，根据现场施工地形修筑截排水沟。排水沟汇聚地表水引排至城市排水系统。外露地表位置存储备彩条布等防洪物资，防止地表水倒灌现象发生。现场配备扬程满足施工排水需要的水泵多台，及时抽排地表水。

4 大管棚超前注浆预支护施工

大管棚超前预支护采用外径φ108mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管，尾部焊接φ10mm加箍筋，管壁四周钻φ12mm压浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不小于150cm的不钻孔的止浆段。导管沿环向120度范围布设，间距35cm。管棚采用施工长度为15m，每个循环开挖12m，每循环管棚搭接3m。为了确保管棚施工精度，洞内初期支护进行扩挖管棚工作室，采用用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻头导向定位精确，及时进行钻进施工过程钻头纠偏措施。管棚施工采用跟管钻进，钢管沿隧道周边以1°～3°外插角打入围岩。

注浆采用注浆材料为水泥砂浆，注浆压力为2.0MPa，浆液渗透围岩体内，固结管棚周边围岩形成整体。注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。

注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

管棚施工严格控制施工角度及施工注浆质量，保证开挖过程围岩自身形成稳定的承载拱。

5 洞身开挖支护

为了确保隧道施工安全，减少隧道各部施工对周边围岩扰动，采用人工配合机械机械开挖土体，特别是拱脚部位采用风镐人工开挖。隧道开挖施工各工序采用单工序循环作业。渭河隧道采用Ve衬砌类型进行施工，同时采取支护加强措施。特别隧道上台阶采用预留核心土，开挖上台阶，将上台阶钢架拱脚处夯实，并施加混凝土垫块，架设上台阶导钢架，同时每榀拱脚采用纵向槽钢连接。每榀钢架节点处采取措施进行加强，每处增设φ108mm管棚锁脚锚管2根，长4.0m，及时施工临时仰供封闭上台阶初期支护。为增强钢架间整体性，拱架纵向连接筋设为双层布置。拱顶外露地表区段，进行喷混凝土时需要在钢架外侧架立模板，以满足拱顶混凝土能够凝固成型并保证一定的强度。

中下台阶严格按照三台阶临时仰拱法施工，台阶长度3～5m，同一断面下部断面开挖应左右两侧交错分部进行，避免下台阶与仰拱同时施工。该段隧道位于地表外露地段，初期支护及早封闭，衬砌紧跟，仰拱一次开挖长度不得大于3m。

6 隧道监控量测

6.1 地质和支护状况信息的观察

观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描。加强本段的超前地质预报，注重围岩监测和观察，对目测观察予以足够的重视，随时注意围岩的岩质和分布情况变化，节理裂隙发育程度和方向，掌子面填充物的性质、涌水量，喷混凝土是否产生裂隙，拱架是否压弯。当围岩变形量无变缓趋势或喷射混凝土产生较大的剪切状态时立即停止开挖，采取辅助加固措施。

6.2 地表沉降监测

DK770+300～+250段属隧道浅埋段，覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保浅埋段的施工安全，进行地表沉降监测。布点原则为：沿隧道轴向每隔5m布设。横断面方向应在隧道中心及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，每个断面设7～11点，监测范围应在隧道开挖影响范围以外。地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。

地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。

6.3 拱顶下沉及收敛量测

拱顶下沉及净空变位收敛量测， 根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点。DK770+300～+250段设计为Ⅴ级围岩，量测断面间距为5m。净空变位量测在开挖后尽早进行，初读数在开挖12小时内且在下一循环开挖前读取，采用全站仪量测。浅埋地段洞内外量测点布设在同一横断面内。

6.4 监控量测数据处理

①将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中，作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间。

②制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划。

③施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。

④监测数据及时整理分析，一般情况下，每周报一次，特殊情况下，每天报送一次。监测报告包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制位移时态（或时程）曲线，进行回归分析，及时对监测结果进行综合评价，必要时停止开挖，进行地表注浆等措施加固隧道。

7 结论

实践证明：选择隧道拱部外露地表开挖施工技术工法可行有效，施工成本得到了有效控制，施工工期得到保證，周边坏境得到保护。目前该隧道已顺利完工并通车运营，可为以后同类隧道的建设提供借鉴。

①渭河隧道宝鸡方向DK770+300～+250段地表为黄土冲沟，并且在DK770+275～+243段拱顶已露出地表0.8m，洞身位于第三系全风化泥岩地层，属于Ⅴ级围岩，采用拱部外露隧道开挖技术，顺利地实现隧道贯。

②选择拱部外露地表隧道开挖技术施工可行有效，施工的安全性和施工工期成本得到了有效控制。

③在隧道开挖施工过程中，超前预加固支护质量可靠，研究合适隧道开挖方法，结合监控量测数据作为指导，综合考虑操作人员的施工能力和技术水平，才能保证施工顺利进行。

参考文献：

[1]GB50308-1999，地下铁道、轻轨交通工程测量规范[S].

[2]GB50300-2001，建筑工程施工质量验收统一标准[S].

[3]GB50299-2003，地下铁道工程施工及验收规范[S].