盖挖法在山岭隧道特殊地形条件下的应用与分析

唐能、刘志义、苏一波、崔盛站、夏黎黎

（1.云南楚姚高速公路有限公司，云南 昆明 650032；2.云南利鲁环境建设有限公司，云南 昆明 650032）

0 引言

楚姚高速公路大坡隧道左幅进口端位于自然冲沟内，地形偏压，且临近既有广姚公路，采用常规施工方法极易导致隧道出现坍塌、涂泥涌水事故，无法保障施工安全及广姚公路的运营安全。基于此，文章主要结合工程特点，提出盖挖法施工方案。

1 盖挖法工法特点及工艺流程

1.1 工法特点

盖挖法是先盖后挖，通过临时结构顶板（顶盖）保护原有地形地貌，再进行地下结构施工的一种施工方法。盖挖法适用于地质条件松散、隧道处于地下水位以上、隧道埋深较浅、对原有地形地貌保护要求较高、不宜大面积开挖的地区。盖挖法对结构的水平位移小，安全系数高，对地面的影响小，施工受外界气候影响小，但操作空间狭小，施工进度慢、周期长，成本较高。

1.2 工艺流程（见图1）

图1 工艺流程图

2 工程概况

2.1 设计概述

大坡隧道为分离式隧道，该大坡隧道地处楚雄至大姚的高速公路内，是全线长度最长的三车道隧道。隧道左右幅基本等长，左右幅全长分别为1577m、1558m。隧道地处路段为双向6 车道高速公路，设计速度为100km/h，汽车荷载等级为公路Ⅰ级，按照Ⅶ度地震标准落实抗震设防，隧道净宽、净高分别为14.5m、5m。

2.2 气候条件分析

施工路线地处云贵高原西南方位，气候温和、冬季无严寒霜冻，夏季无暴晒酷暑，年平均气温约在15℃，最高不超过33℃，最低不低于零下5℃。年平均降雨量在800mm 上下波动，最大可达1100mm，最小640mm左右，近八成降水集中于夏秋季，旱、雨季节相对分明。年蒸发量始终保持在1800mm 左右，3 月至5 月蒸发量大。绝对湿度波动相对较大，数值在6.3～30.1g/m3之间。每年11 月至第二年2 月存在20～80 天霜期，但高山微量降雪现象出现频次不高，灾害性气候不频发[1]。

2.3 进口段地质概述

对于进口段隧道，根据围岩分级标准可以将其划分为Ⅴ级。该隧道的围护体主要由紫红泥岩、次长石砂岩和第四系坡残积粉质黏土组成。粉质黏土主要分布在隧道进口地表区域，呈硬塑状，平均厚度约为5m。泥岩、粉砂岩和次长石砂岩以强风化为主，多呈碎块状，受四周断层不间断错动的影响，岩层产状变化因子活动频率较高，差异风化十分明显。由于岩体自身基本没有自稳能力、侧壁稳定性差，在开挖过程中如果支护不及时或支护不当，可能会发生大规模坍塌。泥岩的富水性相对较弱，开挖过程中容易出现少量渗、滴水问题。左幅进口段ZK40+755—ZK40+855处与广姚公路的最小平面距离只有18m，施工时需要特别注意。由于隧道洞口位于沟谷内部，地形容易受到偏压状态的影响，导致部分地段隧道外露，整体成洞条件较差（见图2）。

图2 典型断面

3 方案比选

该段隧道施工过程中采用挖方路基通过方案，但开挖边坡不易防护，安全隐患较大，整个边坡较高，坡率较大，加之临近原运营道路，施工过程中还要保证广姚公路的正常通车，整体施工安全风险高、施工难度大。根据现实条件，提出明挖法、盖挖法践行方案[2]。

3.1 明挖法

开挖大坡隧道进口处期间利用浅埋偏压段，以临时边坡手段介入，落实精准化防护，待明洞结构顺利完工后落实反压回填处理。虽然该方案成效显著，但存在下述几方面缺陷。

其一，开挖段相对较长，受边坡高、土石方量大等相关因素制约，极易出现边坡临时滑塌现象，对地表影响大。其二，广姚公路距离该段开挖边坡较近，行车安全存在较大隐患。其三，明洞段落较长，施工周期也较长，雨季山箐汇水对施工现场及临时边坡影响较大，应尽量避开雨季，会增加隧道施工周期。其四，开挖边坡施工保通困难。明挖需要挖出广姚公路，为了保证广姚公路的畅通，需将广姚公路改在左侧的边坡平台上，右侧临空面较大，安全隐患较高，上、下边坡垮塌都将造成严重的损失。断面情况如图3 所示。其五，为保证广姚公路安全，同时满足边坡施工规范要求，边坡需开挖一级防护一级。

图3 断面图

3.2 盖挖法

盖挖法要求尽量减少对地表的扰动，对松散地表上部覆盖层进行适当的处理，开挖工作进入稳定基岩后，即可展开临时边坡支护，介入拱施工作业平台，为浇筑混凝土套拱提供必要的支持。混凝土套拱等结构强度达到设计要求后及时回填碎石土，逐层碾压、分段压实，修建截排水沟，回填种植土进行绿化恢复。结束套拱施工及上部回填后，开挖隧道通过。该方案的缺点是操作空间狭小、施工进度慢、周期长、成本较高。

3.3 明挖法与盖挖法对比（见表1）

表1 明挖法与盖挖法对比

根据表1，不难看出盖挖法在对环境影响、工程安全、施工进行风险方面有显著优势，故最终决定以盖挖法落实该段隧道施工[3]。

4 施工方案

4.1 开挖及临时支护

第一，明确套拱设置的具体范围。第二，将松散的地表覆盖层挖除，并及时设置便于套拱施工的平台。第三，按1∶0.3 的比例进行临时边坡开挖作业，并进行挂网喷锚临时防护（见图4）。第四，加强对临时边坡和广姚公路的监测，做好相关安全保通及应急措施。

图4 开挖防护

4.2 套拱施工

其一，套拱拱脚需选在稳定的基岩处，可以φ42×4导管注浆进行加固，需注意纵向间距要维持在0.5m。注浆材料采用水泥单液浆，水泥浆水灰比（质量比）为1∶1，注浆压力P=0.5～1.0MPa，必要情况下可在孔口处装置止浆塞。其二，及时封闭开挖面及周围5m 范围内的作业面，喷射厚为50～100mm 的混凝土。其三，套拱可采用I20a 工字钢支护，间距按0.5m 布置。为优化拱脚连接效果，可借助槽钢进行纵向焊接处理，并将间距控制在80cm，进而保证相邻工字钢顺利连接，保证整个套拱结构的整体性。其四，套拱外模使用5cm 厚木板加固。内部使用临时工字钢按1m 间距进行环向支撑，作为外模内支撑，支撑底部应牢固，不能移动。外部采用φ22 钢筋每间隔2m 环向与钢架连接固定外模。其五，在暗洞前方约2m 预埋导向钢管，预留管棚操作空间。先浇筑该段套拱混凝土，待混凝土强度满足既定要求，搭设φ108×6 的超前管棚，为后续施工提供保障。其六，钢架、管棚施工完成后，浇筑套拱混凝土，套拱采用70cm 厚C20 混凝土，初支与套拱预留10cm 沉降量，避免后期沉降侵嵌主体结构。套拱结构如图5 所示。

图5 套拱结构图

4.3 反压回填及改沟

套拱混凝土等结构强度达到设计要求后及时回填碎石土，逐层碾压、分段压实，临时边坡侧的回填应尽可能与原地面相接，另一侧尽量填高，以减小偏压；碎石土表面设置50cm 黏土隔水层，在上侧回填60cm种植土进行自然绿化，四周修建截排水沟，将隧道洞口顶部汇水接入原排水系统（见图6）。

图6 回填改沟设计图

5 洞内结构施工

套拱结构、强度满足要求，碎石土回填完成，修筑水沟后即可进洞开挖。根据地质状况，采用三台阶预留中心土环形开挖方式，施工过程中勤量测，及时调整开挖进尺及相关参数。施工期间遵循“预加固、短进尺、强支护”原则，进而确保施工顺利进行[4]。

6 关键技术创新点及效益分析

6.1 关键技术创新点

其一，根据隧道洞口地形条件，综合安全性、经济性及适用性分析，延长隧道结构，将明槽变为隧道。其二，改变了传统的受力结构，由四心四半径圆弧构成的受力结构变为依靠山体及地基受力。其三，改变了传统的隧道设计理念与传统隧道施工工艺。

6.2 效益分析

经济效益：经测算，虽然盖挖法产生的费用高于明挖法，但是环保、土地利用、植被破坏等方面的效益更高。

环境效益：减少用地面积；减少原地面植被破坏；减少弃土场使用面积；减少扬尘污染。

安全效益：降低边坡坍塌风险；降低车辆行驶安全隐患；降低泥石流风险。

工期效益：大幅缩短了施工周期。

7 结语

在公路选线中，复杂的地质构造是难以避免的，该工程因地制宜地采用盖挖法，有效解决了浅埋偏压问题，保证了现有道路通行安全，减少了洞口开挖，降低了施工安全风险，大幅缩短了建设工期，该工程的成功经验可为偏压、浅埋、软岩等隧道建设施工提供参考。