浅埋偏压隧道洞口段综合施工技术

浅埋偏压隧道洞口段综合施工技术

肖　勇１　陈永权２　何光友２　左　明２

（）重庆交通大学土木工程学院　重庆　４重庆市涪陵高速公路建设投资有限公司　重庆　４１．０００７４；２．０８０００

摘　要　洞口浅埋偏压隧道围岩破碎、稳定性差，开挖施工过程中围岩极易变形，甚至发生洞口坍塌等安全

所以浅埋偏压隧道洞口段的施工尤为重要。本文介绍了浅埋偏压隧道的危害，主要针对隧道浅埋偏压洞口事故，

超前支护、开挖进洞方法以及隧道的监控量测方面做了详细阐述，以此概述浅埋偏压隧道洞口的综合施工方法。

关键词　浅埋偏压　支护　开挖　监控量测

为满足交通运　　在我国交通建设的快速发展下，

营的需要，隧道的建设亦成为建设工程的重要组成部分。浅埋偏压隧道的施工中，洞口段的施工尤为重要。由于地质条件的原因，一些隧道洞口围岩呈浅埋偏压状态，据围岩软弱、节理裂隙发育等情况，使洞口段掘进施工难度加大。由于浅埋偏压隧道洞口段围岩岩体破碎、稳定性差，采用一般的锚喷支护形式施工，容易出现塌孔、卡钻的事故，因此必以保证洞口段的须先对围岩进行一定程度的加固，安全开挖。

固结，以增强其自稳性，在开挖过程中，应尽量采用弱爆破或人工、机械等开挖方式以降低对围岩的扰动，这也就是洞内暗挖法的施工原则。洞外的施工（原则是：做好洞口修建前的地形、地质条件调查，

２］

；（提前采取措施应对不良地质灾害［提前做好防

排水系统，尤其是含水量大的地区以及雨季施工的（时候；避免对周围既有的生态环境和植被造成破坏；必须综合考虑周边环境、４４在编制施工方案时，季节变化以及相关工程的协调等。仰坡开挖支护２．１　边、

在浅埋偏压隧道进洞前，首要工作是必须做好边、仰坡防护，这是确保隧道安全进洞的关键。由于洞口段覆土较薄，施工中极易发生塌方冒顶安全事故。所以洞口段的超前支护以及初期支护施工尤为重要。

在隧道开挖进洞前，须对边、仰坡进行洞口锚钢筋网、喷射混凝土、边仰坡防护、及时砌筑天杆、

沟、截水沟等防护措施，还应做好反压回填部分的特殊防护处理。

１　浅埋偏压洞口的危害

浅埋偏压隧道的埋深浅、土质松散，围岩结构软弱破碎、承载能力差，不易以自身承载能力承受地表易沉降，甚至会出现塌方等重大安围岩压力，

其施工难度较大。偏压隧道是由于地形的全事故，

不对称性，使作用在横断面上的荷载不平衡，加大了隧道结构压力，导致结构在剪力作用下被破坏，严重的会出现山体滑动、塌方，洞内初支变形下沉，

１］

。浅埋偏压隧道具有的特对隧道施工十分不利［

点是极易受地形条件的影响，容易发生山体滑坡、洞口塌方、围岩变形大，施工难度和风险大。

因此，在浅埋偏压隧道开挖进洞前，须对隧道洞口采取超前支护加固措施，选择合理的开挖进洞对隧道在开挖进洞过程中进行监控量方法施工，

测，以确保浅埋偏压隧道的安全掘进与快速施工。

２　隧道开挖超前支护

洞口施工又分为洞内施工与洞外施工。隧道洞口段一般情况下存在浅埋偏压等现象，洞口位置一般处于风化破碎层中，施工过程中极易坍塌，为拱部开挖前需先对拱顶进行保证施工过程的安全，

图１　浅埋偏压洞口示意图

２．２　大管棚支护

对于浅埋偏压隧道而言，围岩稳定性较差，开所以必须在洞口挖过程中围岩极易变形甚至塌陷，

开挖前超前支护，以确保隧道施工的安全。浅埋偏

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　公路隧道

压隧道的超前支护大多采用大管棚支护形式。

（１

）管棚支护工作原理超前大管棚支护利用了钢管作为纵向支撑，钢拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整体刚度结构，

开挖前起到预支护的作用，以保证施工过程中的安全［３］

。其优点是工艺简单、适应性强，在浅埋

偏压隧道洞口段软弱破碎围岩中适用此超前支护方法。管棚安装的施工工艺流程是：①管棚钢管制作；②作业平台搭设；③定位及导向装置施工；④钻孔；⑤管棚钢管安装；⑥注浆管安装；⑦孔口封闭；⑧注浆。

管棚支护的工作原理是：①利用其承载拱作用，即通过管棚注浆、使拱顶先形成加固的保护环，承载拱上部的地面荷载和岩层重量，使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力，从而为工程提供理想

的开挖条件［

４］

。②利用整体支护作用，将超前管棚沿隧道开挖轮廓线周边布置，加固环的变形减小，传递给隧道支护结构上的上部荷载大大减少，同时通过环形固结层与管棚，将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架，由于支撑拱架间的相互连接，形成整体支护，有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。

图２　管棚套拱布置图

（２

）定向钻孔、安装钢管管棚定向可以采用安装定向套管的方法，套管必须选用比钻头稍大的钢管，可取长为２ｍ。套管的方向决定钻孔方向，将其固定在钢架上。钻孔前先喷混凝土封闭掌子面，以防漏浆，而后测量布孔，

在设计孔位点上标记，然后用风动凿岩机钻孔［

５］

。在钻孔过程中，须轻压缓慢钻进，当发现钻进时偏斜超出设计要求范围，

须及时纠正，以保证开孔质量。钻进成孔后，为了防止孔内堵塞，必须采取吹管或掏勺等措施将孔内砂石吹出。成孔检查合格后，方可人工推送钢管入孔。

（３

）注浆注浆的工作原理是在注浆前先检查管路和机·５４·

２０１６年第４期（总第９６期）

械的状况，确认正常后方可做压浆试验，确定合理的注浆参数。注浆过程中随时检查孔口、

邻孔、河沟、覆盖较薄的部位是否有串浆现象，若发现串浆，立即停止注浆或间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、

木楔、水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。

３　浅埋偏压隧道施工方法

３．１　暗挖法进洞

目前浅埋偏压隧道的开挖进洞方法大多采用暗挖法施工，暗挖法又以新奥法设计施工原理为指导，在开挖中采用多种辅助施工措施来加固围岩，充分发挥围岩自承能力，开挖之后及时支护，封闭成环，

使其和围岩共同作用，形成联合支护体系，有效防止围岩过大变形［

６］

。浅埋暗挖法施工机械化程度较低，主要靠人工施工，对地下管线的影响较小。采用此施工方法的优点是初支和衬砌都在地下空间完成，不会影响城市交通的运行，

针对不同地质条件，结合施工期间反馈的监测数据，可以及时调整设计参数和施工工艺，对工程的适应性较强，由于无需使用大型机械设备，

所以施工对环境的干扰较小。３．２　浅埋偏压单洞隧道施工

在浅埋偏压单洞隧道施工中，由于岩体破碎、偏压荷载大、围岩稳定性差，施工中遵循少扰动、短进尺、

强支护、勤量测、早封闭原则，因此采用环形开挖预留核心土法较适用于此类隧道施工开挖。其施工工序是：１１上弧形导坑开挖；２２拱部初期支护；３３预留核心土开挖；４４左侧下台阶开挖；５５左侧边墙初期支护；６６右侧下台阶开挖；７７右侧边墙

初期支护；８８仰拱初期支护；９９仰拱混凝土；１０１０填充混凝土；１１１１边拱部二次衬砌。

图３　单洞隧道施工工序图

肖　勇　浅埋偏压隧道洞口段综合施工技术

３．３　小净距浅埋偏压隧道施工

在小净距浅埋偏压隧道中，由于洞口段围岩结构破碎易变形，地层埋深浅、受偏压力影响等作用，在开挖过程中为了减少对洞室周围岩体的扰动，同时减小偏压力对隧道洞口施工的影响，

避免隧道产生横向位移，考虑到工程的安全与质量等因素，决定采用单侧壁导坑法掘进开挖。

根据现场地质地形条件，由于浅埋偏压隧道受偏压力的影响，

小净距隧道一般先开挖偏压力较大的一侧隧道，以增强隧道在施工过程中山体自身抵抗力，

待拉开一定距离后再开挖另一侧隧道。其施工开挖工序是：先开挖１１后主洞初期支护及导坑临时支护，再开挖２２后初期支护及导坑临时支护，开挖３３、４４部分分别完成初期支护，完成第５５步开挖及第６６步的开挖与初期支护，最后拆除侧导坑的临时支护，

及时做好仰拱进行封闭。图４　浅埋偏压洞口开挖工序３．４　隧道洞身开挖

浅埋偏压洞身采取拱部预留核心土的方法，周边采用风镐开挖，核心土及中槽运用短臂挖掘机开挖。开挖严格遵循“管超前、预注浆、小断面、留核心、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测、稳打稳扎、步步为营、以防为主、稳步前进”［７］

。

隧道洞身开挖的工序是：①超前支护；②上部环形开挖；③上部初期支护；④核心土开挖；⑤下部开挖；⑥边墙及仰拱开挖支护；⑦现浇仰拱。

４　监控量测

目前隧道施工多采用新奥法，在隧道开挖进洞过程中通过监控量测能够及时的掌握地表沉陷、围岩和支护结构的工作动态，以便于进行日常管理。经过对测量数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行下一阶段施工的预测，对原设计和施工的

合理性进行评估和信息反馈［

８］

。以确保施工安全和隧道的稳定，

确定二次衬砌合理的施作时间。表１　监控量测项目监测项目测试方法和仪表

测试精度／ｍｍ

洞内外观察现场观察二衬前净

收敛计、

空变化隧道激光断面仪０．１拱顶下沉

水准测量的方法，水准仪、钢尺１

地表下沉水准测量的方法，水准仪、水准尺

１

　结语

由于浅埋偏压隧道洞口段围岩岩体破碎、稳定性差，

在开挖过程中，极易受地层扰动影响发生围岩变形，甚至发生洞口段围岩坍塌。

现在国内有许多浅埋偏压隧道，其洞口段的综合施工尤为重要，

须对隧道边仰坡防护、进洞前超前支护、洞身开挖与支护，以及隧道监控量测做深入研究，以确保隧道的安全掘进。

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