浅埋偏压段隧道盖挖法的应用与施工技术

班瑞宏

摘要： 结合云桂铁路望香台隧道浅埋偏压段，对明挖和盖挖两种施工方案进行了技术经济以及施工安全比较。并对盖挖法施工方案及施工工艺进行了介绍。

Abstract： Combining with the shallow buried bias section of the tunnel， the technical economy and the construction safety comparison of the two construction schemes are carried out. The construction scheme and construction technology of the cover are introduced.

关键词： 浅埋偏压段隧道盖挖法施工；技术应用；安全

Key words： shallow buried partial pressure section tunnel construction；technology application；safety

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0108-04

0 引言

盖挖法是当地下工程施做时需要穿越公路、铁路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法，是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。将盖挖法引用到浅埋偏压段隧道安全过渡，实践证明，该方法节约了投资，缩短了工期，保护了环境，保证了施工的安全，是成功可行的。

1 工程概况

1.1 工程简介

望香台隧道位于革龙～新哨区间，全长742m，起讫里程DK567+500～DK568+242。其中DK567+500～+543设计为明挖，DK567+543～+585设计为盖挖，明暗挖分界线里程为DK567+543。洞身段最大埋深约39m，最小埋深约1.5m，明洞段覆盖层厚度3.3m～4.0m；出洞口处覆盖层较浅，自然坡度35°～45°，围岩级别为Ⅴ级加强。

1.2 地层岩性

盖挖断覆盖层为第四系全新统坡残积（Q[4]（dl+el））红粘土、粘土、粉质粘土、碎石土，坡洪积（Q[4]（dl+pl））松软土、次生红粘土、粘土。下伏基岩为三叠系中统个旧组一段（T[2]g（1））砂岩及页岩条带，地层岩性分述如下：

<6-9>粘土（Q[4]（dl+pl））：棕红、紫红、黄褐色，硬塑状，分布于隧道进口处附近，厚约2～10m。属Ⅱ级普通土，C组填料。

<7-4>粉质粘土（Q[4]（dl+el））：褐黄色、红褐色，硬塑状；含风化残留角砾5～10%，为泥岩风化产物，DK567+538～DK567+939段，厚度1.80～6.80m，属Ⅱ级普通土，C组填料。

<14-5-3>砂岩夹页岩（T[2]g（1））：紫红、棕红、褐黄色，薄～中层状，钙泥质胶结，浅表风化强烈，含锰线，分布于DK567+538～DK567+920段洞身及DK567+920～DK568+252段右侧。全风化带（W[4]）呈土状，保留有原岩结构，厚0～11m，属Ⅲ级硬土，C组填料；强风化带（W[3]）呈碎块状，厚0～24m，属Ⅳ级软石，C组填料；以下弱风化带（W[2]）属Ⅳ级软石，B组填料。

1.3 不良地质与特殊岩土

隧区不良地质为顺层偏压，特殊岩土为红黏土、人工弃土。

顺层偏压：DK567+538～+920段出露砂岩、页岩，岩层层理产状为N5～20°W/35～60°SW，与线路夹角为30～40°，倾向线路左侧，横断面视倾角30～58°，隧道右侧顺层偏压。DK567+920～DK568+252为白云岩，局部夹页岩条带，岩层层理产状N15～20°W/60～65°SW。

1.4 地形地貌

隧区属岩溶侵蚀中山地貌，地形起伏较大，地面高程1490～1536m，相对高差大于40m，坡面多垦为旱地，植被发育较差。地表多被第四系覆盖，基岩零星出露。段内无居民点分布，交通条件差，在隧道中部DK567+890处有乡村公路通过。

1.5 工程地质、水文地质

①隧区覆盖层为第四系全新统坡残积（Q4dl+el），红粘土，粘土，粉质粘土，碎石土，坡洪积（Q4dl+Pl）松软土，次生红粘土，粘土。下伏基岩为三叠系中统个旧组一段（T2g1）白云岩，砂岩及页岩条带。

②水文地质：隧区内属于碳酸盐岩溶水及碎屑岩风化裂隙水，主要含水层为T2g1白云岩砂页岩。岩溶含水层属裸露型，富水性中等～较强，近地表岩溶垂直发育，以溶隙（穴），溶槽，落水洞，洼地为主，受大气降水，地表水渗入补给，通过岩溶管道深部迳流；砂岩风化层少量裂隙水，向低洼地帶排汇。

③不良地质状况和特殊岩土：隧区不良地质为顺层偏压，存在岩溶、人工坑洞现象，特殊岩土为红粘土，人工弃土，围岩整体稳定性差，极易坍塌。

2 施工方案比选

明挖法和盖挖法均适用于浅埋偏压隧道施工。要结合现场的防排水设计、施工安全管理要求以及环保要求等多方面因素对这两套方案进行对比和筛选，最终确定适合目标工程的最佳工法。

2.1 明挖法施工方案的不利因素

①明挖法未设置临时排水所用的边仰坡截（排）水沟，从施工角度来看这套工法并不完善。经现场水文勘测，位于山谷冲沟之中的DK567+543～+585施工段，其上游具有较大的汇水区，在降水时节水流较大，明挖工期至少需要3个月，开工后无法规避雨季。加之明挖法缺少比较有效的临时排水方案，一旦碰上强降雨，雨水将灌入隧道，无形中增大了暗洞开挖难度，且施工中还会出现更多不安全因素。

②明挖斷面开挖边坡、仰坡坡率过陡，施工中可能出现滑坡事故。如果将坡率放缓，势必会增加开挖或回填环节的工程量。

2.2 盖挖法施工方案的优势

对DK567+543～+585段采用回填反压，暗挖通过，确保了隧道出洞的安全。

①盖挖法只需做临时改沟，分段施工即解决了排水难题，顺坡回填接原始冲沟自然排水，雨季没有任何影响。同时明挖改暗洞施工后，对隧道结构永久性防水更有利。

②42m地段采用盖挖法施工，开挖土方仅9020m3，减少了土方开挖量，施工周期短，操作容易。

③盖挖法对原有植被和林木几乎没有任何破坏，避免了大面积开挖带来的水土流失和喷射混凝土防护对周围环境的污染，环保理念得到较好地贯彻与体现。

④盖挖法施工减少了隧道暗挖施工所必须采取的管棚预支护、地表注浆等支护加强措施，同时通过加强地表沉降监测控制变形量，技术上安全可行。

⑤DK567+543～+585段回填反压、洞内加固施工技术方案易行，且回填有利于减小山体偏压，隧道永久性安全得到有效保障。

2.3 施工方案的经济比较

对明挖法和盖挖法的工程量和施工成本进行了一个大概的统计，其中盖挖法只增加了约23.5万元的工程预算。相对来说，明挖法不仅在场地费、林木砍伐等项目上增加开支，而且会增加一部分施工费用，工程预算比明挖法要高一些。经对比分析，盖挖法更符合本次工程建设要求，并且该工法能够在节省成本的同时进一步压缩工期，相对来说更经济实用。因此，建议采用盖挖法施工。

3 盖挖法施工工艺

按照盖挖法理念，结合地表0～3m为粉质黏土，以下为泥岩砂岩及砾岩，护拱（盖子）地基承载力相对较高的现状，该浅埋段采用无边桩盖挖法施工。通过明挖法施作拱部，在明挖基槽内先施做套（护）拱条形混凝土基础，在利用钢拱架上悬吊钢模灌注钢筋混凝土护拱，其余部分在护拱施工完成后采用洞内暗挖施工。

施工顺序：施做地表临时排水系统→拱部预留核心土开挖，并施作临时边仰坡防护→护拱条形混凝土基础→架设拱部钢架→安装护拱内外模→浇筑护拱混凝土→待护拱混凝土达到设计强度后，回填浆砌片石→按新奥法暗挖施工其余部分。

3.1 截水天沟及边坡防护施工

3.1.1 截水天沟施工

在盖挖法施工前要在洞口边仰坡范围内设置好临时天沟截水沟。边仰坡开挖边缘线外5～10m设置截水天沟，截水天沟尺寸为0.4×0.6的梯形天沟。确保拱部明挖段排水通畅，防止阴雨天气时雨水对边坡范围内冲刷及隧道主体浸泡，对岩体等基础承载力造成影响。挖机开挖完成后，在天沟内壁喷射C25混凝土8cm，作为临时防护。永久性截水天沟在洞门施工完成后施做。

3.1.2 边坡防护施工

在开挖边仰坡时，必须严格按照施工步骤先对边、仰坡以上的山坡稳定性进行实地考察，将悬石、危石清理干净。边仰坡坡率按设计图纸施工。边坡开挖完成后，对天沟范围内至仰坡开口线范围内采用挂网喷护作为临时防护。①边仰坡临时开挖面采用喷锚网防护：喷砼厚10cm，钢筋网采用Φ8钢筋，网格间距25cm×25cm，锚杆采用Φ32砂浆锚杆，长6.0m，间距1.2m×1.2m。

3.2 拱部明挖施工

隧道拱顶以上到地表均采用明挖法施工。按设计要求顺着隧道外轮廓线逐步开挖，边挖边护，开挖深度根据现场实际地质情况确定。开挖到拱顶时暂不开挖隧道范围内土（石）体，而是将其作为护拱混凝土施工的内模（土模）方便下道工序顺利开工。

3.3 盖挖及暗挖过渡段施工

盖挖到暗挖过渡段由于进出套拱的过度段处为围岩薄弱段，所以施工套拱前在套拱两端结合套拱钢架采用大管棚并注浆进行预支护。

3.4 护拱基础施工

根据明挖基坑深度和地质水文状况确定护拱基础形式，通常采用扩大条形混凝土基础或桩基础。对于桩基础施工，必须在隧道开挖轮廓线外布置桩基础，同时设置专用托梁。护拱条形基础或托梁，要考虑预留隧道拱部或边墙初期支护型钢拱架的连接板（如型钢拱架拼装图），便于下一步护拱钢架与基础（或托梁）以及初支钢架与护拱基础的连接。

后续护拱、边墙钢拱架施工时，钢拱架连接板与护拱混凝土（或托梁）顶、底面预埋钢板连接牢固。

3.5 套拱施工

待混凝土基础施作完成后，根据隧道设计断面尺寸，安装拱部型钢钢架，钢架间距与暗挖部分初期支护钢架间距一致。护拱钢架采用Ⅰ20型钢拱架间距60cm，拱架脚部采用C25砼底梁（截面（0.6m+0.8m）/2×0.5m）做支撑），纵向间距60cm，采用Φ22钢筋纵向连接，环向间距100cm，套拱环向长度根据现场实际地形地质及施工情况进行调整，拱脚嵌入岩石深度不小于50cm，确保施工安全。套拱拱脚与岩面连接采用Φ42锁脚钢管并注浆稳固钢架，钢管长L=4m，其中端部1m埋入护拱砼内，锁脚锚管按每侧2根，纵向间距0.6m布置，并与钢架焊成一体，Φ8钢筋网片焊接在拱架外侧，确保套拱浇筑后与岩面牢固连接。

3.6 护拱混凝土施工

装配型钢钢架的过程中，先将护拱混凝土基础（或托梁）中的预埋钢板凿出，通过螺栓对其进行连接。采用在钢拱架上悬吊钢模的方法施作护拱内模，然后用模板加固护拱外模。检查并确认护拱的内、外模稳固后浇筑护拱混凝土。护拱采用C20砼，拱部厚100cm，底部厚150cm。待护拱砼达到设计强度后拱顶2m范围内回填M10浆砌片石，并在DK567+543～+585段右侧自然冲沟采用M10浆砌片石铺砌，并在顶面设置洞顶水沟。

3.7 暗挖施工

护拱施工完成后，从暗挖段（或洞口）进入护拱内进行盖挖段剩余部分围岩的开挖和支护。暗洞段拱部保留原钢架及喷砼，取消系统锚杆。剩余部分围岩的开挖支护施工，开挖过程中注意为隧道预留20cm的变形量，结束初支工序后尽快对监控量测点进行踩点和布置。遵循“短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的暗挖方针，严格开挖制循环进尺，及时施作钢架确保锁脚锚管施工质量。

3.8 拱顶碎石土回填

待混凝土强度符合相应指标后，用碎石土回填并夯实（回填标高为200cm），再将顶面做出一50cm粘土隔水层；DK567+543～+585段回填反压段覆盖层小于200cm的段落，回填至200cm高度，并逐层夯填密实；临时改沟一并进行回填，采用对称回填，减少对山体及结构物的偏压。

3.9 监控量测

在前期监控量测的基础上，在洞内及地表以5m为一个断面采取加密布点监控。对监控量测结果绘制成图谱进行数据分析，及时掌握围岩的变化情况。

3.10 施工注意事项

①做好超前支护辅助施工措施，以保证开挖作业安全。②围岩开挖采用挖掘机和人工配合施工，局部需爆破施工时，密打眼，采用预裂爆破施工，尽量减少对地层的扰动。③遵循步步成环的原则，每步开挖后，及时施作初期支护和临时支护，尽早封闭成环。④施工前，应做好地表截水天沟和临时排水措施，确保拱部明挖段排水通畅。施工中，加强对边仰坡变形的监控量测工作，分步分段开挖，并及时做好防护措施，待护拱衬砌达到设计强度回填，完善地表排水体系后，方可进行暗洞施工，施工中，控制进尺长度，并加强地质预报及监控量测工作，及时分析，必要时调整优化支护措施，确保施工安全。

4 結束语

望香台隧道在超浅埋偏压复杂地质地段采用盖挖法施工，已于2014年10月顺利完工，目前该段结构稳定，无质量病害问题。因此，在隧道浅埋偏压地段，根据实地调查采用盖挖法施工，对缩短工期、保证质量、保护环境等都有积极的作用。同时，该方法的成功应用，亦为类似工程情况提供了解决方案。

参考文献：

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]程炜，程新军.复杂地形条件下高速公路双线隧道施工技术[J].铁道建筑，2005（4）：45-47.

[3]程新军，程炜.浅埋偏压隧道施工技术[J].铁道建筑技术， 2004（S1）.