大跨度浅埋土质隧洞施工技术

温东北

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州311122）

1 工程概况

该工程施工巷道0-139～0±000段为浅埋洞段，且位于地下水位以下，巷道上方覆盖层主要由第四系全风化花岗岩残积砂质黏性土组成，自稳能力差。地表地形属波状平原及滨海地带，剥蚀残丘地形，地面标高+5～+11m，地下水水位高程在+5m，为孔隙潜水。巷道埋深为11～15m。经过详勘，巷道0-139～0-063段为半土半岩石洞段，0-063～0+000段为全土洞段。

2 主要施工技术

2.1 洞口边坡开挖

从地表到约0.00m高程范围为花岗岩风化残坡积土，夹直径1～2m的孤石，土层厚度达10～15m。土方采用挖掘机分层开挖，每层高度控制在3m，人工辅助修整边坡，开挖料自卸车直接拉运到表土堆存场。孤石采用手风钻造孔，爆破解小后拉走。地下水位线以下土层含水量增加，施工便道泥泞，难以成型。

2.2 套拱施工

由于洞口段为半土半岩石断面，在管棚施工前要在洞口位置浇筑一道混凝土套拱作为管棚的起始支点。套拱又称导向墙，为C25钢筋混凝土结构。设计长4m，厚0.6m，套拱内径和开挖洞径一致。套拱在洞轴线方向一次浇筑成型，分上下半洞2次浇筑，第一次浇筑至拱脚以下2.5m。这样既可以降低脚手架高度，也可减少一次管棚的施工数量。为了保证套拱基础承载力，底部浇筑素混凝土基础。管棚的导向管采用φ168mmPVC管，测量放线后，按照位置固定在套拱的双层钢筋中。套拱仓位准备好后，开始浇筑混凝土，混凝土采用两侧同时上升下料方式，浇筑层厚控制在40cm以下，浇筑速度不宜太快，拱脚以下浇筑时间控制在6h以上，以保证浇筑面不出现初凝为准。浇筑成型后支架及模板暂时不予拆除。

2.3 地表加固及预注浆处理

由于洞室上部覆盖层为沙质残积土，含水量高，自稳能力差，在开挖前须进行加固和预注浆处理。其原理为通过钻孔，下钢管后进行有压注浆，使水泥浆液充填至覆盖土层的裂隙中，经过渗透、劈裂、压实等作用提高土层的自稳强度和防渗性，有利于下方洞室开挖是成型。

2.4 洞室开挖支护

开挖采用“三台阶七步法”施工工序，所谓“三台阶”即整个隧洞分为上、中、下3个台阶，在每一层开挖又分为几个步骤，3层共有7个步骤。施工顺序为“开挖上层第一步→做第一步的初期支护→交错开挖中层二、三步→初期支护中层二、三步→第一、二、三步立钢拱架、锚杆、挂网、喷混凝土至设计厚度→滞后一个台阶交错开挖第四、五步→第四、五步初喷、立钢拱架、锚杆、挂网、喷混凝土至设计厚度→开挖第六步（核心土）→开挖第七步（全土洞段仰拱开挖）→仰拱钢拱架、拱圈混凝土浇筑→仰拱回填混凝土施工”。土洞段采用小挖掘机人工配合开挖，遇到石方采用钻爆破法施工。第一步～第五步每循环控制在0.5～1m，第六步、第七步循环进尺控制在1.5～2m。“三台阶七步法”开挖施工台阶之间错开1～2个步距，中间留核心土。掌子面开挖暴露出来后及时进行喷混凝土封闭，遇到有地下渗水部位进行引排或进行灌浆处理。采用该施工方法，月进尺可以达到在25～30m。

2.5 仰拱施工

为有效控制变形，仰拱施工滞后开挖掌子面的间距不宜超过35m。仰拱开挖结束后对建基面喷5cm混凝土进行封闭，然后将加工成型的钢拱架与上部已经施工好的钢拱架相连，连接方式为螺旋加焊接。验收合格后浇筑混凝土，等仰拱混凝土强度达到75%后，方可进行仰拱填充施工。

2.6 二次衬砌

仰拱施工结束后，具备所需施工空间后，即可进行混凝土二次衬砌。设计衬砌的部位为边顶拱，厚50cm的C25钢筋混凝土，底板为混凝土路面结构。衬砌采用钢模台车一次浇筑成型，每段浇筑长度为6m。主要施工程序为：底板找平层混凝土浇筑→边墙基础混凝土施工→钢筋台车就位→钢筋制安验收→钢模台车就位→按照堵头模板、止水带等→仓位清理验收→浇筑混凝土→模板拆除→混凝土养护。

3 经验及建议

该工程按照预先制订的技术方案施工，最后顺利通过浅埋土洞段。施工过程中积累了一些经验，也遇到一些异常情况，给施工造成一定的困难，最终都通过采取一定的方法得到了解决，无论是经验还是教训，在这里总结一下，为类似工程提供一点借鉴。

3.1 预留变形空间

设计开挖的断面尺寸及混凝土衬砌没有考虑开挖后围岩变形，如果按照设计边线进行测量放线和开挖，在开挖后由于上部覆盖层变形影响，隧道内的净空尺寸变小，影响了二次衬砌的结构。本工程变形最大部位达到25cm，二衬混凝土厚50cm，由于变形的影响，使二衬混凝土厚度无法满足设计要求。后来采取凿除部分喷射混凝土，提高混凝土标号等方式进行了调整。根据本工程的施工经验，建议全土方洞段，预留变形量15～25cm，其中顶拱部位预留多于边墙部位，土石方洞混合洞段量10～15cm。当顶部覆盖层石方厚度达到2倍洞径以上时可以不考虑预留变形量[1]。

3.2 超期小导管施工材料及工艺改进

目前，超前小导管主要用于破碎岩石或者强风化部位，通过小导管本身的强度及对破碎围岩的灌浆固结形成棚护作用而提高围岩的自稳性。传统意义上小导管采用中空小钢管，上设置有小孔用于灌浆。但是在全土层中，尤其是地下水丰富的部位，存在成孔和安装困难，注浆时跑漏浆严重，压力无法上升，导致浆液不能均匀扩散在小导管周围对围岩进行加固等问题。考虑到成孔难、安装难的特点，经过反复试验可以将小导管改为中空锚杆，造孔、安装一步到位，并且提高工效。

3.3 开挖后的围岩面及时封闭

开挖后围岩面必须及时进行喷混凝土封闭。一般采用喷射素混凝土进行封闭，土质围岩采用干喷法比较合适，适当增加速凝剂的掺量，缩短混凝土的初凝时间，该工作一般在开挖后2h内完成。如果围岩面有渗水，在对渗水进行引排后，应立即进行封闭，必要时喷混凝土可以掺入水玻璃，达到迅速凝固的效果。初喷以后，立即进行钢拱架的安装及锚杆施工，验收合格后进行第二次喷混凝土封闭。从开挖结束到第二次封闭完成时间控制在12h内。围岩面开挖后迅速封闭可以防止掉块、滑塌、坍塌等现象，对洞室的安全稳定有至关重要的作用。

3.4 机械化程度有待提高

采用“三台阶七步法施工”，工序复杂、涉及的工种多，并且工序转换频繁、作业空间狭小。大的机械设备无法施展，又没有适宜的小型设备。不少作业依靠人工完成，不但工作效率低，而且存在安全隐患。特别是初期支护的锚杆安装、钢拱架安装等工序，劳动强度特别大，施工效率低下，作业人员直接贴近开挖掌子面，作业时间较长，存在较大安全隐患。目前，国内已经有企业在研制拱架安装台车来代替大部分人工工序，同时机械手的开发使用也将代替部分人工，期待这些新型设备早日能运用到工程中，充分体现“以人为本”的理念。