0 引言

目前，由于隧道工程水文條件、地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、地層巖性構(gòu)成等地質(zhì)條件的不確定性、不可預(yù)見(jiàn)性，在既有工藝流程基本成型的情況下我國(guó)隧道工程施工過(guò)程中時(shí)有安全事故依然發(fā)生，尤其在遇到特殊地質(zhì)、地貌時(shí)，沒(méi)有可參照的施工經(jīng)驗(yàn)，故擬通過(guò)對(duì)本工程淺埋段施工的研究形成本工法，以供同類工程借鑒。

由江蘇中車(chē)城市發(fā)展有限公司承建的臺(tái)州市域鐵路S1線一期工程羊頭山隧道S1DK1+915～S1DK1+975為淺埋段（總長(zhǎng)60m），圍巖由強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r構(gòu)成，圍巖等級(jí)較低，原設(shè)計(jì)該段地表地貌為剝蝕低丘坳谷，表層覆蓋層為粉質(zhì)黏土夾碎石，梅雨季節(jié)地表水分部密集，因相鄰工程施工過(guò)程中將原地貌破壞，導(dǎo)致實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)埋置深度不足3m。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及變化后地貌，確定施工方案，洞外通過(guò)注漿加固地表、加強(qiáng)沉降監(jiān)測(cè)，隧道內(nèi)采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱開(kāi)挖施作工法、超前管棚支護(hù)、調(diào)整爆破參數(shù)等措施，解決了隧道埋深淺，易發(fā)生坍塌等問(wèn)題，保證了淺埋段開(kāi)挖的施工安全。該技術(shù)在羊頭山隧道施工中成功實(shí)踐并且得到檢驗(yàn)，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，形成本工法。

1 工程概況

臺(tái)州市域鐵路S1線一期工程羊頭山隧道位于中心停車(chē)場(chǎng)站至臺(tái)州中心站區(qū)間隧道，全長(zhǎng)854m。起點(diǎn)里程為S1DK1+726，終點(diǎn)里程為S1DK2+580。為時(shí)速140km市域鐵路隧道。本隧道共計(jì)674m為單洞雙線帶中隔墻襯砌的大斷面隧道施工，其中195m為大跨徑變斷面隧道施工，180m為雙洞單線隧道施工。

2 難點(diǎn)分析

羊頭山隧道位于臺(tái)州市椒江區(qū)下北山村和建庫(kù)村附近，屬剝蝕丘陵區(qū)，自然丘坡15°-30°，地面起伏大，地表植被較發(fā)育。

本隧道工程具有斷面變化多、綜合性強(qiáng)、市政建構(gòu)筑物多，征拆協(xié)調(diào)任務(wù)量大、文明施工、環(huán)保要求高、工期緊、單洞變雙洞施工組織要求高、與杭紹臺(tái)近距離同時(shí)施工步距及變形控制要求高等特點(diǎn)。

隧道在約DK1+915~DK1+975處屬于超淺埋段，原設(shè)計(jì)該段地表地貌為剝蝕低丘坳谷，表面覆蓋厚度3～5m的粉質(zhì)黏土夾碎石土層，雨季地表水十分豐富，因原地貌在相鄰工程施工的過(guò)程中被破壞，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)最小埋深實(shí)際僅有2.4m。圍巖級(jí)別為V級(jí)，以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r為主，自穩(wěn)能力很差，控制地表沉降、防止塌方和安全高效施工是本工程重難點(diǎn)。

3 工法特點(diǎn)及適用范圍

3.1 工法特點(diǎn)

考慮到羊頭山隧道開(kāi)挖工程隧道淺埋、圍巖破碎并帶有夾層、地表水含量較多的特點(diǎn)，在洞內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)選擇了三臺(tái)階臨時(shí)仰拱開(kāi)挖方法，既極大地提高了開(kāi)挖進(jìn)尺的安全系數(shù)，同時(shí)配合隧道中超前管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)及超前預(yù)注漿等開(kāi)挖施工方式輔助開(kāi)挖，提升了開(kāi)挖的效率，真正做到安全開(kāi)挖，高效開(kāi)挖，極大降低了山嶺隧道淺埋段開(kāi)挖安全問(wèn)題，將隧道冒頂、坍塌等事故發(fā)生的概率大大降低。

3.2 適用范圍

本工法適用于市政工程采用礦山法施工的山嶺隧道超淺埋段洞內(nèi)外開(kāi)挖支護(hù)作業(yè)。

4 工藝原理

堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行洞內(nèi)施工，超前支護(hù)采用Φ89長(zhǎng)管棚10m每循環(huán)，通過(guò)提高支護(hù)材料剛度來(lái)加強(qiáng)支護(hù)效果，配合管棚注漿，增強(qiáng)掌子面前方巖體自穩(wěn)能力，減小拱頂冒頂塌方發(fā)生的概率。采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱的方法進(jìn)行開(kāi)挖，極大程度減輕了開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)，并在開(kāi)挖過(guò)程中使用了臨時(shí)仰拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，使整個(gè)支護(hù)體系互相作用，更加穩(wěn)定。

5 施工操作要點(diǎn)

施工操作要點(diǎn)主要包括地表測(cè)量、地表預(yù)注漿、超前管棚制作、鉆孔及清洗、頂管、注漿、三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖。主要工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

5.1 地表測(cè)量

測(cè)量人員通過(guò)實(shí)際量測(cè)測(cè)得隧道淺埋地段最小埋深2.4m，且隧道施工時(shí)正值當(dāng)?shù)赜昙?，地表土層松?dòng)且含水量大，土層容易受開(kāi)挖擾動(dòng)，穩(wěn)定性較差，開(kāi)挖前應(yīng)進(jìn)行地表加固，加固方式選用地表注漿，加固范圍以隧道埋深極小值向隧道方向大小里程各外擴(kuò)12m，由線路軸線橫向向兩側(cè)對(duì)隧道斷面寬度略寬范圍對(duì)地表進(jìn)行加固處理。

5.2 地表預(yù)注漿

按特定設(shè)計(jì)分布形狀在地表預(yù)設(shè)加固注漿點(diǎn)位，間距1m，采用打孔鋼薄壁注漿管進(jìn)行注漿，直徑42mm，注漿材料采用水泥漿液，配比1:1，注漿壓力為0.8MPa。完成地表注漿后，為防止地表水滲透，在注漿范圍內(nèi)先進(jìn)行EVA防水板鋪設(shè)然后進(jìn)行混凝土澆筑封閉，加固采用強(qiáng)度等級(jí)為C25混凝土，澆筑厚度15cm。

5.3 超前管棚制作

①洞內(nèi)超前管棚：采用熱軋無(wú)縫鋼管，外徑90mm、壁厚6mm，鋼管端頭外側(cè)需預(yù)加工絲扣，長(zhǎng)度150mm。

②連接鋼管：使用無(wú)縫鋼管進(jìn)行連接，管長(zhǎng)350mm，外徑98mm，管內(nèi)通長(zhǎng)內(nèi)車(chē)絲扣，每一斷面內(nèi)接頭率不大于50%。

③鉆注漿孔：在鋼花管上面按梅花形鉆注漿孔，直徑12～18mm，間距150mm，在端部預(yù)留止?jié){無(wú)孔段封閉段設(shè)置，長(zhǎng)度160mm。

④管棚按照12m一個(gè)循環(huán)進(jìn)行制作，每次循環(huán)管棚搭接長(zhǎng)度控制在3m以上，按偶數(shù)孔與奇數(shù)孔的排列次序分別采用無(wú)縫鋼管及帶孔鋼花管制作。

5.4 鉆孔及清理

①隧道內(nèi)開(kāi)挖準(zhǔn)備：先進(jìn)行超前管棚施工，然后按照?qǐng)D紙進(jìn)行放樣并編號(hào)。

圖2 洞身段長(zhǎng)管棚打設(shè)縱向布置圖

②鉆孔：完成放樣后使用特定鉆孔設(shè)備進(jìn)行鉆孔作業(yè)，對(duì)孔內(nèi)殘?jiān)M(jìn)行清掃主要用高壓風(fēng)機(jī)；成孔孔徑應(yīng)略大于鋼管外徑，約擴(kuò)孔4～6mm，超前管棚鉆孔數(shù)量為50，環(huán)向管距38cm，鉆孔設(shè)傾角，外傾角度不超過(guò)13°，可根據(jù)實(shí)際情況略作調(diào)整。

③管棚施工誤差允許值：徑向誤差不大于22cm，相鄰鋼管之間環(huán)向誤差不大于12cm。

圖3 洞身段長(zhǎng)管棚正面布置圖

管棚采用的鋼管的種類、規(guī)格和長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。管棚每循環(huán)施工位置、搭接長(zhǎng)度和數(shù)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。兩段鋼管的接頭部位預(yù)設(shè)絲扣，通過(guò)絲扣擰緊連接，同一斷面內(nèi)的鋼管街頭數(shù)量占比不得大于50%，且相鄰鋼管接頭部位不得重疊，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)至少1m以上。

5.5 頂管

①孔內(nèi)殘?jiān)s物完成清理后，使用錘或鉆機(jī)將鋼管頂入，應(yīng)將鋼管的至少95%長(zhǎng)度頂入孔內(nèi)，并用高壓風(fēng)管設(shè)備對(duì)鋼管內(nèi)殘?jiān)M(jìn)行吹掃。

②管棚安設(shè)后，為防止工作面的坍塌，采用錨固劑對(duì)孔口及周?chē)严哆M(jìn)行封堵，如錨固劑不能滿足需求，還可在管棚附近及工作面進(jìn)行混凝土噴射，安裝止?jié){閥保證止?jié){閥通暢。

5.6 注漿

①采用水灰比為1∶1（重量比）的普通硅酸鹽水泥漿液進(jìn)行洞內(nèi)超前管棚注漿。②注漿壓力值預(yù)設(shè)1.0MPa，可據(jù)實(shí)調(diào)整。③標(biāo)識(shí)出孔位的奇偶數(shù)，對(duì)偶數(shù)、奇數(shù)孔位分別采用無(wú)縫鋼管、帶孔鋼花管，施工時(shí)依次打設(shè)鋼花管、注漿、打設(shè)無(wú)縫鋼管，打設(shè)無(wú)縫鋼管后對(duì)鋼花管注漿質(zhì)量進(jìn)行檢查。④完成壓水試驗(yàn)、機(jī)械設(shè)備檢查、管路連接檢查后方可注漿。⑤使用拌合桶配制水泥漿液，配置過(guò)程中避免雜物混入，完成配置后進(jìn)行過(guò)濾后使用。⑥水泥漿液應(yīng)隨配隨用，已配制完成的水泥漿液要盡快使用。⑦按先下后上的順序進(jìn)行注漿，控制注漿量由大到小，注漿壓力由小到大。⑧終止注漿標(biāo)準(zhǔn)按注漿量、注漿壓力控制，其中1項(xiàng)指標(biāo)滿足要求即可停止注漿。⑨實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注漿壓力及泵排量，做好記錄，對(duì)注漿情況進(jìn)行分析，預(yù)防管路堵塞、跑漿、漏漿的發(fā)生。⑩注漿過(guò)程中發(fā)生串漿，可選擇分漿器多孔注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿；發(fā)生注漿壓力突然升高現(xiàn)象應(yīng)立刻停機(jī)，進(jìn)行原因分析，查明原因后方可重新開(kāi)始注漿；當(dāng)進(jìn)漿水泥漿量大、注漿壓力維持穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)對(duì)漿液濃度及配合比進(jìn)行調(diào)整，減少凝膠時(shí)間，并選擇間斷停歇式注漿或低流量小壓力注漿方式。

5.7 洞內(nèi)三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖

根據(jù)設(shè)計(jì)地勘圖紙及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，淺埋段范圍圍巖評(píng)定為Ⅴ級(jí)且圍巖破碎不完整，為粉質(zhì)黏土夾碎石，并考慮施工時(shí)正值當(dāng)?shù)赜昙?，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)綜合分析研究，開(kāi)挖方式采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱，可有效保證施工安全?；臼┕げ襟E如下：

①開(kāi)挖一步臺(tái)階，施作一步洞身結(jié)構(gòu)的初支結(jié)構(gòu)，初噴5cm厚混凝土，施作洞身錨桿構(gòu)件，綁扎初支鋼筋網(wǎng)，施作鋼架結(jié)構(gòu)，施工鎖腳錨管后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度24cm（根據(jù)隧道施工監(jiān)測(cè)變形情況確定是否設(shè)置臨時(shí)鋼架）。②開(kāi)挖二步臺(tái)階，開(kāi)挖時(shí)左右側(cè)斷面錯(cuò)開(kāi)2～3m，每側(cè)開(kāi)挖后，接長(zhǎng)鋼架，施作洞身結(jié)構(gòu)的初支及成環(huán)鋼架和及時(shí)噴射混凝土。③開(kāi)挖三步臺(tái)階，開(kāi)挖時(shí)左右側(cè)斷面錯(cuò)開(kāi)2～3m，每循環(huán)開(kāi)挖完成后及時(shí)對(duì)初期支護(hù)封閉。仰拱底部初期支護(hù)每施作12m后，鋪設(shè)防水板，綁扎鋼筋，安裝模板及止水帶，澆筑該段仰拱和仰拱填充。④循環(huán)中上臺(tái)階（一步臺(tái)階）每次開(kāi)挖支護(hù)尺寸應(yīng)不大于1榀鋼架間距，中臺(tái)階（二步臺(tái)階）應(yīng)不大于2榀鋼架間距，下部開(kāi)挖（三步臺(tái)階）臺(tái)階控制在2m，并盡快施作并封閉成環(huán)，封閉位置距離掌子面不大于35m。

圖4 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法工序橫斷面示意圖

圖5 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法工序縱斷面示意圖

6 安全措施

①完成對(duì)作業(yè)臺(tái)架安全的檢驗(yàn)，保證在施工過(guò)程中作業(yè)臺(tái)架穩(wěn)定、牢固。②施工前檢查注漿機(jī)、鉆孔設(shè)備、配套設(shè)施、各種管路等施工機(jī)具的安全完好性，采取措施確保鉆機(jī)在施工過(guò)程中處于穩(wěn)固狀態(tài)，同時(shí)確保注漿管接頭及高壓風(fēng)管連接可靠。③對(duì)開(kāi)挖工作面附近已施工初期支護(hù)表面的檢查要指定專人負(fù)責(zé)，發(fā)現(xiàn)裂縫，分析原因并采取相應(yīng)措施，加強(qiáng)洞內(nèi)拱頂沉降、凈空收斂及地表沉降觀測(cè)。④管棚鉆孔過(guò)程中，要對(duì)各項(xiàng)鉆進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對(duì)排渣及出水情況進(jìn)行觀察，出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)告并采取措施處理。⑤作業(yè)平臺(tái)臨時(shí)存放管棚和鋼架，應(yīng)保證存放的數(shù)量及高度不超過(guò)規(guī)定數(shù)值，并采取安全措施防塌落。在洞內(nèi)空地進(jìn)行存放時(shí)，除采取安全措施防塌落外，還需將安全警示標(biāo)識(shí)放在顯眼處。⑥非施工人員不得進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，并在噴射混凝土設(shè)備開(kāi)機(jī)前確認(rèn)噴射作業(yè)范圍內(nèi)無(wú)人員活動(dòng)。⑦混凝土噴射過(guò)程中要實(shí)時(shí)觀察，防止輸料管與接頭的破損或松動(dòng)。⑧完成每榀鋼架的安裝后，要及時(shí)安裝下部錨桿用于鎖腳，并且連接牢靠，拱架底部不得懸空或置于渣土上。

7 結(jié)束語(yǔ)

臺(tái)州市域鐵路S1線一期工程羊頭山隧道已完成隧道貫通，此工法對(duì)比傳統(tǒng)隧道施工方法，通過(guò)加強(qiáng)圍巖整體穩(wěn)定性，在面對(duì)超淺埋隧道施工時(shí)，增加了安全度，避免了隧道因坍塌冒頂?shù)仁鹿蕦?dǎo)致的人員、成本的損失，同時(shí)提高了隧道掘進(jìn)的速度。淺埋段總長(zhǎng)60m，整體開(kāi)挖及初期支護(hù)完成用時(shí)65天。本工法的應(yīng)用，較傳統(tǒng)施工方法節(jié)省25天，使施工工期有效縮減，并使施工風(fēng)險(xiǎn)得到降低，提高了施工質(zhì)量。