“盖挖工法”在公路浅埋隧道中的应用.doc

“盖挖工法”在高速公路浅埋隧道中的应用余江（江苏省交通规划设计院）摘 要 茅山隧道（含茅山西隧道和茅山东隧道）为分离式双向六车道高速公路隧道，隧道最大开挖宽度达17.21m，最大埋深不足60m，属浅埋隧道。茅山西隧道下行线进口段部分为负埋深，该段设计采用盖挖法施工。本文详细介绍了该段盖挖设计，对类似工程设计提供了一定的借鉴作用。1 前言盖挖工法以往多应用于城市地铁、过街通道等市政工程，它在克服市区施工作业面空间狭小困难的同时，可以有效减轻地下工程施工对城市交通、居民生活的影响。以往高速公路隧道多建于山区，地势开阔，且埋深较大，因此，很少采用盖挖法施工。南京至太仓高速公路（南京至常州段）在通过风景秀丽的茅山风景区时，为减少公路建设大开大挖对原生态的破坏，采用隧道方式穿越，低山丘陵的地貌特征，使得茅山隧道总体埋深较浅，部分地段超浅埋，甚至负埋深。在设计方案研究过程中，遵循“不破坏就是最大的保护”这一先进设计理念，综合考虑环保、安全等因素，部分超浅埋区段采用“盖挖工法”施作，取得了良好的环境效益和社会效益。2 工程概况南京至太仓高速公路（南京至常州段）茅山隧道位于镇江句容市茅山风景区内，隧址区场地地貌单元属剥蚀低山丘陵，茅山山脉总体呈南北向展布，山体坡度较缓，区内总体土层覆盖层较厚，植被茂密。茅山隧道为分离式双向六车道高速公路隧道，设计速度为120km/h，是目前江苏省跨度最大的高速公路隧道。隧道衬砌断面采用三心圆形式，最大开挖跨度17.21m，最大开挖高度12.04m，形状扁平。茅山隧道分茅山东、西两座隧道，西隧道设计里程桩号上行线为EK24+875EK25+332，长457m；下行线为FK24+730FK25+326.5，长596.5m。东隧道设计里程桩号上行线为EK25+522EK25+815，长293m；下行线为FK25+514FK25+796，长282m。3 工程地质条件隧道工程区处在茅山主干断裂的西侧，勘察中未发现全新世活动断裂及规模较大的断裂破碎带，隧址区山体形态较完整，坡度较缓，地表无崩塌、滑坡等现象。隧道洞室围岩岩性较复杂，有卵砾石土（Q2）、砾岩（K2P）、安山凝灰岩、安山岩（J3L）等。其岩体质量指标有明显差异。砾岩和安山岩均属硬质岩石，具块状构造，岩体完整性好；安山凝灰岩属较软质岩石，具碎裂结构，裂隙发育，岩体完整性差，整体强度较低，洞室自稳性较差；卵砾石土为残坡积成因，在西隧道工程区，岩性为呈散体状结构，灰褐色，灰紫色，卵（块）石含量在20-50%，下部含量可达5070；卵石粒径一般520cm，部分可达5080cm，呈次棱角-次园状，大小混杂。大体上上部粒径较小，含量较少，往深部卵石粒径增大，含量增多。卵石成份较为单一，主要为灰白色石英砂岩和灰紫色岩屑砂岩。填隙物为粘性土混砂粒，硬可塑状，部分具铁质胶结。其中的卵砾石为石英质，十分坚硬，而填隙物为含砾粘土质，岩（土）体整体强度低，完整性差，稳定性差。西隧道围岩类别分为II、III、IV类，东隧道围岩类别分为III、IV类。西隧道II类围岩占52%，III类围岩占17%；东隧道III类围岩占74%。4 主要技术指标（1） 道路等级：高速公路；（2） 设计速度：120km/h；（3） 隧道建筑限界：净宽14.75m（0.75+0.75+33.75+1.25+0.75），净高5.0m；人行横洞建筑限界：宽2.0m，高2.5m；（4） 隧道设计纵坡控制在0.33.0%范围内；（5） 设计荷载：洞内路面设计荷载采用汽车-超20级，挂车-120； （6） 抗震设防烈度：按7度地震设防。隧道建筑限界如图1。图1 茅山隧道建筑限界（单位：cm）5 施工方案研究比选茅山西隧道下行线FK24+875FK24+910段穿越一自然冲沟，为卵石土堆积结构，卵石含量较高，约3550%。FK24+885.3FK24+900.3（15m）段落局部为负埋深，洞室局部外露。见图2。图2 FK24+885.3FK24+900.3段洞室断面图5.1 明挖法针对该区段自然条件，传统设计一般会采用明挖法。由于该段地质条件差，围岩为II类软石土，若采用明挖法施工，设计临时边坡坡率按1：1考虑，最大明挖宽度达50m、深度16.8m，开挖土方12502m3，碎石土回填9793m3，破坏林木1750m2。临时边坡采用锚杆、挂网、喷混凝土联合支护。明挖法主要有以下不足：1、明挖法将大面积破坏原有植被和林木，不符合生态、环保设计的要求。2、FK24+875FK24+910段处于山谷冲沟之中，上游汇水面积较大，采用明挖法施工，周期太长（至少3个月左右），如遇雨季，排水较困难；而且该段衬砌台车在进口端115m的暗洞没有完成开挖、支护和仰拱砼前，无法到位，无法及时施做明洞衬砌，水流将直接灌入隧道内，对暗洞的开挖造成极大的安全隐患。3、临时边坡较高，放置时间过长，存在滑坡隐患。5.2 盖挖法盖挖法基本设计思路：先留核心土开挖临时边坡至拱脚设计高程处，再按隧道衬砌拱部弧度浇筑混凝土套拱至拱脚处。当混凝土套拱达到设计强度后，在其上部结合原地面顺坡回填碎石土，表层植草种树。上部回填结束后，洞身采用暗挖通过。对于本工程，与明挖法相比，盖挖法在生态环保、生产安全等方面有明显优势。环保。盖挖法临时开挖边坡坡高较低，坡率较大，因此破坏林木较少，约400m2，大大降低了开挖量，有效保护了自然植被。明挖法临时开挖边坡坡高较高，坡率较小，因此破坏林木较多，约1750m2，是“盖挖”法的4倍多。因此，采用盖挖法环保意义重大。盖挖法、明挖法环保比较见表1。表1 盖挖法、明挖法环保比较表比较项目盖挖法明挖法临时边坡高度较低高临时边坡坡率较大小破坏植被面积约400m2约1750m2社会意义利于环保严重破坏自然景观优劣优劣安全。采用盖挖法，临时边坡最大坡高仅8m，若采用明挖，临时边坡最大坡高达到16.8m。与明挖法相比，盖挖法大大地降低了施工风险，保障了施工安全。盖挖法、明挖法施工安全比较见表2。表2 盖挖法、明挖法施工安全比较表比较项目盖挖法明挖法临时边坡最大坡高8m20m临时边坡坡率较大小施工工期短长施工范围小大施工风险小大优劣优劣有效解决防排水问题。该段地形上为一自然冲沟，解决好雨季施工的防排水问题至关重要。盖挖法地表施工工期较短，施工范围较小，能很好地解决施工期间冲沟内的排水问题，攻克了跨雨季施工的技术难题。尽管采用盖挖法比采用明挖法工程造价会有所增加，但从以上分析比较不难看出，盖挖法与明挖法相比，在环保、安全、解决防排水等方面具有很多优点，因此，最终选用盖挖法方案。6 盖挖法方案设计该段盖挖设计方案见图3。图3 盖挖设计方案主要设计参数及施工步骤如下：1、先施工FK24+885.3FK24+887.3、FK24+898.3FK24+900.3段管棚导向墙，待长管棚施作完成后，方可施工FK24+887.3FK24+898.3段套拱。C25砼套拱中嵌入18型钢拱架，套拱两侧边墩与砼直墙采用两根22钢筋连接，并与18型钢牢固焊接。FK24+875FK24+910段其它部分采用反压回填后暗挖进洞施工。2、盖挖法施工时，临时边坡放坡后，两侧边坡自坡脚以上2m采用注浆锚杆防护。洞内系统锚杆采用25GM自进式中空注浆锚杆，长4.0m，间距8080cm（纵环），只在两侧直边墙处布置；取消该段超前支护，其它初期支护参数见图3。3、该段主洞施工采用双侧壁导坑法开挖。每步开挖后，应及时施做初期支护和临时支护，以尽早封闭。两侧直边墙开挖不应同步进行，要前后错开一定距离，且一次开挖最大进尺控制在50cm左右，与钢拱架安装同步进行。4、施工时做好临时排水工作，不得使原自然冲沟水流入基坑内。5、洞顶回填前应清除回填部位原耕植土及植被。回填时应保证两侧均匀回填，确保洞身的均匀受力；碎石土回填时应分层夯填，以保证回填的密实性。6、粘土隔水层施作完毕后，顺坡回填恢复地面并植草绿化。盖挖法施工过程见图4。 A 盖挖段两侧管棚施工 B盖挖段套拱施工 C盖挖段套拱施工完毕 D盖挖段回填完毕图4 茅山隧道盖挖法施工过程7 结束语茅山隧道已经全线顺利贯通，盖挖段的成功实施，有效克服了大挖大填、大面积破坏植被的缺点，充分体现了人与自然和谐共处、坚持科学发展观的先进设计理念，为打造景观隧道、生态隧道提供了一定的借鉴作用。Application for Excavation after Covering in Low Tunnel of ExpresswayAbstract: Maoshan Tunnel(West Maoshan Tunnel and East Maoshan Tunnel) is the tunnel of the separate and bi-directional 6 roadway expressway. The widest span is 17.3m and the biggest depth is less than 60m, so it is the low depth tunnel. The tunnel crown is bar