探析淺埋隧道露頂段施工方案優(yōu)缺點(diǎn)與施工安全措施

翟文剛

摘要：本文主要分析闡述了某淺埋隧道明挖法、回填貧混凝土反壓法、套拱法三種方案施工的優(yōu)缺點(diǎn)，并探討應(yīng)采取的施工安全措施。

關(guān)鍵詞：淺埋隧道；施工方案；比選分析

1工程概況

某隧道隧道一側(cè)山勢(shì)較高，另一側(cè)山勢(shì)較低，兩側(cè)覆蓋分布不均勻，線路左側(cè)存在明顯的順層偏壓，隧道最大埋深為40m，最小埋深在K15+005~K15+110段拱頂外露，最小埋深為-2.88m，無(wú)覆蓋層，為半明半暗挖隧道。巖體軟弱破碎，自穩(wěn)性差。

表層為Qel+dl/碎石土。下伏基巖為∈1h炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化呈碎塊狀，弱風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較為破碎。隧道區(qū)地表水以近南北向山脊為分水嶺，向東、西兩側(cè)排泄。地下水主要為孔隙潛水、巖溶水及基巖裂隙水，預(yù)測(cè)全隧道最大涌水量為535m3/d，為中等富水區(qū)。經(jīng)勘察該區(qū)域可能存在順層、有害氣體、突水突泥等主要地質(zhì)災(zāi)害。有害氣體主要為煤層瓦斯。

2施工方案設(shè)計(jì)

2.1明挖法

明挖法即在露頂處施作明洞。

2.1.1施工方案

土石方采用明挖法，用機(jī)械自上而下分層開(kāi)挖土方，反鏟挖掘機(jī)配合自卸汽車裝、運(yùn)渣，及時(shí)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定支護(hù)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)、檢查山坡穩(wěn)定情況。邊仰坡按照1∶0.75進(jìn)行刷坡，邊仰坡防護(hù)采用φ50注漿小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)、噴射砼進(jìn)行防護(hù)；小導(dǎo)管長(zhǎng)4.0m，間距為1.5m×1.5m，梅花形布置；鋼筋網(wǎng)采用φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為20cm×20cm。露頂洞口位置取導(dǎo)向墻（套拱）配合大管棚進(jìn)洞的形式邊仰坡開(kāi)挖到位后，先施作套拱，作為長(zhǎng)管棚的導(dǎo)向墻，采用C20混凝土套拱作為管棚的導(dǎo)向墻，套拱在明洞的外輪廓線以外，緊貼洞口仰坡面，護(hù)拱內(nèi)設(shè)3榀I18制作的鋼拱架為橫向支撐，管棚的導(dǎo)向管固定在鋼拱架上并焊成整體，導(dǎo)向管采用φ140mm無(wú)縫鋼管，壁厚5mm。在洞口施工放樣后搭設(shè)支撐體系，安裝內(nèi)、外模，按設(shè)計(jì)布置工字鋼、孔口管的位置和角度，然后澆筑護(hù)拱混凝土，待護(hù)拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%時(shí)開(kāi)始施工長(zhǎng)管棚。由于進(jìn)出口地質(zhì)條件差異較大，為了保證施工安全，導(dǎo)向墻厚度為1m，縱向長(zhǎng)度為3.5m，導(dǎo)向墻兩側(cè)基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)條件分別進(jìn)行加固處理。

2.1.2優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：a）造價(jià)低；b）施工工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：a）露頂處沖溝為三方匯水點(diǎn)，沖溝坡度大，開(kāi)挖后難以防護(hù)，加之時(shí)值多雨季節(jié)，對(duì)施工影響較大；b）土石方開(kāi)挖量大，對(duì)山體破壞較大，易對(duì)后期工程帶來(lái)隱患。

2.2回填貧混凝土反壓法

回填貧混凝土反壓法，即在露頂處采用C20素混凝土回填，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，再開(kāi)始掘進(jìn)，并按雙線復(fù)合式襯砌進(jìn)行支護(hù)。

2.2.1施工方案

通過(guò)施工放樣，定出水泥土回填工區(qū)后，挖除不小于30cm的保護(hù)土層，清除地表耕植土、植被草皮、淤泥等雜質(zhì)，當(dāng)原始地面坡度陡于1∶5時(shí)，地表應(yīng)開(kāi)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度不得小于1m。露頂處回填混凝土高度至少高出隧道拱頂3m，由于沖溝坡度大，坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，且坡腳位置連接村民進(jìn)山道路，露頂位置回填混凝土前，線路左側(cè)需砌筑一段長(zhǎng)18m、墻高13m的擋墻，擋墻基礎(chǔ)埋深為2.5m。混凝土回填高度及擋墻設(shè)置如圖1所示。

圖1混凝土回填高度及擋墻設(shè)置示意圖

當(dāng)掘進(jìn)里程距露頂處5m時(shí)，停止掘進(jìn)，待回填混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)，再開(kāi)始掘進(jìn)。掘進(jìn)過(guò)程中，遵循新奧法原理，采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，按雙線復(fù)合式襯砌進(jìn)行支護(hù)。仰拱二襯緊跟，并做好超前支護(hù)及監(jiān)控量測(cè)。

2.2.2優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：a）操作簡(jiǎn)單，安全性高，對(duì)原山體幾乎無(wú)破壞，且擋墻和回填砼對(duì)山體有反壓作用；b）開(kāi)挖量小，可有效控制臨時(shí)邊坡高度。缺點(diǎn)：a）混凝土回填方量大，擋墻圬工量較大；b）施工工期長(zhǎng)。

2.3套拱法

套拱法即在露頂段整體施作護(hù)拱，并按雙線復(fù)合式襯砌進(jìn)行支護(hù)。

2.3.1施工方案

在距離露頂處5m范圍內(nèi)，采用雙線復(fù)合襯砌進(jìn)行支護(hù)，徑向錨桿改為φ50注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)4.0m。邊仰坡按照1∶0.75進(jìn)行刷坡，邊仰坡防護(hù)采用φ50注漿小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)、噴射砼進(jìn)行防護(hù)；小導(dǎo)管長(zhǎng)4.0m，間距為1.5m×1.5m，梅花形布置；鋼筋網(wǎng)采用φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為20cm×20cm。露頂處洞口位置施作護(hù)拱，護(hù)拱長(zhǎng)度為2.0m，厚度為1.0m。內(nèi)設(shè)四榀I22a工字鋼，間距為50cm，縱向采用φ22鋼筋連接，環(huán)向間距為100cm。在拱部140°范圍內(nèi)設(shè)置注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管共設(shè)置兩排，第一排共計(jì)55根，長(zhǎng)6.0m，環(huán)向間距為30cm；第二排共計(jì)56根，環(huán)向間距為30cm，長(zhǎng)6.0m，銜入山體4.0m，小導(dǎo)管尾端與鋼拱架腹部焊接牢固。第一排與第二排小導(dǎo)管錯(cuò)開(kāi)安裝，錯(cuò)開(kāi)間距為環(huán)向15cm。拱腳處設(shè)置鎖腳導(dǎo)管，并注漿。鋼筋網(wǎng)與工字鋼布置如圖2所示。

圖2工字鋼與鋼筋布置圖

由于露頂段線路左側(cè)巖層破碎，地質(zhì)條件差，套拱基礎(chǔ)需在線路左側(cè)端加大尺寸，嵌入基巖不小于0.5m，確保穩(wěn)定性。露頂處存在沖溝，且在線路左側(cè)處與村民進(jìn)山道路相接，考慮到施工完成后回填土方，需在線路左側(cè)設(shè)置長(zhǎng)18m、高8m的擋土墻。

2.3.2優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：a）施工簡(jiǎn)便，風(fēng)險(xiǎn)小；b）對(duì)山體破壞很小，植被易于恢復(fù)。缺點(diǎn)：施工周期較明挖長(zhǎng)，造價(jià)亦比其高。

3施工方案比選分析

采用明挖方案容易造成邊仰坡過(guò)高，尤其是在傍山偏壓地段，山內(nèi)側(cè)邊仰坡過(guò)高。邊仰坡的開(kāi)挖破壞原山體的自然平衡狀態(tài)，再加上防護(hù)不及時(shí)、降水等原因的影響，可能導(dǎo)致邊仰坡坍塌、順層滑坡等工程病害。雖然明挖方案造價(jià)低，施工工藝簡(jiǎn)單，但后期潛在的病害處理對(duì)工程的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)?；靥钬毣炷练磯悍ㄩ_(kāi)挖量小，對(duì)山體破壞小，可有效控制臨時(shí)邊坡高度，保證山體穩(wěn)定性；擋墻和回填混凝土對(duì)山體有反壓作用，有利于減小山體偏壓；但回填混凝土量及擋墻圬工量較大，施工周期長(zhǎng)。

套拱法也具有開(kāi)挖量小，對(duì)山體破壞小的特點(diǎn)，避免了大面積開(kāi)挖帶來(lái)的水土流失和噴射混凝土防護(hù)對(duì)周圍環(huán)境造成的污染；只需施作臨時(shí)排水系統(tǒng)，能解決沖溝排水的難題；回填土有利于減小山體偏壓，隧道的永久性安全可得到有效保障。從施工的安全性，質(zhì)量的可控性，以及防排水、環(huán)境保護(hù)、施工周期、工程造價(jià)等多方面因素綜合考慮，套拱法具有安全、易行、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，對(duì)縮短工期、保證質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境又都有積極的作用，故本隧道確定采用套拱法對(duì)露頂段進(jìn)行施工。

4施工安全措施

施工露頂段應(yīng)采取的安全措施有：

a）洞內(nèi)、外施工時(shí)，都必須配備專職安全人員；專職安全人員上崗必須佩戴安全人員袖標(biāo)，凡進(jìn)洞人員必須戴安全帽；

b）重視邊坡的穩(wěn)定和排水，做好截水溝、邊溝，經(jīng)常檢查邊坡的穩(wěn)定情況；

c）加強(qiáng)本段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，注重圍巖監(jiān)測(cè)和觀察，對(duì)目測(cè)觀察情況予以足夠的重視，隨時(shí)注意圍巖的巖質(zhì)和分布情況變化，節(jié)理裂隙發(fā)育程度和方向，掌子面填充物的性質(zhì)、涌水量，噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙，拱架是否壓彎，當(dāng)圍巖變形量無(wú)變緩趨勢(shì)或噴射混凝土產(chǎn)生較大的剪切狀態(tài)時(shí)立即停止開(kāi)挖，采取輔助加固措施；

d）在隧道施工各班組間建立完善的交接班制度，在交接班時(shí)，交班人將本班組的施工情況及有關(guān)安全事宜和措施向接班人詳細(xì)交待，并記載于交接班記錄本上，工地值班負(fù)責(zé)人（領(lǐng)工員）應(yīng)認(rèn)真檢查交接班情況，若每班開(kāi)工前未認(rèn)真檢查工作面安全狀況，不得施工；

e）對(duì)本段施工必須制定切實(shí)可行的施工安全措施，施工中采取預(yù)防措施，不得盲目冒進(jìn)；

f）隧道掌子面鉆眼前，鉆眼人員到達(dá)工作地點(diǎn)時(shí)，首先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，如支護(hù)、頂板及兩幫是否牢固，如有松動(dòng)的巖石，立即加以支護(hù)或處理；

g）洞內(nèi)爆破作業(yè)必須統(tǒng)一指揮，施工爆破時(shí)，所有人員必須撤至不受有害氣體、振動(dòng)及飛石傷害的警戒區(qū)外，并設(shè)置安全警戒線；

h）當(dāng)噴射砼尚未達(dá)到一定強(qiáng)度即趨于失穩(wěn)的圍巖，或噴錨后變形量超過(guò)設(shè)計(jì)容許值以及發(fā)生突變的圍巖，宜用鋼架支撐進(jìn)行支護(hù)；

i）把噴層的異常裂縫作為主要安全檢查內(nèi)容之一，經(jīng)常進(jìn)行觀察與檢查，并作為施工危險(xiǎn)信號(hào)引起警惕；

j）如發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有險(xiǎn)情，必須在危險(xiǎn)地段設(shè)置明顯標(biāo)志或派專人看守，并迅速報(bào)告施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人及時(shí)采取處理措施，若情況嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)立即將工作人員全部撤離危險(xiǎn)地區(qū)；

k）在本段開(kāi)挖支護(hù)完成后，及時(shí)施作仰拱襯砌以及拱墻襯砌，封閉成環(huán)。

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