莲花山2号隧道盖挖法施工关键技术.pdf

隧道 地下工程 收稿日期： 莲花山 号隧道盖挖法施工关键技术 亓文新 （ 中铁十四局集团第二工程有限公司 山东泰安 ） 摘 要 结合莲花山 号隧道左线进口段施工， 分析明挖、 暗挖、 盖挖法优缺点， 进行方案比选， 决定采用盖挖法施 工， 并介绍盖挖法施工关键技术。实践证明， 大跨浅埋山岭隧道应用盖挖法， 可节省投资， 缩短工期， 降低施工难 度、 安全风险， 保护环境， 是成功可行的。 关键词 大跨山岭隧道 方案比选 盖挖法 中图分类号 文献标识码 文章编号 （ ） （ ， ，） ， ， ， ， ， ， ， ； ； 随着我国公路网不断完善， 山岭隧道修建也越 来越多， 它们多依山而建， 围岩差， 地形地质复杂， 常遇到大断面浅埋情况， 开挖方式对工程施工极为 重要。目前山岭隧道开挖方式主要分为明挖、 暗挖 两大类。近年来， 盖挖法在我国发展较快， 但实际 应用时还需进行方案比选。 工程概况 莲花山 号隧道位于广东省惠州与汕尾两市交 界， 长 ， 为特长隧道， 双向 车道、 的高速公路技术标准， 是潮惠高速公路全线重点控 制性工程。 隧道所处丘陵地貌， 地形起伏较大， 隧道范围 内最大高差 。隧道设计开挖跨径 ， 开 挖面积达到 ， 属于大跨径、 大断面山岭隧 道。该地区雨水多， 降雨集中。 隧道进口左右线设计为端墙式洞门， 大管棚、 双侧壁导坑开挖进洞。右线隧道进口位于山谷， 洞 顶覆盖层较厚， 可以按设计组织施工。莲花山 号 隧道左线进口则条件较差， 属浅埋隧道， 地理位置 特殊， 难以按设计施工， 需进行方案比选以确定施 工方案。 施工方案比选 隧道开挖方案选择主要根据工程地质、 水文地 质、 隧道埋深、 断面尺寸、 衬砌类型、 使用功能、 施工 技术条件及工期要求等因素综合确定。 莲花山 号隧道左线进口段（ ） 为洞口浅埋段， 洞顶有一自然冲沟， 汇 水面积大， 自然坡度 。隧道围岩为级， 主要为强风化花岗斑岩及中风化花岗斑岩， 地表出 露为孤石夹泥的冲积层。强风化花岗斑岩大部分 破坏， 节理裂隙发育， 岩体呈碎裂结构， 岩质较软， 铁道建筑技术 （ ） 隧道 地下工程 岩体破碎， 自稳能力差， 无支护时拱部易坍塌， 侧壁 易失稳。 双侧壁导坑法开挖分析 莲花山 号隧道左线进口段原设计为大管棚进 洞、 双侧壁导坑开挖， 见图 。 （ ） 隧道埋深浅， 仅 ， 以喻波、 王呼佳所 著压力拱效应公式 计算临界埋深 （ 为隧道跨 度， 取 ） 。 实际埋深小于 ， 不满足临界拱埋深条件， 开 挖后不能形成自承拱能力， 暗挖风险极大， 极易造 成隧道坍塌或者冒顶。 图 双侧壁导坑示意（ 单位：） （ ） 莲花山 号隧道为长大隧道， 左线进口洞 顶自然冲沟汇水面积大， 浅埋地段处于沟壑中， 开挖时已发现该处渗水较严重， 若采用 双侧壁导坑法方案开挖， 防排水难度加大， 易发生 透水淹洞险情。 （ ） 双侧壁导坑法施工地面沉降小， 级围岩 浅埋大跨度隧道中常用。其缺点是： 开挖断面分块 多， 扰动大， 初期支护全断面闭合时间长， 掘进速度 较慢， 成本较高， 有水需要特殊处理。 明挖法分析 隧道左线进口段若采用明挖法， 挖土量、 边坡 防护工程量浩大， 且线路左侧边坡深入山体， 将会 造成左侧山体失稳， 大大增加红线用地， 加重环境 的破坏， 造价高。 盖挖法分析 盖挖法早在 世纪 年代西班牙马德里城市 隧道就已开始使用， 在城市隧道应用广泛。山岭隧 道则是近些年逐渐兴起， 它是介于明挖和暗挖的一 种方法， 拱部明挖， 护拱成“ 盖” ， 下部按 “ 新奥法” 原理暗挖， 简化拱部支护， 是盖挖法理念与新奥法 隧道设计施工相结合的产物。兼有明挖与暗挖法 的优点 ， 主要有： （ ） 避开了双侧壁导坑法开挖造成的工序多、 施工复杂、 进度慢、 风险高不利之处； （ ） 与明挖相比， 减少土方开挖量、 降低对环境 破坏、 降低造价； （ ） 缩短工期， 适合各类大断面浅埋隧道施工。 通过以上对比分析， 莲花山 号隧道左线进口 段决定采用盖挖法， 设计施工图见图 。 图 盖挖法施工图（ 单位：） 施工关键技术 排、 截水沟设计 莲花山 号隧道为长大隧道， 位于强降雨区域， 左线洞顶的自然冲沟汇水面积达到 ， 因 此截、 排水十分重要。为提高截水效果， 采取改截并 举措施， 冲沟上游设改水沟， 隧道洞口范围设截水沟。 改沟根据现场勘察， 调查冲沟历史流量， 选择 为上下口宽分别为 、 ， 高是 梯形 截面， 结构为钢筋混凝土。 截水沟依据公路截水沟设计原则 ， 截水沟泄 水能力 大于设计流量 ， 对应设计流量的沟内流 水速度 不小于於速度 且不大于沟渠冲刷速 度 。 依据最大流量和坡度关系， 结合现场实际地 形， 截水沟设计尺寸内径为 矩形截 面， 选取纵坡坡度 ， 。满足截 铁道建筑技术 （ ） 隧道 地下工程 水要求。 盖挖段明挖施工 隧道盖挖段拱顶以上到地表范围内的土石方 采用明挖施工。隧道拱内岩体先不开挖， 以作为浇 筑护拱混凝土时内模支撑平台。两侧沿隧道外轮 廓线开挖， 开挖深度根据现场实际地质情况确定， 原则是： （ ） 当开挖至基岩， 地基承载力能满足要求时， 停止开挖， 施作混凝土护拱基础。 （ ） 当开挖到隧道两侧最大跨仍为黏土或软弱 岩层， 地基承载力不能满足要求时， 停止开挖， 施作 加固边桩和钢筋混凝土托梁作为护拱基础。 （ ） 当开挖遇到石芽出露（ 及土加石） ， 核查地 基承载力满足要求时， 停止开挖， 施作钢筋混凝土 护拱基础。 拱部边坡开挖时， 边、 仰坡采取锚、 网、 喷防护。 锚杆采用 砂浆锚杆， 长度 ， 间距 ； 挂间距 的 钢筋网； 喷 混凝土 ； 临时边坡每 设 平台， 永久边 坡防护同路基边坡防护。 盖挖与暗挖过渡段施工 莲花山 号隧道盖挖与暗挖交界面里程为 ， 开挖至该断面护拱基础面以后， 先施 作暗洞段导向墙及管棚， 用锚杆使其和洞口仰坡连 成一体。设计 长的 大管棚， 按常规隧道 进洞大管棚方法施工。 托梁施工 隧道明挖时如果遇到基岩， 不再继续开挖， 即 可施作混凝土护拱基础找平层， 厚度不小于 。 当隧道开挖至隧道外轮廓最大跨仍为黏土或遇到 石芽出露时， 停止开挖， 施作托梁， 预埋钢拱架的连 接钢板。依据设计检算， 设计为条形 钢筋混凝 土托梁（ 见图 ） 。 图 托梁结构示意（ 单位：） 护拱模板系统 护拱模板由于受曲面限制， 用厚 木板加工 更为便利。在拱、 墙部钢拱架径向焊接 的 型 钢筋， 间距 ， 长度与护拱厚度相等， 以作护拱外 模板内支撑杆。模板外侧沿隧道轴线设置 外 模加固筋， 间距 ， 底部与护拱找平层或托梁混凝 土预埋钢筋头焊接， 顶部用连接筋与初期支护钢拱 架焊接， 以防跑模。 洞内暗挖施工 拱顶以下暗挖段严格遵循“ 管超前、 严注浆、 短 进尺、 弱爆破、 强支护、 早成环、 勤测量” 原则。 隧道拱内土石方开挖采用三台阶法， 台阶间距 。根据开挖出露地层显示， 三个台阶中， 上、 中台阶为强风化花岗斑岩， 可以直接挖掘机开挖； 下台阶为中风化花岗斑岩， 需要爆破施工， 为防止 对拱部混凝土造成破坏， 采取控制爆破开挖。 下台阶爆破时， 在隧道开挖过程中根据现场地 质条件、 围岩性质、 爆破效果、 监测结果， 同时通过 合理的炮眼布置， 调整炮眼孔距、 角度、 装药方式等 进行钻爆设计， 并不断优化爆破参数， 确保爆破对 边坡、 拱部震动影响在控制范围之内。 下台阶周边眼采用间隔不耦合装药 ， 按 密度装药； 辅助眼和底板眼采用连续耦合装药， 微 差爆破网络 起爆。炮孔布置见图 ， 爆破参数见 表 。 图 下台阶开挖炮孔布置示意（ 单位：） 实践表明， 控制爆破减少了对开挖边坡扰动， 同时起到对护拱混凝土保护， 确保了施工安全。 覆土回填 待盖挖段护拱混凝土达到一定强度后， 进行拱 顶回填。回填坚持对称、 控制层厚原则进行。回填 铁道建筑技术 （ ） 隧道 地下工程 材料为： 拱顶高度 以下部分采用 素混凝 土； 地表以下 范围内回填用原先挖除的地表 腐殖土； 其余填料为土方。为防止过度受力而使隧 道初支钢拱架发生较大变形， 素混凝土摊铺厚度不 超过 ， 振捣间距在 以内； 土方回填层厚 控制在 以内， 小型夯机夯实。暗洞施工完成 后， 回填腐殖土， 以利植被快速恢复。 表 下台阶开挖爆破参数 序号 炮眼 名称 段数 孔数 个 孔深 单孔装 药率 单孔装 药量 炸药单 段药量 辅助眼 辅助眼 辅助眼 辅助眼 周边眼 底板眼 底板眼 合计 注： 炸药规格为直径 ， 卷； 单耗 。 监控量测及数据回归分析 盖挖法监控量测重点主要观测洞顶及边坡稳 定， 开挖前在盖挖断面的两侧边坡外埋设沉降位移 监测桩， 混凝土浇筑后在每个断面顶面埋设 个沉 降位移监测桩（ 见图 ） 。 图 沉降位移监测桩布置 对测桩进行连续监测， 进行数据回归分析。以 断面为例， 沉降整体趋势见图 。 数据分析结果表明两侧边坡、 隧道顶部各断面 沉降变化值较小， 在规范允许范围之内。经过一段 时间沉降已处于平稳状态， 保证了隧道施工安全， 确保了隧道结构尺寸。 图 沉降趋势 结束语 莲花山 号隧道左线进口段盖挖法施工， 年 月 日开工， 年 月 日顺利结束， 工期 。本隧道右洞是按设计双侧壁导坑法进洞， 从 大管棚至进洞 ， 工期长达 。相比之下盖 挖法提前 ； 施工成本比原设计节约一百余万元； 同时降低了施工难度、 安全风险， 减少对环境破坏， 这说明盖挖法在莲花山 号隧道左线进口段应用是 成功的， 值得今后类似工程推广应用。 参考文献 喻波， 王呼佳 压力