隧道浅埋暗挖富水段施工技术研究

贺鸿利

（山西昔榆高速公路有限公司，山西 晋中 030600）

1 工程概况

该隧道项目设计的是单洞双线方式，隧道的整体长度11.08km，起讫桩号K31+552—K42+632，其中K35+227—K35+518 段为沟谷区，常年流水、积水，淤积层的厚度偏大，土体含水量基本为饱和状态，隧道洞口顶部埋深范围3.1～9.8m。开挖需要穿越富水段（各岩土层的力学性能如表1所示），施工阶段容易发生突水、涌泥等现象，施工难度系数高，存在安全隐患。为了保证隧道施工质量及安全，必须采用浅埋暗挖富水段施工技术。

表1 富水段各岩土层的力学性能

2 施工技术

2.1 地表水预处理

此隧道项目中河沟位置的水流小、时间长，产生了淤积层，为了控制浅埋段地表水从隧洞顶流过，必须在线路右侧50m 处设置拦水坝，实现河沟与冲沟地表水的有效拦截，从拦水坝上部修建集水井、安装抽泵，将水引排至线路左侧。在线路左侧40m 处设置拦水坝，以免下游水倒流。通过拦水坝将地表水拦截，然后使用水泵实现地表水引排。

2.2 隧洞内排水

从隧道中线开始，以14m 为间距建立口径相对较大（200cm）的井，井底位置标高低于隧道底部位置标高约3m，井内使用PVC 管（直径=200mm）实施护壁处理，PVC 管中按照合理的间距设置开孔，各排水井均安装潜水泵，实现有效排水。

2.3 地表注浆

隧洞内排水施工结束后，隧洞顶部土体的含水量减少，原土体呈现松散状态，且土体间黏聚力减弱，应力分布不均匀，就会威胁隧洞开挖施工安全性。所以需要采用地表注浆实施处治，注浆小导管的直径=42mm，各段长度为4.5m，灌注的是水泥单液（水灰比控制为1∶1），各灌浆孔间距3m，浆液扩散半径2m。小导管灌浆施工包含初压阶段与终压阶段，其中初压阶段的灌浆压力控制为0.2～0.5MPa，终压阶段的灌浆压力则控制为2～3MPa。此项目灌浆施工顺序为：从外侧2 排孔至内侧灌浆。各排灌浆孔先从两端灌注，紧接着以间隔交错方式进行灌注。

2.4 超前支护

为了确保汛期隧道项目施工的安全性，需要在K35+227—K35+518 段安装管棚，间隔距离是3 根/m。管棚材料选择热轧无缝钢管，注浆液为水泥浆，注浆压力控制为0.5～1.0MPa，具体施工流程如图1所示。需要布设小导管（材料应采用热轧无缝钢管），将小导管的前端制作成为锥形，便于插打、防止浆液前冲。

图1 超前支护流程

2.5 开挖支护

此隧道项目浅埋段开挖采用的是三台阶七步法，模式是弧形导坑开挖预留核心土，划分成为三台阶与七开挖面，隧道各位置开挖与支护都采用“纵向错开”+“平行推进”的方式。施工必须符合以下几项要求：

第一，结合项目实际情况选择机械设备实施开挖，同时以弱爆破的方式配合施工；

第二，弧形导坑应顺轮廓线完成环向开挖，预留核心土，待开挖结束后立即支护；

第三，采用分部平行开挖的方式，从平行方向进行初支，各分部初支应紧密衔接，最短时间内实现封闭成环；

第四，仰拱必须紧跟下台阶，快速闭合，形成稳定、安全的支护体系；

第五，施工阶段应加强监控测量，密切观测隧道围岩条件与支护状态，结合监控微调支护参数与预留变形量，确保施工安全性；

第六，优化隧洞中临时防排水系统，严格控制地下水浸泡拱墙脚。

为了增强隧道围岩结构的承载力与稳定性，需要及时完成支护处理。根据设计要求做好V 级围岩支护，采用的初期支护方式是型钢支撑，以0.5m/榀的间距布设，砂浆锚杆长度5m，开挖结束后需要及时喷射混凝土（厚度30cm，混凝土级别C30）。

2.6 仰拱衬砌施工

此隧道项目仰拱衬砌选择的是C35 钢筋混凝土，施工时应注意下述几点：

第一，隧道底部开挖使用的是全幅分段方式，从上面建立仰拱栈桥，循环开挖长度应处于2～3 榀之间。

第二，隧道底部开挖完成后，需要及时将积水、泥浆等清理干净，同时喷射C35 混凝土（厚度处于3～5cm 间），完成岩层表面的封闭处理，结合设计规定安装仰拱钢架，使混凝土复喷符合规定厚度要求，最短时间内实现初支封闭成环。

第三，仰拱施工阶段需要将循环浇筑长度控制在4～6m 之间。混凝土采用全幅分段浇筑方式，保证一次浇筑成型，无须设置纵缝，施工缝和变形缝应建立止水带，仰拱衬砌施工结束后，其表面的平整度应符合要求，且无积水。

第四，仰拱位置混凝土浇筑前，必须把表面的杂质、积水等清理干净，均匀、连续地浇筑混凝土，确保一次浇筑成型。当混凝土强度级别符合要求后，才能在上面行走，此外，仰拱填充表面坡度需满足设计要求，保证排水通畅、无积水现象。

第五，合理缩短仰拱与开挖面间距，需要时应使仰拱跟进至下台阶位置，且二次衬砌必须紧随掌子面。

2.7 围壁注浆和扩散注浆技术

应用围壁注浆法时，一般会选择利用初支外围的方式，逐渐形成浆脉，这样有利于避免隧道墙壁出现严重的塌方等事故。应用该项技术时，掌子面施工必须引起关注和重视，为保证掌子面施工质量，通常以扩散式注浆法为主，这样可以促使隧道中的中粗砂层实现有效凝结、隧道墙壁逐渐变硬，为施工人员的挖掘工作打下良好基础。这样不仅有利于提高挖掘施工效率，还可以避免隧道突然崩塌导致发生安全事故。

应用该技术时，必须对围壁注浆中的参数、注浆压力等进行综合分析，还要在管道彻底清洗完成后，进行注浆施工。一般注浆孔需要沿着初支外围护壁布置，整个过程中要利用外插角的方式对钻孔的弧度进行设置，可以为初支外围砂层提供可靠的保护壁。

应用扩散式注浆技术时，要掌握和了解对比数值，与围壁注浆技术展开对比分析，扩散注浆过程中，只需要以少量的水泥与水玻璃组合而成，这样可以避免在巩固隧道砂层时，产生过于坚硬的固体结构。

施工人员应用该方法时，要对注浆的长度、围壁注浆长度之间的一致性进行综合考量。在注浆时，施工人员要对围壁进行注浆处理，后续以扩散式注浆的方式，遵循从上到下的方式进行隔孔处理。整个过程中，施工人员要先对奇数孔位进行处理，后完成偶数孔位。

隧道施工过程中，如果墙壁施工在注浆后，其表面处于密封饱和的状态，那么施工人员可以直接忽视偶数孔位。由于施工地质条件具有非常明显的差异性，施工人员要结合施工现场的实际情况，对施工方法进行合理的选择和使用。特别是对流水以及流砂问题比较严重的位置进行重点注浆处理，对流水比较少的部位，则可以避免注浆施工处理，以此提高注浆效果，为注浆质量提供保证。

2.8 下导洞引水控水技术

施工人员在对整个隧道进行挖掘施工处理时，要对目前流水的来源位置和基本走向进行确定。针对流水冲刷引起的诸多积粉细砂层，如果水流过小，可以实现自我稳定，究其原因是暗挖隧道内部的流水具有非常明显的规律性，施工人员使用长管棚，将地下水顺利引出。

施工人员要想利用流水规律实现引水，就要严格按照中隔壁法进行施工。在隧道的右上角开挖导洞，将水全部引入右侧的拱脚位置。流水进入后，施工人员在左上导洞位置处，开展跟踪式的开挖处理，这种形势下左上导洞水位就会越来越浅，保证左侧的导洞可以顺利施工。

破导洞口前，由于右导洞中含有大量的积水，施工人员需要结合实际情况，提前使用通风钻，在左右两个门洞位置处进行打孔。打孔时，一般采用左上右下的方式，这种形势下右侧的水会全部流入左侧位置，为施工的有序开展打下良好基础。

应用该技术时，可以对导洞中的积水进行适当的调整和优化，严格按照现有规范化顺序，全面有序开展引水作业，促使隧道洞中的积水围绕暗挖隧道，集中在下导洞的位置处。左右导洞相互之间实现交替开挖，每一个左右导洞保持5m 左右的距离，有利于保持隧道内砂层的稳定性，为左右导洞挖掘施工的有序开展打下良好基础。另外，水流通过暗挖隧道下导洞的中间位置时，会出现流砂，隧道受到格栅钢架以及临时搭建的环形拱等支撑，没有出现塌方。基于此，施工人员可以选择利用PVC 管，直接将水流从暗挖隧道中引出，这样不仅有利于保持墙体自身稳定性，还可以保证隧道下导洞挖掘时的安全性、稳定性。

2.9 上导洞留核心土技术

在暗挖隧道挖掘施工过程中，施工人员可以根据施工现场的现状及施工要求，合理利用中隔壁法，将隧道划分成四个部分。提前预留出导洞的核心土，以小断面的方式展开深入挖掘，使掌子面的稳定性得到有效提升。施工人员要提前搭建仰拱，隔山钢架与仰拱之间间隔5m 左右，使其可以逐渐变成小环。临时仰拱、格栅钢架与立柱相互之间的安全距离控制在5m 左右，以此逐渐形成大闭合环。

应用该施工技术时，最明显的优势就是可以直接将临时的仰拱、立柱分节节点、格栅钢架等相互之间的参数、影响因素等，与隧道挖掘尺寸以及施工现场地质环境之间紧密联系。施工人员可以结合实际情况以及周边环境，对符合要求的施工方法进行选择和利用，为隧道施工的安全性、稳定性提供保证。在隧道施工环节，由于富水段的浅埋暗挖隧道可以利用初支外围对其提供可靠的支撑力，施工人员可以直接在隧道中对格栅钢架进行安装，有利于对流水流砂问题进行妥善处理，提升暗挖隧道的安全性，加快暗挖的速度。

由此可以看出，浅埋暗挖施工技术目前的应用范围比较广，不仅有利于提高施工质量，还可以实现施工单位经济效益的增长。施工过程灵活、简便，有利于缩短工期，为隧道施工的安全性、稳定性提供保证。

2.10 监控量测

为了实现隧道安全施工，需要在施工阶段采用信息化技术进行严格监控。结合监测结果确定隧道围岩结构稳定状态，为施工参数优化提供依据。此隧道项目施工监测具体措施如下：

第一，地表量测。延隧道的中心线以5m 间距布设观测点，重点观测浅埋段地表变化情况，确定施工阶段可能出现的安全隐患。

第二，隧道洞内位移和拱顶下沉观测。安排专业技术人员负责拱顶下沉与周边收敛程度量测，判断隧道结构的稳定性。隧道洞内以5m 间距建立量测断面，在量测断面拱顶、起拱线以及墙脚处布设观测点。使用水准仪实施拱顶下沉量测，使用周边收敛仪器完成侧壁位移量变化的量测。

3 结语

本文选择实际隧道项目为研究对象，综合分析了隧道浅埋暗挖富水段施工技术，包含地表水预处理、洞内排水、地表注浆、超前支护、开挖支护、仰拱衬砌以及监控量测等。实践表明，此隧道项目浅埋暗挖段采用的施工技术安全、可行，提升了隧道施工质量，实现了隧道安全施工，为后续施工奠定了基础。