浅埋黄土隧道明挖暗做施工技术讨论

1、高速铁路浅埋黄土隧道明挖暗做施工技术（中国水利水电第四工程局第四分局宝兰客运专线 朱广琼 张建国）摘要：苏家川隧道地质情况较为复杂，隧道洞身浅埋段顶部既有乡村道路横跨而过，洞顶埋深较小；右侧临近村民居住区，且通向村庄道路采用混凝土硬化，道路仅3m宽，大型机械设备无法进入施工区，设计明挖法施工难度大，不利于保证施工进度及安全，采取施作套拱明洞暗挖的施工方法渡过。简要总结明洞段及暗洞施作套拱、明洞暗挖的施工技术。关键词：浅埋黄土隧道、施作套拱、明洞暗挖、施工技术1工程概况1.1设计及地质情况宝兰客运专线10标段二工区通渭至榆中苏家川隧道位于定西市安定区，隧道全长759m，为双线隧道。隧道洞身均位于

2、直线上，洞身纵坡为3的单面上坡，洞身均为黄土、围岩为级。隧址区地貌形态属黄土高原沟壑、梁峁区，地面相对高差约60m，区内黄土梁峁起伏，沟壑纵横，自然坡度约为20°60°之间，隧道顶谷深切多呈“V”字型，山坡上多为风积黄土包裹，梁顶植被包裹较差。隧道进口、出口均为东河的支沟，平时干涸无水，仅在暴雨季节有暂时性水流，水量一般不大。隧道区内地下水主要为第四系松散层孔隙水。松散层孔隙裂隙水赋存于第四系上更新统砂质黄土中，无统一潜水面，受大气补给，水量小，季节性变化大，水位埋藏变化大。地下水对混凝土存在氯盐、硫酸盐侵蚀性，侵蚀性等级为L2、H2。苏家川隧道浅埋明洞段位于山间谷地，洞身

3、上横跨宽度3m的乡村道路；勘探时试验结果显示该段黄土具有湿陷性，基地承载力较小，需采用水泥土挤密桩进行地基加固。设计施工采用明挖法。1.2隧道主要技术标准苏家川隧道为单洞双线隧道，设计时速250Km/h，隧道衬砌后断面最大净宽12.81m，净高8.68m，采用Ve衬砌断面类型。1.3施工地形复核及补探情况通过现场实测，实际地形与设计地形略有差异，其中DK929+530+549隧道顶部最小埋深为-1m，出现露顶。DK929+511DK929+561明洞段纵向剖面示意图根据现场地质钻探剖面显示，浅埋段洞顶覆盖层为第四系上更新统Q3eol3砂质黄土,动力触探检测地基承载力在300Mpa以上；洞顶有既

4、有乡村道路通过且山间降水经过洞顶沟底汇集自流而下，施工地质条件较差，极易坍塌、下陷，成拱能力差。暗挖法施工施作时拱肩以上围岩围护较为困难。隧底以下围岩取芯检测成果显示，该部位围岩无湿陷性。2施工方案选择在浅埋隧道施工中，明挖法与暗挖法各有各的优势，通过现场实际施工环境、施工技术、施工效益、施工安全等方面的对比，选择较为优越的施工方法。1 明挖法不利因素由于隧道穿过山谷之间的凹地，洞顶又有既有乡村道路，明挖施工时必须进行道路临时改移，保证当地居民通行；该处施工设计图纸未明确排水问题，施工时段必须考虑错开雨季；明挖施工时需大中型机械设备进入，而该处右侧紧邻乡村3m水泥道路，大型机械无法进入；为防止

5、重型机械压坏路面，当地居民严禁通行，开挖不具备条件。明挖施工对山体扰动较大，若处理不当极易引起边仰坡及山体失稳，发生山体滑坡、坍塌；明挖土方量大；明挖弃土需再次征收土地，对当地环境影响较大,且二次征地困难。明挖施工隧底作业面狭小，左、右侧需进行顺坡。由于苏家川隧道整条隧道长度较短（隧道全长759m），采取单向掘进，若施工明洞段，或者在暗洞开挖至明洞段时施工，或者增加人员设备在暗洞段未到达前独自施工明洞段。2 套拱明洞暗挖的优点根据对甘肃定西市近几年气候变化及降水情况的调查，合理安排明洞暗挖施作时段，确保施作时段错过雨季。 隧道正洞（暗洞）开挖至距离明洞一定长度后，停止掌子面开挖及时施作套拱，完

6、成后正洞正常掘进。此法易于施作，并有利于隧道施工安全。 明洞暗挖对山体及周围环境影响小，对山体扰动小，减少征地，免去施工道路的修建及改移费用。 明洞暗挖方便洞顶渡槽施工，减少洞顶填土。通过明挖与明洞暗挖两种施工方案的比较，施工套拱明洞暗挖比明挖法更具有优势，不仅减小对山体的扰动及对环境的破坏，还充分利用了现有资源，加快施工进度，所以采取变更手续对明洞段采用套拱明挖暗做。3施工方案控制措施3.1洞口防护排水暗洞距离明洞段分界里程约40m时，测量人员对明洞段进行放样，采用白灰撒正洞开挖轮廓；结合现场实际情况，安排人工开挖临时排水沟，对可能发生的降水进行妥善引排，防止其进入正洞浸泡基地。施工要求安排

7、干旱季节。3.2套拱暗挖施工技术方案正洞（暗洞）开挖至距离明洞段分界里程28m时（或明洞暗挖开挖至明洞分界里程），停止掌子面开挖施工，对掌子面进行素喷4cm混凝土封闭，架设正洞上导I25a钢拱架。钢拱架间距0.6m，钢拱架与已喷护钢架采用22连接筋连接成为整体，连接筋环向间距1m。为保证拱脚基础牢固，防止拱顶下沉量过大，对拱脚位置采用槽钢或木板支垫。将原设计套拱位置DK929+561、DK929+511分别调整至DK929+555、DK929+533。套拱采用两榀I20a型钢钢架，纵向间距50cm，钢架间采用22钢筋连接成为整体，套拱拱身现浇C25混凝土厚1m、宽1m；套拱两端施作宽度1.5m

8、、厚度40cm扩大脚。套拱与围岩连接采用108mm管棚并注浆。DK929+555管棚单根长度为30m、DK929+533管棚单根长度为45m，环向间距40cm,外插角1°10°（不包含线路纵坡）采用108无缝钢管,壁厚6mm。套拱结构示意图 （单位：cm）导向钢管示意图套拱以下按正洞设计初期支护形式施作，22、L=3.5m系统锚杆，间距(环向*纵向)1.2m*1.0m；8钢筋网片，网格间距20*20cm；喷射35cmh厚C25混凝土覆盖。复核式衬砌结构采用e，二衬C40钢筋混凝土厚60cm。套拱施作方案示意图：3-1明洞暗挖向正洞施工位示意图3-2正洞向明挖段暗挖施工位示意

9、图3-4DK929+555长管棚正面布置示意图施工工艺 测量放样精确测量，放样出线路中心线，相关高程等数据；提前计算正洞向明挖段暗挖长管棚设置里程，准确控制套拱钢架基础高程。 架立钢架钢架按要求弯制，现场按1:1大样进行试拼装，合格后方可进行洞内安装。钢架安装时，测量对钢架竖直度进行控制，使钢架前后左右偏差在设计要求及规范要求之内。钢架底脚必须落在牢固的基础上，底脚虚渣必须人工清理干净，为减小钢架拱顶沉降，钢架底脚增设纵向I25a型钢托梁或铺设纵向厚木板。 管棚施工管棚钢管在加工厂集中加工，管棚钢管采用108×6mm热轧无缝钢管制作，每节钢管长度为46m，每节钢管采用内外丝扣连接，钢

10、管四周按设计间距150mm钻10mm注浆孔、梅花形布置，尾部留150cm不钻孔的止浆段，管头焊成圆锥形，便于入孔。下管以人工推拉顶进为主，必要时辅以挖机推顶。顶进过程中钢管按分节连续接长，管棚节间用114×6mm连接钢管丝扣连接，为使钢管接头错开，第一节管采用4m和6m交替布置，编号为奇数的第一节管采用4m长钢管，编号为偶数的第一节采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管。钢管用钻机顶进，单号孔顶进有孔花钢管，双号孔顶进无孔钢管。为了提高管棚的抗弯能力，在管棚注浆前管内增设4根18mm钢筋制成的钢筋笼，管口上安装三通接头。管棚采用砂浆泵灌注M20水泥砂浆，使钢管内填充紧密，增强管棚刚

11、度和强度。3.3冒顶段明挖扣拱施工DK929+533DK929+555段由于埋深较浅，该段施工按照三台阶临时仰拱法施工，上台阶开挖高度4m，采取明挖施工，线路两侧按照1:1放坡，边坡采取锚喷临时支护，支护参数如下：25锚杆，L=3.0m1.5*1.5m梅花形布置，挂网825*25cm，喷C25混凝土10cm,对边坡进行锚喷防护后进行上台阶扣拱施工，拱内设I25a工字钢，间距0.6m，扣拱混凝土采用单层1425*25cm结构钢筋，采用C25模筑混凝土填充，厚度50cm。模筑混凝土强度达到70%后于扣拱混凝土表面铺设一层防水卷材（即土工布+防水板），将扣拱整体遮盖，防止地表水下渗。扣拱两侧均匀对称

12、回填，每层回填厚度控制在30cm以内，采用蛙式打夯机打夯，拱顶回填厚度控制在90cm。拱顶回填土完成后，按照三台阶临时仰拱法施工工艺进行中、下台阶施工。图3-3苏家川隧道DK929+533DK929+555明挖扣拱施工断面图3.4管棚段三台阶临时横撑法施工套拱管棚施工部位为围岩薄弱段，采用三台阶临时横撑法施作，开挖前对围岩采用超前小导管注浆进行预支护。超前支护超前小导管采用42mm壁厚3.5mm热轧无缝钢管加工制作，单根长3.5m,前端加工成锥形并封焊密实，管身设若干注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，按梅花型布置；尾部设长度不小于100cm，作为不钻孔的止浆段。小导管布置于拱部开挖轮廓线1

13、44°范围内，环向间距40cm，插入角度为1015°，纵向间距为2.4m。安设采用钻孔打入法，钻孔孔径比钢管直径大35mm。超前小导管构造示意图小导管注浆采用定量注浆，即每根锚管内注入300L浆液后即结束注浆；注浆材料为1：1（重量比）水泥浆液，注浆压力一般为0.51.5Mpa。三台阶临时横撑法施工（设I18型钢临时横撑）（一）施工工法该浅埋段黄土隧道采用三台阶临时仰拱法（设I18临时横撑）施工，人工配合挖机开挖，开挖轮廓线内预留1015cm人工修边土，防止超挖；台阶开挖长度在35m，高度控制在3.54.0m，挖机开挖后直接装车，运输至指定弃渣场。开挖时，上导每循环进尺0.

14、6m，中、下导每循环进尺1.2m且左右交错进行施工，错开间距控制在23m。黄土隧道三台阶临时横撑法施工，施工工艺流程见下图。三台阶临时横撑法工序纵断面示意图（二）施工步骤挖1部台阶。开挖隧道上台阶土体时，预留核心土确保开挖安全和初期支护顺利进行。上部环形导坑开挖进尺控制在0.6m，开挖后及时进行初喷砼封闭开挖掌子面，施作洞身结构的初期支护及临时横撑，即先初喷厚4cm的混凝土，再铺设钢筋网片，然后人工配合机械架立型钢钢架。钢架设锁脚锚管，锁脚锚管设置于台阶钢架拱（墙）脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角3045°打入，并与钢架采用“U”型钢筋牢固焊接。拱脚支垫木板或槽钢，减小

15、拱顶下量。由于部分段拱顶露天，喷射混凝土前于外侧铺设竹夹板或其它遮挡物，保证初支混凝土完全包裹钢架、喷射密实。打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。底部架立临时横撑（I18钢架），喷射混凝土封闭。上台阶施工至适当距离后，先拆除1部23榀I18临时钢架，再人工配合机械开挖2部台阶，导坑周边部分初喷厚4cm混凝土，铺设钢筋网片、架立接长钢架钢架，打设锁脚锚管及径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。架立临时横撑（I18钢架），喷射C25混凝土临时封闭仰拱。开挖3部台阶，3部台阶分两次开挖完成即仰拱面以上和隧底两部分。根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除部临时仰拱，开挖仰拱填充面以上，开挖完成后边壁初

16、喷厚4cm混凝土，铺设钢筋网片、架立接长钢架钢架，打设锁脚锚管、复喷混凝土至设计厚度；隧底开挖掌子面距离上台阶开挖掌子面控制在2025m,每次开挖进尺不得大于2榀钢架，开挖完成后及时接长钢架、喷射混凝土封闭初期支护并封闭成环。灌注该段的部仰拱及部仰拱填充（仰拱与仰拱填充分开施作）。利用衬砌模板台车一次性灌注部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。开挖过程中，根据施工时围岩的地质情况及监控量测资料调整支护结构形式，必要时加设中间竖撑（采用圆木），加强支护围岩，保证施工安全。3.5地基处理DK929+511DK929+561部位黄土取芯检测结果表明，该段围岩无湿陷性。该段基底采用三七灰土置换施工。基底整体

17、下挖1m后，采用蛙式打夯机分层夯填三七灰土，每层虚铺厚度不大于30cm，压实系数不得小于0.92。3.5监控测量观测断面布置隧道暗洞在此开挖前，于山体边坡DK929+490、DK929+511、DK929+568、DK929+580里程分别设置地表沉降观测点。测点埋设时，首先埋设线路中心点，然后横向每间隔25m埋设观测点，观测点埋设范围为边坡开口线距离隧道拱顶开挖轮廓线的间距H与隧道开挖最大净空面尺寸B的和（埋设过程中要求埋设点位处于同一断面里程）。测点埋入地表以下50cm,采用混凝土灌注。地表沉降横向测点布置示意图明洞暗挖段洞内及扣拱土方回填后地表每间隔5m为一个断面采取加密布点监控，其中扣

18、拱段地表沉降观测点布设位于开挖洞轴线以外8m处，洞内监控点布置见暗洞围岩监控量测测点布置示意图。对监控量测结果绘制成图谱，进行数据分析，及时掌握围岩变化情况，用于指导施工。暗洞围岩监控量测测点布置示意图扣拱回填段地表监控量测测点布置示意图观测频次由于DK929+480DK929+580属于浅埋段，为保证施工安全、准确掌握隧道沉降变形情况，该段二衬施作未完成前沉降变形监控测频次不小于2次/d，当沉降速率偏大（5mm/d）时，应相应加大观测频次。二衬施作完成后隧道底部沉降观测的频次不低于下表的规定，沉降稳定后可不再进行观测。隧道基础沉降观测频次观测阶段观测频次观测期限观测周期隧底工程完成后3个月2次/d无砟轨道铺设后3个月01个月1次/周13个月1次/2周3.6超前地质预报为保证浅埋地段施工安全，在加强监控测量的同时加强对地质情况的追踪勘察。采用地质雷达及围岩地质素描等措施为施工提供准确地质预报信息，及时进行数据信息处理分析，用于指导施工。3.7二衬施工浅埋段开挖支护完成后，及时跟进二衬施工，使二衬闭合成环保证施工安全。套拱施作部位仰拱距离掌子面步距控制在15m、二衬距离掌子面步距控制在30m；扣拱段仰拱距离掌子面步距控制在10m、二衬距离掌子面距离控制在25m。二衬采用全断面液压式台车，台车长为10.5米；混凝土拌合站集中拌制混凝土，4台8m³混凝