摘要：隧道洞口施工素来是隧道工程中的一个难点，特别是当洞口处于浅埋偏压软弱围岩地段时，稍有不慎就可能出现拱架变形侵限、塌方冒顶，严重时可能引发较大的安全生产事故。根据合理地形、地貌，制定一个切实可行的施工方案是成功进出洞的关键。本文以七官场隧道进洞口段采用盖挖法施工成功解决浅埋偏压软弱围岩进出洞的难题为例，对盖挖法的施工工艺特点进行了总结，供类似工程借鉴参考。
关键词：浅埋偏压；软弱土层；山岭隧道；盖挖法
1 引言
盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。这种施工方法的最大优点是支护结构变形小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降，有利于保持施工过程两侧与底部土体稳定，保护临近建筑物和构筑物，提高施工过程安全[1]。目前，盖挖法主要应用于城市地下空间工程建设，厦沙A3项目结合盖挖法施工的优点，在七官场隧道进口浅埋偏压软弱围岩洞口段采用盖挖法施工，成功进洞。采用盖挖法施工，能有效减少开挖洞口高度，将开挖对岩体的扰动降至最低程度，有效解决了浅埋偏压软弱围岩段进出洞难的问题，应用前景广泛[2]。
2 工程概况
七官场隧道位于福建省尤溪县台溪乡大桥头村境内，整体呈南北走向，最大埋深约118米。采用双向四车道分离式结构，左右线进出口均采用端墙式洞门。七官场隧道左线全长846m，右线全长838m，属中隧道。原设计左右线进口里程分别为ZK127+220、K127+250，左线明洞长度为20m，右线明洞长度为5m。左右洞间距约18m，路面高差约7m，隧道中线处地面高差约8m。
图2-1 隧道洞口平面图
3 地质水文情况
3.1地质情况
七官场隧道进口段右线K127+200～K127+340及左线Z1K127+200～ ZK127+350为堆积体，主要为含砾粉质黏土和碎石，总厚度约10m，密实度为中密，堆积体总方量为6万方，设计图纸要求清除表层的含砾粉质黏土，碎石层，清除的堆积体一律外运堆放处理，不得弃于堆积体上方及附近。清方后边坡坡率不得陡于1：2.5，对局部刷坡坡率不能达到1：2.5地段，坡率可采用1：1.5，并采用骨架护坡防护，确保边坡稳定。
图3.1-1 堆积体平面图
图3.1-2 典型断面图
3.2水文情况
地下水主要为基岩风化裂隙水，受断裂、层理、节理等地质构造控制，受大气降水补给，向当地沟谷排泄。围岩岩体大多较完整坚硬，隧道总体富水性一般，亦未见富水构造，地下稳定水位埋深6.30～9.80m，水文地质条件属较简单类型。
4 施工方案论证
设计图纸要求洞口施工前必须先清除堆积体，消除隐患后方可进行隧道工程施工，清方后，先施工右洞，后施工左洞。经现场踏勘，堆积体堆积在洞口，对左侧边坡起到堆载反压的作用，有利于山体的整体稳定，如冒然清除，可能会造成左侧山体产生牵引式滑坡，经业主、设计、监理同意，洞口堆积体不予清除。
原设计的方案考虑右洞优先出洞，主要是因为七官场隧道左右洞高差7m，左洞高、右洞低，右洞先行出洞后，降低了地下水位，可以减少地下水对左洞的影响，有利于左洞出洞。施工过程中，在结合图纸说明的基础上，选择右洞优先出洞，当单头掘进至堆积体影响段时，右洞左侧拱架受偏压荷载挤压，产生变形开裂，立即采取了洞内回填反压应急处理措施。随后经专项会议决定优先从偏压荷载影响较小的左洞出洞，待左洞二次衬砌施工完成后，再进行右洞的施工。
图4-1 K127+270洞内初支开裂 图4-2 洞内反压回填
为确保方案合理可行，重新组织了七官场隧道进口段右洞专项施工方案论证会，专家组经现场踏勘，形成主要意见如下：（1）明确了洞口堆积体不能清除，右洞明洞加长15m，利用明洞加长在右洞洞口段进行分层、分台阶堆载反压，以稳定左侧边坡。洞门墙进行加高、加厚并反压回填以利堆积体安全稳定；（2）左洞二衬及洞口工程完成施工后，方可进行右洞明洞开挖，明洞开挖采用放坡开挖或盖挖法进行比选，并在坡脚处完善排水措施。经现场测量，考虑到明洞放坡开挖边坡较高，对堆积体扰动较大，且雨季施工雨水冲刷易导致边坡失稳坍塌，存在较大的安全隐患，结合专家论证意见，右洞明洞开挖采用盖挖法进行施工。
盖挖法相比于明挖，其开挖面和开挖深度小，既可避免大面积明挖对生态环境的破坏，又可避免大面积开挖对边坡的扰动，可确保边仰坡稳定，进而确保施工人员及结构物的安全，同时减少了开挖量，缩短工期、减少投资。盖挖法相对于暗挖，因盖挖段均是超浅埋或浅埋，地质条件都很差，如用暗挖施工随时都有塌方、冒顶的可能，除工程质量和施工安全没有保证外，还面临山洪灌入洞内的危险，并且进尺缓慢，影响工期。由此可见在七官场隧道施工中盖挖法相对传统明暗挖施工方法，在提高工程质量，保证施工安全，节省工程投资，加快工程进度和保护环境等方面有较突出的优越性[3]。
5 盖挖法设计
盖挖法支护结构由护拱和护拱基础组成，护拱采用60cm厚C25钢筋混凝土浇筑，护拱右侧设置偏压挡墙，以抵抗左右侧高差产生的偏压力，偏压挡墙内预留钢筋，并与护拱内的钢筋连接，直接利用偏压挡墙作为护拱右侧基础；护拱左侧离坡脚较近，不具备放坡开挖浇筑混凝土基础的条件，因此采用钢管桩基础。钢管桩基础施工开挖较少，有效降低了边坡开挖的高度，避免了对堆积体的扰动，确保了施工过程安全。钢管桩外露端设置钢筋砼条形基础，与钢管桩连接成整体，同时，钢管桩嵌入基岩，通过注浆与周围土体连成整体受力，有利于抵抗左右洞之间高差产生的横向滑移力；护拱、偏压挡墙、钢管桩条形基础形成联合支护体系，与明洞结构一起共同承受洞顶回填土的荷载，在两层结构的支撑作用下，右洞洞顶回填土体达6m高，并在明洞顶填筑形成一个约20m宽平台，填土在坡脚堆载反压，有利于减少左右侧高差产生的推力及堆积体稳定。
因此，采用盖挖法进行施工，既保证了施工过程中的安全，又有利于后期运营的安全[4]。
图5-1 护拱设计结构图
6 盖挖法施工
具体施工步骤：完善洞口排水系统→右洞临时边仰坡开挖及防护→右侧偏压挡墙及左侧φ50mm钢花管施工→护拱施工（K127+237～+255）→洞顶初次回填（厚度2m）→左侧边墙开挖及初期支护→仰拱施工→明洞衬砌施工→洞门墙施工→洞顶二次回填。
6.1完善洞口排水系统
修筑排水沟，将左洞洞口左侧水流引排至隧道洞口边仰坡范围外，以免地表水冲刷坡面，影响仰坡及洞口段边坡的稳定。
洞顶在靠山脚与堆积体交界处需修筑环形临时截水沟，并沿右洞右侧引排至自然沟渠内。
两临时排水沟呈“人”字型分布，有效排出地表水汇水。
6.2右洞临时边仰坡开挖及防护
待左洞二衬施工全部完成后，方可进行右洞明洞边仰坡开挖，左洞已施工完成的衬砌结构可以支挡由左侧传递至右侧的偏压力，有效减少部分偏压荷载。明洞临时边仰坡开挖采用台阶式放坡，第一级高8m，第二级高4.5m，台阶宽度2m，边坡坡率为1：0.75，仰坡坡率为1：1。边仰坡开挖一级防护一级，左侧临时边坡采用小导管注浆加固，小导管采用φ42×3.5mm钢花管，L=3m，间距1.5×1.5m，梅花形布置，水泥浆液水灰比为1：1（重量比），注浆压力1~1.5MPa。临时仰坡及右侧临时边坡采用喷锚网加固，喷射C25混凝土，厚度10cm；钢筋网采用φ6钢筋，网格间距20cm×20cm；锚杆采用φ22砂浆锚杆，L=4m，间距为1.5m×1.5m，呈梅花形布置。
6.3右侧偏压挡墙及左侧钢管桩施工
采用全站仪精确放样，定出挡墙基础位置，挡墙基础采用分段跳槽开挖，每段长度为6m。偏压挡墙采用立模分层浇筑成型，靠明洞内侧模板精确放样，不得侵入明洞衬砌结构。施工至护拱基础位置时，按设计图纸预埋护拱钢筋。
图6.3-1 钢管桩条形基础施工
左侧护拱基础采用2根长6m，纵向间距0.5m的钢管桩进行加固，钢管桩为φ50mm×5mm注浆钢花管。为节省工期，钢管桩与偏压挡墙同步进行施工，采用履带钻机按设计角度打入，人工送管，管口安装球阀进行注浆，注浆压力：初压1Mpa，终压1.5Mpa，注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时可结束注浆。
图6.3-2 护拱左侧钢管桩基础钻孔
6.4护拱施工（K127+237～+255）
偏压挡墙施工完成后，对挡墙基础进行回填至护拱内弧位置，按设计护拱内弧采用人工修整成型，以此土模作为护拱内弧模板，护拱采用60cm厚C25钢筋混凝土。
图6.4-1 盖挖法土拱内膜
严格按照设计图纸绑扎钢筋，护拱钢筋右侧拱脚与挡墙预埋钢筋焊接牢固，左侧与钢花管焊接牢固，经检验合格，立外模浇筑护拱混凝土，整体一次浇筑成型。
图6.4-2 盖挖法护拱钢筋绑扎
6.5护拱顶初次回填
待混凝土达到100%强度后，对护拱顶部的土体进行回填，初次回填高度为2m，回填施工前应将杂物清理干净、无积水，回填土石应对称分层填筑，每层厚度为0.3 m，两侧回填的土面高差不得大于0.5m，回填至拱顶齐平后，应立即分层满铺填筑至要求高度，严禁任意抛填。回填料不得采用膨胀性的黏土，不得含有碎砖、灰渣及有机杂物等，粒径≤15cm，压实度不小于0.9。
6.6左侧边墙开挖及初期支护
护拱下方土体采用挖掘机进行逐榀开挖，先进行左侧土体开挖及支护，预留右侧土体可以起到支撑护拱的作用。左侧土体每循环开挖一榀、支护一榀，采用20号工字钢支护，纵向间距为0.6m，每处锁脚采用2根φ50×3.5mm长3.5m钢管，并排布置于拱架两侧，并采用“U”钢筋与钢拱架焊接在一起，每榀工字钢与预埋在条形基础的钢板采用螺栓连接牢固；钢筋网采用φ6双层钢筋网片，网格间距为20cm*20cm；喷射砼采用30cm厚C25喷射砼。
图6.6-1 护拱基础钢支撑连接图
6.7仰拱施工
待下台阶接腿长度达到3m后及时进行洞口段仰拱浇筑，仰拱工字钢施工每循环不超过2榀拱架，洞口段第一模仰拱衬砌及填充浇筑长度为3m。待3m仰拱封闭成环状结构后，护拱前端支点稳定，护拱整体稳定性大大增强。
6.8右洞明洞二次衬砌施工
开挖达到一个台车长度后，及时施做二次衬砌。右洞洞口段衬砌类型为Z0型单压式明洞衬砌，二次衬砌采用模筑钢筋混凝土结构，隧道拱墙、仰拱采用70cm厚C35钢筋混凝土。
6.9洞门墙施工
为提高洞门端墙的整体稳定性，确保洞门端墙运营安全，右洞洞门里程由原设计K127+250调整为K127+235，与左洞端墙齐平，左右洞端墙厚度由1.8m调整为2.5～4.74m。
洞门端墙采用C25混凝土现浇，端墙内外表层设置φ18mm抗裂钢筋网片，网格间距200×200mm，并对端墙墙址进行配筋加强。端墙背后设置纵横向排水盲沟，管网采用外包土工布的打孔波纹管排水盲沟，横竖间距均为2m，排水盲沟在墙脚（路面设计标高以下）采用φ100PVC管排入路基侧沟。
洞门墙加高、加厚后，洞口段能回填更多的土体反压堆积体坡脚，有利于堆积体稳定。
6.10洞顶二次回填
洞门墙及洞身衬砌均达到设计强度后，进行洞顶二次回填，每层厚度不大于0.3m，分层夯实，左右对称回填，回填土石要求密实度K≥0.9，粒径≤15cm，回填料不得采用带有膨胀性的黏土[5][6]。
在护拱及明洞衬砌两层结构的支撑作用下，能使洞顶回填土体高达6m，并在明洞顶填筑形成一个约20m宽平台，填土在坡脚分层堆载反压，有效减少了左右侧高差产生的推力，确保了堆积体稳定。
7 施工质量安全控制要点
（1）隧道洞内土体开挖前，必须在护拱及地表布设沉降位移观测点，安排专人实时监测变形情况，如遇变形异常，及时上报，必要时，暂停施工，确保安全。
（2）洞内土体开挖采用分部开挖法，不得采用全断面直接挖除，充分利用洞内土体提供支撑反力，有效控制护拱沉降变形。
（3）严格控制护拱钢管桩打设角度，防止钢管侵入衬砌净空，影响受力效果。施工过程中，通过自制钢管桩钻孔角度控制器严格控制钻孔精度。
（4）钢筋砼护拱浇筑完成后，及早进行初次回填，初次回填待强度达到设计强度100%后进行，以免初次回填后，护拱产生受力裂缝，影响结构稳定性。通过回填土体分层堆载尽早对坡体形成反压，以达到施工过程中稳定边坡的目的。
（5）为确保安全，钢管桩条形基础内预埋钢板及螺杆，采用工字钢进行接腿落底，落底钢拱架与预埋钢板采用螺栓连接，确保连接质量，以免因左右侧高差产生的偏压推力从钢拱架连接的薄弱环节处剪切破坏，影响结构受力。钢拱架采用直线拱落底，以便在仰拱连接之前能将上部荷载以垂直力传递至基础，对结构整体受力有利。
8 结论
通过以上对七官场隧道进口盖挖法施工的技术进行总结，我们得出以下结论：
（1）隧道洞口设计应遵循“早进晚出”的原则，尽量减少开挖对围岩的扰动，对于山高坡陡，地质条件较差时，应将隧道暗洞洞口位置适当外延，防止边仰坡大面积开挖，引起洞口失稳，特别是洞口存在断层、滑坡体时，更要减少开挖对围岩的影响，尽量采用零开挖、明洞接长等方式避开不良地质带。
（2）对于洞口浅埋的隧道，难以采用暗挖进洞，又不具备明挖的施工条件时，可根据实际的地形条件，采用盖挖法的方式进洞，这样一方面可以减少洞口边仰坡的开挖，保证山体稳定，另一方面可以采用明挖的形式开挖，降低隧道施工难度，加快施工进度。
（3）隧道洞口存在偏压现象时，必须在隧道进洞之前对偏压采取控制措施。隧道偏压可考虑采用反压回填、砌筑偏压挡墙、地表锚固等方式进行处理，为了减少偏压对隧道结构的影响[7]，对于分离式隧道，建议先进行深埋侧隧道的施工，再进行浅埋侧隧道施工。对于半明半暗法施工的隧道，建议先进行暗洞侧土体开挖及支护，预留明挖侧土体可以起到支撑护拱的作用。
厦沙A3项目七官场隧道进口端浅埋偏压软弱围岩采用盖挖法最终成功进洞，并取得了较好的效果，这不仅给我们积累了宝贵的施工经验，同时也为类似工程提供了很好借鉴。
参考文献：
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[2]刘传利，沈佳佳. 盖挖法在重罗山隧道浅埋偏压段的应用[J]. 路基工程，2016，（03）：186-190+196.
[3]刘宁宁. 隧道洞口浅埋段盖挖法施工技术分析[J]. 科技风，2015，（10）：159-160.
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[5]公路隧道施工技术规范JTG F60-2009[S].北京：人民交通出版社，2009.
[6]公路隧道施工技术细则JTG F60/T-2009[S].北京：人民交通出版社，2009.
[7]福建省高速公路施工标准化管理指南-隧道工程[S].北京：人民交通出版社，2013.
作者介绍：
李开军，男，1984年11月生，大学本科，工程师;谢艺伟，男，1985年03月生，大学本科，工程师; 黄俊谍，男，1987年11月生，大学本科，助理工程师
论文作者:李开军,谢艺伟,黄俊谍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：偏压论文; 隧道论文; 洞口论文; 挡墙论文; 钢筋论文; 钢管论文; 高差论文; 《基层建设》2018年第11期论文;