浅埋偏压隧道施工方案比选及质量控制

黄 敏

（中国铁建昆仑投资集团有限公司， 四川 成都 610000）

1 工程背景

下八里隧道位于贵州省黔东南苗族侗族自治州黎平县下八里村附近，设计为分离式双洞隧道。隧道右线起讫里程桩号为K53+487～K54+188，长度701m，其中Ⅳ级围岩423m，Ⅴ级围岩266m，明洞12m，坡度为1.6%/435.8m，-0.5%/264.2m 的双向人字坡，线路位于R=1200m 的圆曲线上。隧道左线起讫里程桩号为Z3K53+457～Z3K54+157，长度700m，其中Ⅳ级围岩392m，Ⅴ级围岩296m，明洞12m，坡度为1.6%/401.039m，-0.5%/299.961m 的双向人字坡，线路位于R=1440m 的圆曲线上。下八里隧道属于中隧道，隧道最大埋深约121m。下八里隧道剑河端进出口均为偏压式，进出口洞门形式均为端墙偏压式，单侧设置重力式偏压墙，墙高8.0m，宽度3.22m。

2 浅埋偏压隧道的主要特点

在对浅埋隧道进行施工过程中，其主要特点有：

（1）埋深较浅，开挖后的隧道覆盖层稳定性较差。在对浅埋偏压隧道进行施工过程中，其覆盖层厚度通常较薄，导致其稳定性受到影响，最终出现塌方。当隧道洞口围岩风化破碎严重时，常见的支护结构无法满足施工需求，会使其出现严重变形问题[1-2]。

（2）施工难度相对较大，需要使用专项施工方案对其实施施工。为了使浅埋偏压隧道的施工质量和施工安全性进一步提高，施工单位应对支护结构进行调整，并选择合理的施工方案对其进行施工，使隧道围岩稳定性进一步提高。

3 浅埋隧道出现偏压的主要原因

3.1 地形原因

在对浅埋洞口段进行施工过程中，由于围岩对隧道洞身两侧所造成的压力具有不对称的特点，因此会使其出现偏压问题。与此同时，在对浅埋隧道进行施工过程中，当隧道洞口所处地区为浅埋破损围岩时，其偏压现象更为明显。

3.2 地质原因

在对浅埋隧道进行施工过程中，由于隧道围岩存在软弱结构层或滑动面，会导致其稳定性受到影响，与此同时，当隧道所处地区为岩溶地区时，其围岩中会存在溶洞，由于其中还有大量的泥沙和水，会使隧道稳定性受到严重影响。与此同时，在对隧道进行开挖过程中，会使围岩稳定性被破坏，导致其出现滑动等问题，从而使隧道出现偏压现象[3]。

3.3 施工原因

在对隧道进行施工过程中，由于支护不及时以及开挖方式不合理等原因，导致隧道围岩出现失稳或变形等问题，使应力过于集中，从而导致其出现偏压问题。

4 浅埋隧道施工的主要方法对比

4.1 双侧壁导坑法

在对地铁浅埋隧道进行施工过程中，使用双侧壁导坑法对其进行施工，可以使大断面隧道开挖安全性进一步提高，该种方法具有经济效益较高，拆装灵活、便捷，安全可靠以及结构简单等特点。在使用双侧壁导坑法进行施工过程中，主要是以新奥法的施工过程为基础，通过对其施工过程进行分析，总结出一套完善的隧道操作方法和修建理论，与新奥法相比，该种施工方法通常适应于城市区域中松散土介质围岩的条件，该地区的隧道埋深通常不超过隧道直径。除此之外，由于该种施工特点具有无噪音、无污染以及不影响城市交通的特点，因此可以对各种断面形式和尺寸的隧道洞室进行施工[4]。

4.2 短台阶法

在对隧道进行开挖施工过程中，使用松动爆破的方式对上部台阶进行处理，并使用小型机械或人工的方式将洞渣运送到下台阶，最后进行装车出渣施工，这种施工方法即为短台阶法。由于该种施工方法开挖台阶段，长度较短，因此其具有适用性强、灵活多变以及隧道稳定性高等特点，在对第四纪沉积地层以及软弱地层进行施工过程中，均可使用短台阶法对其进行施工。在使用台阶法对隧道实施施工过程中，由于上台阶较短，仰拱和下台阶闭合时间较短，因此隧道衬砌封闭成环速度较快，可以使隧道偏压问题得到有效解决，与此同时，该种方法可以降低隧道围岩以及衬砌施工的变形度，达到提高隧道施工安全性的目的。但是该种方式上下台阶作业过程中相互会发生干扰，因此在对下部台阶进行施工过程中，会使上部台阶的稳定性受到严重影响。

4.3 交叉中隔法

交叉中隔法又被称为CRD 法，使用CRD 法对软弱围岩大跨隧道进行施工过程中，应先对隧道一侧的一部分进行开挖施工，并将横隔板加设在开挖处，在对隧道另一侧的一部分进行开挖施工，并将横隔板加设于该处，再对先开挖一侧的剩余部分进行施工，最后完成隧道开挖。该种施工方法主要用于V 级围岩段以及Ⅳ级围岩地段进行施工，在使用CRD 法对其进行施工过程中，开挖和支护顺序应自上而下，封闭较为及时、成环时间较短，其施工中的横隔板可以使支护结构下沉和收敛变形问题得到有效控制，相较于其他施工方法，该种施工方法可以使土体水平位移和地面沉降进一步降低，但是在对横隔板进行拆除时，具有施工速度慢、工序复杂、风险大等缺点，因此应酌情选择该施工方法。

4.4 中隔墙法

中隔墙法又被称为CD 法，该种施工方法是在台阶法的基础上，从中间将隧道断面分开，形成左右两个部分，使上、下台阶被分成多个部分，在对每个部分进行开挖和支护施工时，其可以形成独立的闭合单元。在使用CD 法对软弱围岩大跨度隧道进行施工过程中，应先对隧道一侧进行开挖施工，并对中隔壁进行施工，再对另一侧隧道进行开挖施工。在使用该方法对隧道进行施工过程中，具有结构受力均匀、封闭成环时间短以及变形小等特点，与此同时，由于支护刚度相对较大，因此隧道施工过程中地层沉降量较小。但是，该方法施工过程中临时支撑具有成本高、拆除困难以及施工难度大等缺点。

4.5 选择施工方法

在对某隧道工程实施施工过程中，由于其某部分地质条件相对较差且埋深较浅等问题，通过对其具体情况进行分析可知，可以选择CD 法对隧道实施施工。

5 施工要点

在对某隧道工程进行施工过程中，围岩土体具有自稳能力较差等特点，开挖施工后，如果不及时对其实施混凝土喷射处理，会产生掉块等问题，使坍塌风险进一步增加。在对其进行开挖施工时，应先对临时支护和超前支护进行施工，且应对支护质量进行严格控制。在对隧道围岩实施超前支护施工过程中，通常需要使用超前小导管和超前长管棚对其进行施工，在对地面进行处理过程中，需要使用砂浆锚杆支护和超前钻孔预注浆对其进行处理。使用超前支护对其进行处理可以使围岩稳定性进一步提高，从而达到提高隧道开挖安全性的目的。在该隧道施工过程中，其附近土体地基承载力为180kPa，因此施工单位可以使用超前小导管对其进行吹，使围岩土体的自稳能力进一步提高，在开挖完成后，施工单位还应使用混凝土对其进行喷射处理，达到控制隧道变形的目的。

6 质量控制的主要措施

6.1 实施地质钻孔和地质勘查

为了对浅埋隧道周围的围岩情况进行合理分析，施工单位应采用地质钻孔和地质勘查的方式对开挖钱的隧道围岩进行勘测。通过对围岩进行地质钻孔和地质勘查，施工单位可以了解围岩的岩性、风化情况以及破碎情况，并可以以此为基础，对围岩覆盖层厚度、地层厚度、走向以及分层等特征进行分析。与此同时，施工单位可以以地质钻孔和地质勘查资料为基础，对衬砌参数和超前支护形式进行调整。

6.2 对浅埋地段开挖质量进行控制的主要措施

在对某浅埋隧道工程进行施工过程中，主要使用六步CD 法对其进行处理。使用该种方法进行施工，具有开挖面较小的特点，在开挖时可以利用小型机械和人工相结合的方式对其进行处理，且每次开挖完成后，施工单位应使用双侧小导管对其实施超前支护处理，将其循环进尺控制在0.6m 以内。当中隔壁所受压力不均匀时，若弧度向所受压力较大的方向倾斜，可以起到支护作用。该种施工方式虽然速度相对较慢，但是可以使围岩变形得到有效控制。

施工单位在使用六步CD 法对隧道进行开挖施工过程中，中期出现隧道拱顶变形加快的问题，与此同时，其地表也会出现裂纹，通过对其进行研究和测量可知，出现变形速度加快的主要原因是工程拱脚和下部开挖位置的土体承载力较小，开挖出的土体为软塑状，使用注浆法对地表进行处理后并未达到理想效果，因此施工单位应将锁脚锚杆加设在开挖位置，并使用临时仰拱对中期施工过程进行处理；在开挖施工后，施工单位应先将混凝土喷射于上层台阶上，喷射厚度通常为0.1m，并将木板垫在拱脚位置，随后将临时仰拱设置于此处，并使用短钢管对其进行连接处理，最后为了使其加固效果进一步提高，施工单位可以将C25 混凝土喷射于此处，厚度为0.2m。当上部开挖高度为5m 时，施工人员应对中台阶进行开挖施工，并使用临时支护和初期支护钢架对其进行加固处理，逐步形成闭环，从而达到提高结构稳定性的目的，使其变形问题得到有效控制。

6.3 对偏压地段开挖质量进行控制的主要措施

在对该隧道工程进行施工过程中，其进洞方向偏压较为明显，使用三台阶临时仰拱法对其进行施工后可知，隧道断面量测绘出现向右偏移的问题，而其左侧山体则会出现裂纹，虽然使用中隔壁对其进行施工可以使山体变形速度得到抑制，但是其变形趋势并没有完全消失。施工单位应该对隧道右侧山谷实施回填反压施工，将其回填于洞顶上5m 的位置，并使用锚喷浇固方式对左侧山体进行处理，起到防护作用[5]。通过对施工过程进行分析可知，初期支护施工可以使山体稳定性得以提高，反压回填可以使围岩自稳能力进一步提高，使山体变形得到控制。除此之外，该种施工方法具有单次开挖断面加大的特点，因此为了使施工效率进一步提高，施工单位可以使用大型机械对其进行施工，其施工顺序应自上而下，使封闭成环时间进一步缩短，使隧道坍塌风险进一步降低。

7 应用效果

在对该隧道工程实施施工过程中，施工单位为了对偏压支护变形问题进行控制，首先对周围土体进行分析，并采用反压回填的方式对其进行处理。根据勘测数据客户，该工程围岩等级为V 级，因此施工单位使用三台阶临时仰拱法对其进行处理，并对施工中期问题进行科学控制，从而达到降低围岩变形的目的，施工效果良好。

8 结束语

在对浅埋偏压隧道进行施工过程中，施工单位应以实际施工情况为基础，对施工区域的围岩土体进行勘测，并对风险源进行合理分析，达到控制风险的目的，为隧道挖掘提供基础。与此同时，为了使隧道施工质量进一步提高，施工单位还应对施工方法进行合理选择，在保障施工质量和施工安全性的前提下，对支护方法进行调整，使其施工合理性和科学性进一步提高，从而达到提高材料利用率和施工效率的目的。