中铁大桥局集团第五工程有限公司 江西九江 332001
摘要：以海新一号隧道为例，对复杂地质下浅埋隧道暗洞改明洞施工方法进行了阐述，重点介绍了施工过程中选址、排水、边坡防护及监控量测等，通过工程实践证明，针对埋深较浅地质情况极差的隧道，在具备放坡修筑施工便道的情况下，隧道暗洞改明洞不仅有利于长大隧道通风，也能够缩短施工周期，避开浅埋段施工风险，具有良好的安全、经济效益。
关键词：隧道施工；暗洞改明洞；施工便道；边坡防护；监控量测
0引言
随着我国公路及铁路快速发展，长大隧道施工越来越多，规模也越来越大，为了加快施工进度，缩短工期及满足排水、通风等需求，隧道常采用施工斜井增加工作面，但斜井存在挑顶进正洞施工风险，而如果能够修筑施工便道进正洞，隧道暗洞改为明挖施工，则更能加快施工进度，减少施工风险，工期及经济效益极为明显。
1 海新一号隧道工程简介
海新一号隧道为海沧货运通道工程的控制性关键工程，隧道长1.94公里，分左右线。隧道建筑限界净宽13.75m，主车道限界净高5m，检修道限界净高2.5m。隧道内轮廓采用三心圆，拱部半径为7.8m，边墙半径5.7m；隧道净宽14.37m，净高9.95m，标准断面内轮廓面积95.07m²。
2 暗洞改明洞便道选址
隧道左线ZK1+085-ZK1+105区地质条件较差，围岩为V级围岩，覆土厚度约为3.7-9.5米，为低洼地段，洞顶为涵洞排水通道，该处位于标段施工场地上游西北侧约160米。根据现场勘查，该区域有条件从施工场地开通一条施工便道进入隧址进行明挖，且ZK1+085-ZK1+105位于海新路的西南侧，暗改明后隧道往大里程方向掘进可避开下穿海新路，对提高隧道施工进度有重大意义。
3 具体施工措施及步骤
⑴从临时场地开始放坡开挖至ZK1+085-ZK1+105区段，将受淤泥沉积层影响的土方全部挖除，兼作临时场地及施工便道，并在便道边坡两侧设置截水沟。便道设计7.0米宽，路面结构层从下到上一次为20cm级配碎石，20cm厚5%水泥稳定碎石，22cm厚水泥混凝土面层。便道纵坡考虑出渣车能够顺利行驶，设置的纵坡为：7.35%。
⑵大里程方向洞顶及便道边坡平台上修建截水沟，顺接从海新路涵洞下游的排水沟，打通海新路的排水通道，防止汇水流入明挖段内。
⑶ZK1+085-ZK1+105区段隧道由原设计的暗挖改为放坡明挖，洞口边仰坡开挖完成后，及时进行挂网喷锚支护，锚杆采用Ф22砂浆锚杆，L=3米，间距150cm×150cm梅花型布置，喷射混凝土C25厚度10cm，钢筋网φ6.5@25cm×25cm；ZK1+105处仰坡地质情况较差，为淤泥层，设计采用小导管注浆，小导管采用Ф42×3.5mm厚无缝钢管，长度6米，间距120cm×120cm。
⑷在ZK1+085和ZK1+105处分别施工套拱和长管棚，并向大里程方向开挖。小里程方向暗洞暂不施工，待海新路辅道改道完成后在进行施工。
⑸根据地质补孔成果，小里程设置40m大里程方向设置28m长大管棚预支护，采用Ф108×6mm热轧无缝钢管，环向间距40cm，接头采用长15cm的丝扣对口连接，为增强钢管的刚度，注浆完成后管内应以M30水泥砂浆填充。
⑹ZK1+085-ZK1+105段采用明洞衬砌，大小里程暗洞施工方法、支护参数与原设计保持不变。
⑺明洞衬砌完成后，采用浆砌片石、碎石土及黏土隔水层等材料及时回填，回复原地貌。
⑻K1+105-ZK1+095段地表为海新路涵洞排水通道，经常年流水的浸泡后，该段地质条件极差，对ZK1+105-ZK1+095左侧边坡及ZK1+105处仰坡坡面进行小导管注浆加固，注浆范围为坡顶以下2米至10米，经测算注浆坡面面积为400㎡，小导管采用Ф42×3.5mm厚无缝钢管，长度6米，间距120cm×120cm。
4 施工便道
便道平面位置
为配合ZK1+085-ZK1+105段隧道暗改明施工，在地势凹处进行开挖设置施工便道，待隧道施工完毕后，对基坑进行回填处理。
4.1路线设计
施工便道起点位于施工项目部场平地块，终点接隧道暗改明段，桩号范围MK0+000-MK0+210，路线总长210米，最大纵坡为7.5%。
4.2路基标准横断面
施工便道横断面采用较为紧凑设计，路面宽度为7.0米宽，双向两车道布置，左侧设置1m宽路肩，采用C20混凝土硬化处理。右侧设置0.6m宽排水沟与1m宽碎落台，总宽度1.6m。路面结构层如图所示。
4.3路基设计
路基压实采用重型击实标准，路基压实度不小于94%。高路堑边坡根据实际地质情况做动态设计，根据地勘情况，采用以下边坡防护形式：
⑴路堑边坡一级边坡坡率为1:0.5，一级边坡高度为8m，当边坡高度大于8m时，边坡坡率自下到上分别为1:0.5、1:0.75、1:1，每级坡高不大于8米，每级边坡设置至少1m宽的边坡平台。
⑵便道路堑开挖后，靠山一侧的边坡锚杆采用挂网喷锚防护，采用Ф22砂浆锚杆，L=3米，间距150cm×150cm梅花型布置，喷射混凝土C25厚度10cm，钢筋网φ6.5@25cm×25cm；
⑶部分边坡采用6米长Ф42×3.5mm小导管进行注浆加固，预留底部部分小导管不注浆作为排水孔。
4.4路面设计
施工便道采用水泥混凝土路面结构形式，结构组合为22cm水泥混凝土面层+1cm下封层+20cm5%水泥稳定碎石+20cm级配碎石，总厚度63cm，路面标准板块尺寸为4.5×3.5m。
4.5排水设计
对外围采用截水措施，便到左侧山顶设置1m深截水沟，直接接入现有排水系统，对海新路东侧现状涵洞进水口临时封堵，同时连通涵洞两端边沟，保证海新路边沟排水通畅。
对于地块排水设置1.5×1.5m C20混凝土排水沟，厚度30cm，进口接YK1+150现状涵洞出水口排水沟，入口端直接接入预留的集水井，最终排入既有的排水系统。
便道路面排水设置通0.6m×0.6m混凝土边沟，位于路线右侧，接入集水井。在基坑最低点施工段，设置4×4×4m集水井，配备两套（200qw400-24-45）抽水泵，将水抽至1.5m×1.5m排水边沟排出，按照最大降雨量及汇水面积，考虑2小时以内隧道不会积水。
4.6施工便道施工
施工便道的施工程序为：植被清除→测量放线→根据放线边坡，边坡外5米修筑截水沟→根据设计边坡刷坡至矩形排水沟标高→矩形排水沟修筑（顺接海新路排水涵管，至已埋设暗管处）→边坡挂网喷锚防护→分级开挖、分级进行边坡防护→施工便道边沟、路肩及碎落台硬化→施工便道路基施工→施工便道路面硬化。
开挖修坡和支护需交叉作业，自上而下开挖一层，进行一层喷锚施工。便道边坡采用Φ22砂浆锚杆加φ6.5钢筋网，喷射10cm厚C25混凝土，砂浆锚杆单根长度3.0m，间距1.5m×1.5m，钢筋网网格间距25×25cm。
分层放坡开挖施工中做好临时排水设施，保持排水畅通和边坡稳定。靠山一侧边坡开挖后，尽快施作挂网喷锚支护。
5暗改明隧址明挖施工
暗改明隧址的施工顺序为：测量放线→洞顶截水沟开挖、砌筑→洞口其他排水工程→ZK1+105-ZK1+095段边坡及ZK1+105仰坡段小导管注浆加固→洞口其他边坡挂网喷锚防护→洞口土石方开挖→边仰坡及成洞面挂网喷锚防护→临时集水井施工→洞口套拱、管棚等辅助进洞措施施工→正洞施工。
5.1边仰坡小导管注浆加固方案
ZK1+105-ZK1+095左侧边坡及ZK1+105处仰坡采用φ42×3.5mm热轧无缝钢管，钢管长度为6m，钢管间距为1.2m×1.2m，外插角与坡面垂直，对ZK1+105-ZK1+095左侧边坡及ZK1+105处仰坡坡面进行小导管注浆加固，注浆范围为坡顶以下2米至10米，经测算注浆坡面面积为400㎡。
小导管注浆采用水泥浆液，注浆参数为：
①水泥浆液水灰比1:1；
②注浆压力0.5-1.0MPa；
③注浆顺序为先上后下，先外后里。
5.2隧址施工
排水沟修筑完成后，逐层开挖，逐层进行边坡防护，开挖完成后，修筑套拱，打入超前长管棚，按设计工法进行开挖，在此不再赘述。
6现场监控量测
为确保施工期间安全，需对暗改明隧道边仰坡及便道高边坡进行动态监控量测，监控量测项目有地面位移监测、深层位移监测、人工巡视监测，均为必测项目。
6.1监控量测方法及频率
⑴地面位移监测
①量测点及断面布置
断面设置原则
地面下沉量测断面的纵向间距按特殊路基设计要求，按40m间距进行布设。
测点的横向布置按特殊路基设计图监测设计图要求边坡外≥2.0m和每级边坡埋设观测桩，若在观测过程中发现变形连续增加后应立即加密每级边坡埋设观测桩。
②测点布置及埋设
利用全站仪放出测点，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程，在测点位置挖长宽均为100mm深度为400mm的坑，然后放入地表测点预埋件，测点采用φ12mm、平圆钢筋制成。测点四周用混凝土填实，待混凝土固结后即可测量。采用精密水准仪对下沉量进行观测，测量精度±1mm。
③测量频率
④测量方法
用全站仪将同一断面的测点布置在一条直线上采用水准仪测量地面沉降。在偏压段增加地面横向位移的测量。地面下沉量应在边坡尚未开挖前进行，借已获得开挖过程中的全部曲线。
⑵深层位移（测斜）测量
在边坡代表性剖面上，预先打垂直转孔。钻孔孔径，一般开挖Φ110mm，终孔Φ90mm。打孔钻时，要取岩芯，进行素描后绘制柱状图。在孔中埋设测斜仪ABS塑料导管，用测斜仪从孔底到孔口，每隔0.5m监测岩土体在边坡倾向的水平位移值，绘制孔深与水平位移关系曲线。建立监测系统后，隔三天测读一次初读数，然后在边坡开挖过程中，定期进行巡回检测，同时结合地面位移监测和人工巡视监测及时预报出边坡岩土体位移动态。边坡开挖完成后每隔三天测读一次读数。
⑶人工巡视监测
人工巡视监测是一项经常性工作，应做到每天有人巡视检查。
建立监测系统后，隔三天测读一次初读数，然后在边坡开挖过程中，定期进行巡回监测，同时结合地面位移监测和人工巡视监测及时预报出边坡岩土体位移动态。
人工巡视监测是一项经常性工作，应做到每天有人巡视检查。地表位移的捡测周期与降雨量相应，施工期间，旱季和少雨季节每月观测1-2次，雨季每周观测1次，暴雨期及雨后数天内每天观测一次，直至无明显变化为止。监测工作可在暗改明段隧道完成回填后方可结束。
6.2数据的反馈
⑴边坡变化速度持续大于1.0mm/d时，边坡围岩处于急剧变形状态，应加强防护系统。
⑵当边坡水平位移速度为0.1-0.2/d，边坡下沉位移速度为0.1mm/d时，可认为边坡围岩达到基本稳定。
⑶根据唯一时态曲线的形态来判别：
当边坡围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0),边坡围岩趋于稳定状态；
当边坡围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0),边坡围岩不稳定，应加强防护；
当边坡围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0),边坡围岩进入危险状态，必须立即停止开挖，加强防护。
7施工注意事项
隧道暗改明方案，排水作为重要施工及设计内容。经考察历年厦门地区气象资料，考虑可能发生的大暴雨及特大暴雨影响，通过计算整个开挖面的汇水面积，设计4m×4m×4m的集水井，可存储水量为64方，同时配备两套（200qw400-24-45）抽水泵，满足每小时抽水730方，同时要配置满足备用要求的水泵。集水井采用钢筋混凝土结构，上铺I20b工字钢及16mm厚钢板，周边做好防护设施及反光标识。
明挖段开挖前，必须做好截水沟，做好截水设施防止山体汇水淹没开挖基坑，暗洞施工前，要完成集水井的施作，保证及时抽排洞内渗水，防止积水浸泡隧道基底。加强施工便道边坡及明洞段仰坡的监控两侧，发现有异常时及时撤出施工人员，并及时组织加固。暗洞进洞后要定期对截排水沟进行观察，发现开裂漏水时及时修补。及时关注天气，发现有暴雨时及时停止洞内施工，撤出工作人员，当天气预报暴雨等级达到蓝色预警时，必须停止洞内施工，防止雨水倒灌发生事故。洞口及掌子面放置一定的救援物资，确保在暗洞被倒灌前的极端情况下洞内施工人员顺利逃生。
8结论
经过工程实践证明，采用修筑施工便道进隧道施工比修筑斜井进隧道施工，减少了浅埋隧道、顶部过水的风险。通过改变该段的排水系统，以顺接前后的既有排水系统，是可行的，工期缩短至少4个月以上。相比修建斜井造价降低，达到了良好的社会效益。因此，在条件允许的情况下，该种施工方法可作为同类隧道施工的参照，为类似隧道积累下了宝贵的经验。
论文作者:陈俊峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/20
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