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摘要：隧道浅埋段施工的安全风险系数高，多数设计一般采用4步CD法等减少施工断面的方法通过，此类方法工艺复杂，风险不可控。通过仔细分析隧道浅埋段的特点，本文提出了更易施工，风险可控度高的护拱回填暗挖法，本文以九景衢铁路浙江段站前I标的上界首隧道K259+185～DK259+220浅埋段为工程实例，介绍了浅埋段护拱回填暗挖法的适用情况，及其施工措施，为类似工程提供了很好的借鉴作用。
关键词：隧道 浅埋 护拱回填 暗挖法 施工
1 引言
隧道过浅埋段设计一般采用反压回填或减少开挖临空面的施工工法通过，如4步CD法、交叉中隔壁法等，类似施工方法有施工速度慢，工艺复杂，施工风险不可控的缺点。而护拱回填暗挖法则有效降低了安全风险，其开挖工法简单，施工快捷高效，采用此法能有效加快施工进度，缩短施工工期。本文以九景衢铁路浙江段站前I标的上界首隧道进口浅埋段为例，综合分析现场地形，地质条件条件，结合实际情况，详述了九景衢铁路浙江段站前I标的上界首隧道K259+185～DK259+220浅埋段的护拱回填暗挖法施工技术。
2 工程概况
上界首隧道位于浙江省衢州市开化县与常山县交界处，隧道全长1575.5m。隧道通过低山区，自然坡度10～40°，DK259+185～DK259+220为浅埋段，埋深-1～14米。地表为冲沟，呈“V”型。表层为第四系粉质粘土含少量角砾，硬塑，厚度2~3.5m；下伏基岩为泥质粉砂岩，薄~中层状，强~弱风化。地下水不发育，少量基岩裂隙水。原设计采用反压回填处理，洞身长管棚加超前小导管超前支护，四步CD法暗洞通过，但详细分析DK259+185～DK259+220浅埋段的实际情况，如采用四步CD法存在如下风险。
（1）通过超前预报显示该浅埋段拱部及上台阶部分位于粉质粘土层，中下台阶位于强风化至弱风化粉砂岩中，掌子面软硬差别较大，暗洞通过时，需要爆破，易坍塌冒顶，施工风险较大。（2015年4月20日，隧道掌子面开挖至DK259+185，围岩情况也得到验证，照片如下图所示。）
（2）地表为垂直于线路方向的V型冲沟，右侧山坡雨季大面积地表水汇集后通过隧道顶向左侧排泄，易从地表及回填土向洞内下渗。
（3）洞身长管棚施作需将洞室扩大形成大管棚施工工作间，大管棚工作间沿隧道开挖轮廓线向外环向扩挖50-60cm，纵向长度5-6米，工作间的开挖不仅增加开挖工程量，影响施工进度，软弱地层中扩大开挖断面还会降低围岩稳定性、增大施工风险。
综合上述分析，四步CD法在洞内施工作业面小，不利于洞身长管棚的施作，需要的工期较长；洞内爆破震动过大时，回填土及拱顶覆盖层易坍塌冒顶，施工风险较大。
为有效降低安全风险，特别是雨季施工的安全风险；使工序能有效衔接，提高工效，缩短施工时间，根据此浅埋段的实际情况分析，本文创新提出了护拱回填暗挖快速施工技术：先行上台阶开挖并进行初期支护，由初支做支撑施工护拱，待护拱混凝土达到设计强度后进行拱顶回填，然后进行中下台阶暗洞施工。
3 方案综述
根据隧道进口掌子面目前的进度情况，施工该地段时正值雨季。为有效降低安全风险，特别是雨季施工的安全风险；使工序能有效衔接，提高工效，缩短施工时间，采用护拱回填暗挖快速施工技术。
护拱回填快速暗挖施工是先行开挖上台阶并进行初期支护, 由初支做支撑施工护拱，待护拱混凝土达到设计强度后进行拱顶回填，然后进行中下台阶暗洞施工。
首先施做截水天沟，保证施工过程中地表水畅通，减少对施工的影响；然后进行上台阶开挖并进行边坡的防护，施做上台阶初期支护，护拱基底处理（必要时），利用支护结构作为内模施工护拱；而后绑扎护拱钢筋及安装钢架，立外模模板，进行混凝土浇筑及养护；待护拱强度达到设计强度后回填土；最后采用二台阶开挖法进行暗挖施工。
护拱回填暗挖快速施工技术与其他方法对比，有以下特点：
3.1 拱顶采用护拱加固后，可以避免隧道开挖施工中塌方、冒顶、掉块等危险的发生，有效降低了隧道施工的安全风险。
3.2 与明挖法相比，施工受气候影响小，同时也减少了开挖量，避免了大面积刷坡，减少了地表植被的破坏和水土流失，降低了施工对周边环境的影响。
3.3 与反压回填暗挖法相比，有效降低了安全风险，开挖工法简单，施工快捷高效，加快了施工进度，缩短了施工工期。
3.4 与传统护拱法相比，节约了施工成本和施工时间，加快了施工的速度。
4 施工工艺
4.1 截水沟施工
截水沟在边仰坡开挖线外5m处设置，将截水天沟内水引入自然沟，确保地表水及时排出。截水天沟采用人工开挖，C30素混凝土浇筑。截水天沟的侧墙及沟底厚度均为30cm，水沟内底宽为60cm。
4.2边仰坡开挖及支护
在大小里程端一般都设计有大管棚，大管棚的施工要与护拱暗挖施工统一进行考虑。截水天沟施作完成后放坡开挖；开挖分层进行，高度控制在3m左右，必须保证边仰坡的稳定。
边坡开挖每完后要及时进行支护，施工顺序为初喷混凝土→锚杆施工→挂设钢筋网→补喷混凝土至设计厚度，支护参数见表4.2.1。
上台阶开挖与边仰坡开挖一同进行，开挖至护拱基础底标高。
4.3大小里程端大管棚施工
环行开挖至导向墙基底，清底、立模、埋设定位型钢及导向管后，浇注导向墙。采用管棚钻机钻孔至设计长度，顶入钢管，最后注入水泥浆，并封端。
4.4护拱基底处理
护拱设置水平宽150cm，厚80cm的扩大脚，并在扩大脚位置打Φ42×3.5mm锁脚钢管，单根长4m，每个断面2根，设计纵向间距0.5m，现场按照0.25m的纵向间距加强施工。
岩石地基应最大限度地发挥天然地基的潜在能力，尽可能地采用天然地基方案，在不能满足承载力要求时采取护拱基底处理方案，常见的方案有浇筑砼垫层、做孔桩等。
经计算，护拱基底反力右侧为1170.7kPa、左侧为491.9kPa，所以当地基承载力大于1200kPa时，可不进行地基加固或改良处理。
4.5上台阶钢架安装并喷混凝土
安装上台阶钢架，然后在其外部覆盖防水板并固定，在钢架内进行喷射混凝土作业，直至设计厚度。
4.6护拱施作
护拱混凝土采用C35，护拱厚60cm，拱脚厚80cm，宽150cm。护拱结构见图4.6.1。
上台阶初期支护完成后，利用其作为护拱施作的内膜进行钢筋绑扎。护拱内设双层钢筋网片，环向Φ22主筋间距20cm，纵向Φ16主筋间距25cm，在两种主筋交叉位置设Φ8箍筋。为确保外模的稳定及增加护拱强度，在上下钢筋网片间增设Ⅰ20a工字钢，按照纵向间距3m一榀布设，环向长度根据现场情况调整，与护拱基础锁脚钢管焊接，确保连接牢靠。
护拱钢筋绑扎见图4.6.2
外模为厚12mm的竹胶板，采用厚50mm的方木及拉杆加固，拉杆间距按50cm×50cm梅花形布置，拉杆与与钢架相连，确保模板稳固、不变形，以保证混凝土外观质量。
4.7混凝土养护
在外模立好后，按照设计要求浇筑C30混凝土，浇筑时尽可能减小混凝土的塌落度，塌落度控制在12cm～16cm为宜。在浇筑完成后，及时进行了洒水养护，同时用土工布对护拱进行覆盖。
4.8拱顶回填
回填采用硬塑黏土或碎石土（粒径不大于20cm）进行夯填。侧墙回填应均匀对称进行，回填至与拱顶齐平后，再分层满铺填筑至设计高度。拱顶回填分层厚度不大于0.3m，两侧回填土面的高差不得大于0.5m。采用机械回填时，应在人工夯填超过拱顶1.0m以上后进行。表层需作厚5cm的粘土隔离层，隔离层应与边仰坡搭接平顺，防止地表水下渗。
4.9洞身开挖
本工法在施工护拱前上台阶已经开挖，其初期支护已经施作，所以只需开挖中下台阶。中台阶和下台阶长度均应控制在5~10m，最长不得大于15m。中台阶及下台阶每循环进尺不大于两榀，钢架之间纵向连接筋应及时施作并连接牢固钢筋网片搭接长度不小于20cm。仰拱每循环开挖不大于3m。
4.10 监控量测
（1）测点布置要求及监测频率(见表 5.2.3)
A．量测断面间距按5米进行控制。
B．量测元件安设时，量测断面应尽量靠近开挖面，与开挖面的距离应小于一次开挖进尺。
C．水平净空收敛量测、拱顶下沉量测应设在同一断面。
（2）洞内测点布置
A．测点的埋设按要及时，埋设要在掌子面开挖后12小时内进行，埋设后及时取得初读数。
B．隧道开挖后应及时进行拱顶下沉量测。
C．洞内净空收敛是隧道围岩应力状态变化的最直观反应。
（3）地表沉降观测
地表沉降测点应在暗洞开挖前布设，每5m设置一个沉降观测点，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围大于H0+B（H0为填土高，B为洞径）。
（4）监控数据记录
监控量测过程应严格做好记录和数据分析的工作，同时还应对观测表面做详细外表观察，并留有记录。
（5）监测数据分析
以地表沉降为例，如图4.9.2。可以看出在拱顶回填之后地表持续下沉，在一周之后趋于稳定，最大沉降量为1.5mm，稳定沉降量为1.3mm。
5 施工质量安全注意事项
（1）因隧道有偏压，护拱基坑开挖后必须进行地基承载力试验，特别是右侧基础，以确定是否采取处理措施。
（2）钢架尽可能少设接头，如因型钢长度不足必须设置接头，要错开拱顶位置。
（3）严格按照设计、技术交底所规定的参数进行支护，钢架施工时作到加工正确，间距、倾斜度和垂直度符合要求，钢架的底脚落在护拱基础上；接头板密贴，上齐连接螺栓。对锚杆的方向、数量和深度进行严格控制。
（4）护拱土石方施工前要做好截、排水工作，保持排水系统通畅。防止地表水灌入或渗入洞内。护拱段土石方开挖时，注意坡面的稳定情况，开挖按自上而下的顺序进行，坚决禁止掏底开挖。
（5）加强监控量测，护拱施工完毕后对护拱进行沉降观测，确保护拱稳定的情况下进行洞身开挖，开挖过程严格监控量测。
（6）架立钢架应设于硬质稳定的基岩面上，避免钢架悬空，钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。钢架（或临时钢架)应设锁脚钢管，且必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。
（7）暗洞施工遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，严格爆破的管理，严格控制爆破药量，采用弱爆破。
6 结束语
上界首隧道浅埋段施工受地表水影响、放坡量较大，其地形条件限制无法进行大型机械作业，安全风险大、施工组织困难。为有效降低安全风险，使工序能有效衔接，提高工效，缩短施工时间，提出了护拱回填暗挖施工方法。此方法减少了土方开挖、高边坡防护等工作量，避免了大面积刷坡，对环境影响小，对施工的场地要求低的特点。施工操作性简便，省去了做内模和上台阶暗挖施工的步骤，从而提高生产效益，本段共35m，每延米综合单价比原设计四步CD法减少17323元，成本共减少78万元，为类似条件的隧道浅埋段施工提供了很好的借鉴作用。
参考文献
[1]朱永全，宋玉香．隧道工程（第二版）．北京：中国铁道出版社，2007
[2]王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论
论文作者:邹春棋
论文发表刊物:《基层建设》2017年1期
论文发表时间:2017/4/11
标签：隧道论文; 钢架论文; 拱顶论文; 风险论文; 混凝土论文; 界首论文; 地表论文; 《基层建设》2017年1期论文;