隧道盖挖法与地表注浆固结暗挖法施工方案比选

张党平

摘要：以某凤凰山隧道为工程背景，该项目采取明洞暗挖形式过渡，经过对两种明洞暗挖措施工工艺、施工安全、设备投入、工程费用的比选，将原设计的反压回填地表注浆固结暗挖法优化为盖挖法施工，加快了施工进度，缩短了施工工期。实践表明：盖挖法施工该类型隧道明洞暗挖段切实可行、经济高效，以期为今后类似工程提供参考。

关键词：浅埋隧道;盖挖法;明洞暗挖

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）14-0243-02

1工程概况

某客运专线凤凰山隧道位于建阳市童游镇境内，全长495m，单洞双线隧道，全隧道为V级围岩，属浅埋偏压。隧道地处剥蚀低山，地势起伏较大，自然边坡15～25°，局部35°;表层为粉质Qwl+dl粉质黏土，棕红色～紫红色，硬塑;下伏基岩为云母石英片岩Pt2s，全风化，紫红色、黄褐色，呈砂土状，夹有碎块状强风化体，遇水易软化;岩层产状91°∠29°;地表水为孔隙水，地下水为基岩裂隙水，较发育。隧道在DK600+440～+473段线路左侧有冲击山谷一处，埋深仅1.8～2.5m，洞顶衬砌局部段落部位外露地面，设计采用明洞暗挖。

2施工方案

2.1地表注浆固结法

采用反压回填10%的水泥稳定碎石土结合深孔注浆加固地层，加固宽度为隧道中线左侧10.5m，右侧15m，注浆深度为反压回填面至仰拱开挖底面以下≥2m;反压回填完成后，反压回填面浇注20cm厚C20砼止浆盘，止浆盘中间设置Ф8钢筋网，网格间距20×20cm;止浆盘强度达到75%后，钻设竖向注浆孔，孔径中110mm，纵向间距2m，横向间距1.5m，梅花型布置，孔深16.2～24.2m，孔口管采用Ф89mm热轧无缝钢花管，壁厚5mm，单根长度3m，与止浆盘采用M40砂浆固定牢靠;注浆材料采用单液水泥浆，水灰比0.6：1～1：1，注浆压力初始0.2～0.5MPa，终压2～3MPa，持压2min注浆完成后，钻孔取芯验证注浆效果，合格后在止浆盘上部回填50cm厚粘土隔水层，并植草绿化;最后采用双侧壁导坑法暗洞过渡。

2.2盖挖法

采用锚固桩、纵梁结合套拱及水泥碎石稳定土反压回填加固，然后暗洞采用暗挖法过渡。在隧道左右侧，距离隧道中线7.7m位置施作6根锚固桩，锚固桩桩身截面尺寸2m×2m，护壁厚度0.2m采用C20钢筋砼浇注，锚固桩顶设置纵梁，桩身钢筋进人纵梁1.5m;纵梁位置开挖时，对线路右侧临时边坡打设4m长Ф22砂浆锚杆、挂Ф8钢筋网片、喷射10cm砼进行防护，锚杆间距1.5m×1.5m，网片网格间距0.25m×0.25m，开挖至纵梁标高位置，按照纵梁结构尺寸和布置形式施作纵梁，并预留套拱接茬钢筋;采用土模法施作套拱，套拱采用C25砼浇注，厚度l m，套拱内底部设Ф20钢筋网片一层，网格间距0.25m×0.25m，保护层厚度15cm套拱强度达到75%时，反压回填，回填采用c组细粒土，底部基础分台阶，台阶高度≤0.6m，并采用小型设备分层碾压、夯实;最后施作0.5m粘土隔水层，并植草绿化;采用三台阶七步法暗洞过渡。

3具体施工工艺

3.1地表注浆固结法

主要及关键工序为水泥碎石土反压回填、钻孔注浆、钻孔检验补浆、施做隔水层并绿化、暗洞双侧壁导坑法开挖，重点确保施工过程中、施工后的防水、排水系统质量。根据注浆效果需要，水泥碎石土反压回填必须采用大型碾压设备，受地形环境限制，大型碾压设备操作较为困难。钻孔注浆因该段地质上层为水泥碎石稳定土孔隙率15%～25%，厚度0.5～3.6m;中间层为粉质粘土孔隙率20%～40%，厚度9.6～15.5m;下层为全风化云母石英片岩孔隙率2%～3%，注浆厚度1.8～5.6m;因深孔注浆，受孔内摩阻力、各底层孔隙率、扩散系数影响，注浆质量及效果极难控制。注浆完成需进行效果检测，其检测受抽检概率、几率影响，使补浆施工不能全面覆盖，产生薄弱环节。暗洞开挖采用双侧壁导坑法施工，虽能降低沉降及收敛，但需大量反复安装拆除的临时钢架，对洞外土体有二次扰动，且施工步骤较多，进度较慢，对总体工期有一定影响。

3.2盖挖法

主要工序为锚固桩施工、纵梁施工、套拱施工、反压回填土、施做隔水层并绿化、暗洞三台阶七步法开挖，重点确保施工过程中、施工后的各项防水、排水系统质量。该方法中，因该隧道明洞段设计有锚固桩，且锚固桩开挖技术非常成熟，各类设备人员均无需增加配置;纵梁几何尺寸简单，工序质量易行可控;套拱采用土模施工，减少模板投入，留取预留量，确保断面尺寸;反压回填土就地取材，利用开挖土体，采用小型设备对称回填夯实，减少投入，且操作方便;洞顶及侧面形成保护壳，暗洞开挖采用三台阶七步法施工，机械利用率高，施工进度快，工期有保障。

4施工方案比选

4.1方案对比

具体方案对比见表1。

4.2方案确定

对比两种施工方案，结合施工现场，经方案评审小组讨论、研究，一致认为盖挖法施工切实可行，该方案具有如下优点：①采用锚固桩支承和土层上设置套拱，拱外回填并进行坡面防水后，实施暗挖的施工方案是合理可行的;②隧道支护外侧及顶部形成保护壳，后期洞身暗挖施工相对安全;③根据各项结构工序特点及现场情况，施工质量更容易控制和保证;④采用C组细粒土可就地取材，无须大型碾压设备，同时减少了对围岩的扰动;⑤材料用量减少，降低了运输难度，对施工便道的要求不高;⑥施工投入的费用大大降低，提高了经济效益。

5施工效果

凤凰山隧道浅埋偏压段，采用盖挖法施T，确保了施_T安全，提高了施工质量，施工中采用非接触监控量测手段，监控断面最大沉降为35.2mm、水平收敛32.5mm，最小沉降为24.5mm、水平收敛22.8mm，套拱最大沉降48.9mm。与同工法、同地质条件隧道相比较沉降、收敛均有降低，同时缩短了施工工期，使该段暗洞采用双侧壁导坑法开挖需要30d的工期，在采用三台阶七步流水法开挖后降至15d。从盖挖法在该隧道浅埋偏压段的施工过程及应用效果来看，圆满达到预期要求，该方案切实可靠、简单易行，且施工中各项工序的施工安全、质量、工期、效益均有不同程度的提高和增加。

6技术总结

根据凤凰山隧道明洞暗挖段盖挖法施工的过程及效果，同类隧道在采用此类方法施工时还应注意以下几点：①该方法施工必须因地制宜，布置好施工现场的组织、运输通道，做好洞内、洞外的各项防排水工作，避免施工中出现险情或施工后留下质量通病。②根据不同地质、地貌环境选择采取不同防护加固形式，并对加固措施的结构形式、受力情况进行论证，确保防护措施结构合理、有效。③套拱采用土模或支架施工时，必须事先预留10～20cm的预留沉降量，具体数值根据地质情况进行确定，以避免套拱在施工过程中产生沉降，侵入隧道支护或衬砌断面内，造成欠挖和二次返工。④施工过程中应高度重视监控量测，做好各个施工阶段的监控量测、数据采集、分析工作，同时还应确定各项风险源，制定应对措施，做好风险管理。

7结语

随着铁路事业的不断发展，各类地形、地貌环境的浅埋偏压隧道不斷涌现，根据隧道“早进晚出、减少扰动”的设计理念，对于开挖面小或环境保护要求高的浅埋偏压隧道均可采用明洞暗挖法进行施工，而盖挖法在地铁工程施工中大量的应用，该工法已经非常成熟、完善，因此在部分明洞暗挖设计中可优先考虑采用。