浅埋暗挖法隧道施工技术 三航厦门分公司 牛海军 三航局本部 【摘顾华平 要】本文主要以青荣城际铁路前锋西隧道为工程实例，阐述了浅埋暗挖法的基本原理，指出了浅埋暗 挖法的基本原则．同时对浅埋暗挖台阶法、弧形导坑预留核心土法、 台阶临时仰拱法等三种施丁方法的施Ｔ要 点、适用范围及条件、注意事项等进行了介绍。 【关键词】隧道浅埋暗挖施工 １工程概况 处低山区，地形起伏较大，洞身最大埋深约 ３０ｍ、最小埋深３．１ｍ。 青荣城际铁路前锋西隧道进口里程为 ＤＫ２５７＋７２０，出口里程为ＤＫ２５８＋０２５，全长 整个隧道位于半径３０００ｍ的右偏圆曲 线上；隧道内线间距４．６ｍ，隧道内纵坡为单 面坡，从进口至出口均为１１％的上坡（图１）。 ３０５ｍ，其中Ｖ级围岩１６０ｍ、ＩＶ级围岩１０５ｍ、 ＩＩＩ级围岩４０ｍ，为单洞双线隧道。该隧道地 单位：ｃｍ 图１隧道衬砌内轮廓图 １．１工程地质 结构，片麻状构造，全风化～弱风化。 １．２水文地质 勘测期间，钻孔内未发现地下水，推测雨 拟建隧道场区地貌为剥蚀山丘。地形起 伏较大，相对高差３５．３９ｍ，绝对高程在３８．１２～ ７３．５１ｍ之间．进出口均位于缓坡处，自然坡 度为ｌ０。～２Ｏ。。 隧道范围内地层岩性单一，主要为古元 季有少量基岩裂隙水，地下水受降水影响较 大。经综合分析，隧道区地下水类型主要为基 岩裂隙水，水量不大主要由大气降水补给，以 蒸发和地下径流方式排泄。 古代晋宁期侵入片麻状角闪黑云二长花岗 岩，表现为灰白色，灰褐色及浅灰色，中粗粒 一２８一 港工技术与管理２０１４年第２期 ２总体方案 ２．１施工原则 暗挖隧道采用新奥法原理设计，初期支 护为受力的一部分。施工中应严格按设计和 有关规范做好初期支护。初期支护喷射混凝 土采用湿喷工艺，采用大型施工机械配套施 工．开挖出砟机械配套作业线、初期支护混凝 土机械配套作业线与二次衬砌混凝土施工作 业线相配合一条龙作业。隧道位于软弱、破 碎、围岩风化严重、浅埋、及偏压地段时，严格 遵循“管超前、短进尺、弱（不）爆破、强支护、 早封闭、勤测量、及时衬砌”的原则，确保不出 现大变形、塌方等安全事故。当地表出现明显 下沉、开裂或错动时，及时采取加强措施。施 工中提前进行超前地质预报工作，采用先进 的量测探测技术对围岩提前作出判断，拟定 相应的施工方案。 ２．２总体方案 根据前锋西隧道断面设计、施工图要求 和围岩的实际情况，Ⅲ级围岩段采用台阶法 施工、Ⅳ级围岩段采用弧形导坑预留核心土 法施工、Ｖ级围岩段采用三台阶临时仰拱法 施工。隧道掘进以钻爆开挖为主，人工和机械 配合。建立大型机械设备配套施工体系：以 多功能台架配合风动凿岩机钻孔，隧道出砟 采用挖掘机、侧翻装载机装车，１０ｔ自卸汽车 运输，初期支护施作及时可靠，二次衬砌采用 混凝土输送车、输送泵和全断面液压钢模衬 砌台车泵送混凝土浇筑衬砌。 施工过程中加强监测．及时处理分析数 据．适当调整支护参数。开挖前做好超前地质 预报、探测工作，根据围岩情况采取相应的施 工方案 ３隧道施工测量控制 ３．１地表平面控制 （１）为保证洞口投点的相对精度，平面 控制网根据设计单位提供的控制点和实地地 形情况布设精密控制网。并保证进出洞口附 近有２个或２个以上的精密控制网点。 （２）地表控制网须经过多次全线贯通复 测，复测无误后方可进行引线进洞的测量工 作。 ３．２洞口联系测量 为保证地面控制测量精度很好地传递到 洞内．采用如下洞口控制测量方案： （１）洞口仰坡完成及洞口施工至设计标 高后．在洞口埋设２个稳固的导线控制点； （２）洞口附近在基础稳定处埋设２个水 准点．与地表水准控制网级网观测及平差计 算，以便于隧道进洞水准测量。 ３．３测量方法及措施 （１）地表平面控制测量选用全站仪施测， 建立三等导线控制网，并把隧道中线纳入控 制网内以保证放样精度。 （２）高程控制按三等网施测，用自动按 平水准仪施测。至ｉｔｌｎｌ精度。 （３）洞内控制测量按地表控制测量同等 精度建网，施工中线测量使用全站仪。 ４洞口工程 ４．１边仰坡加固处理 为确保洞口仰坡的长期稳定和隧道洞口 段的施工安全，并满足抗震要求，在隧道施工 前应加强排水和喷锚防护。在距洞口边仰坡 外５～ｌＯｍ处设截水天沟一道，截水天沟与线 路天沟顺接，天沟均采用Ｃ２５钢筋混凝土梯 形沟以模筑法浇筑。在施工范围的左右两侧 边坡及仰坡采用机械为主、人工配合进行横 向刷顺，坡面由喷锚支护。永久坡面防护采用 骨架护坡植草进行永久防护。 ４．２洞口开挖 根据洞口的实际情况 先做好防排水，按 设计图和实际地形修筑洞顶截水沟，并与原 有排水系统妥善连接，使之形成完整的排水 系统，防止地表水流人施工场地范围内，保持 路基洞口边坡稳定、安全。洞口边、仰坡开挖 施工时．按设计图放出中线和开挖边线，清除 一２９— 开挖面上的松砟及其它杂物，自上而下采用 挖掘机配合人工进行开挖，严禁上下垂直作 业，自卸汽车运砟至弃砟场。为确保边坡的平 顺和稳定．应避免超、欠挖和对边坡的过大扰 动。爆破开挖采用控制爆破，应严格控制爆破 参数。边仰坡开挖后，及时按设计要求及时进 行防护 ５超前地质预报 ５．１预报目的 隧道超前地质预报是减少地质因素事故 发生的有效方法。通过隧道超前地质预报工 作以达到以下目的： （１）进一步查清隧道开挖工作面前方的 工程地质与水文地质条件，指导工程施工的 顺利进行： （２）降低地质灾害发生的机率和危害程 度，为预防隧道涌水、突泥（石）及隧道塌方等 可能形成的灾害性事故及时提供信息： （３）为正确选择施工方法、支护措施，优 化设计及施工方案提供地质依据。 ５．２预报方法 本隧道超前地质预报应在地质调查法的 基础上，采用地震波反射法进行中长、长距离 探测，再采用加深炮孔探测进行短距离预报。 断层及重要物探异常段补充短距离物探红外 线探测法及超前水平地质钻探进行预报 ６洞身开挖施工 ６．１开挖方法 本隧道Ⅲ级围岩段采用台阶法施工，Ⅳ 级围岩段采用弧形导坑预留核心土法施工， Ｖ级围岩段采用三台阶临时仰拱法施工。 ６．２施工流程 ６．２．１台阶法施工 台阶法施工法适用于Ⅲ级围岩段。台阶 法采用微震动控制爆破和光面爆破开挖。采 用挖掘机辅助装载机装砟，自卸车出砟；湿喷 机喷混凝土。施工中合理调整工序，实行“钻 一３０一 爆、装砟、运输、喷锚”机械化一条龙作业。台 阶法的施工顺序如图２中序号所示。 罔２台阶法．【序横断面示意罔 施工中应注意，台阶高度、长度可根据施 工机具、人员安排等进行适当调整；并应按有 关规范及标准图的要求进行监控量测．及时 反馈结果，分析洞身结构的稳定．为支护参数 的调整、灌注二次衬砌的时机提供依据：必要 时开挖正面保留核心土 ６．２．２弧形导坑预留核心土法施工 弧形导坑预留核心土法适用于Ⅳ级围岩 段。采用弱爆破或人工方式开挖：挖掘机辅助 装载机装砟，自卸车出砟：湿喷机喷混凝土。 施工中合理调整工序，实行“钻爆、装、运输、 喷锚”机械化一条龙作业，施工顺序见图３。 应注意，隧道开挖方式均采用弱爆破或 人工开挖，爆破时严格控制炮眼深度及装药 量：导坑开挖孔径及台阶高度、长度可根据施 工机具、人员等安排进行适当调整；工序变化 处之钢架应设锁脚钢管，以确保钢架基础稳 定：钢架之间纵向连接钢筋应按要求设置．及 时施作并连接牢固；应注意开挖过程中初期 支护结构及核心土的稳定性．必要时应利用 核心土体加设全断面环形临时支撑；施Ｔ中， 应按有关规范及标准图的要求，进行监控量 测，及时反馈结果．分析洞身结构的稳定，为 支护参数的调整提供依据。 ６．２．３三台阶临时仰拱法施工工艺流程 三台阶临时仰拱法适用于Ｖ级围岩浅埋 港工技术与管理２０１４年第２期 利用上一循环架立的钢架施作隧道洞身纵向超前支护 上部弧形导坑开挖『、 施作上部醐支护 ⑩施作拱墙二次衬砌 ④开挖上部核心土 ２ ２ｍｍ锁脚钢管 壁厚５ ／壁厚５ｍｍ．Ｌ＝４．Ｏｍ 期 、、＼ ⑤两侧开挖／⑨开／ 挖下部核 ．土＼⑦两＼ 侧开挖 ⑩仰拱开挖（捡底） 两侧初期支护、 ， 嚣 ：４．ｏｎ１ ①施作仰拱部位初期 ——一 ＼⑥二次衬砌及填充混凝土 图３弧形导坑预留核心土法施工工序横断面示意图 地段；采用弱爆破或人工配合机械进行开挖。 挖掘机辅助装载机装砟．自卸车出砟；湿喷机 装砟、运输、喷锚”机械化一条龙作业。其施工 顺序见图４。 喷混凝土。施工中合理调整工序，实行“钻爆、 位：ｍｍ 图４三台阶法施工工序横断面示意图 施工顺序： 后复喷混凝土至设计厚度。 （１）利用上一循环架立的钢架施作隧道 超前支护及临时仰拱。临时仰拱每两榀钢架 （２）在滞后于①部一段距离后，弱爆破 开挖②部；导坑周边部分初喷４ｃｍ厚混凝 土，施作钢架及临时仰拱，并设锁脚钢管，临 时仰拱每两榀钢架加设一榀：钻设系统锚杆 后复喷混凝土至设计厚度。 一加设一榀；弱爆破分部开挖①部；分部施作① 部导坑周边的初期支护。即初喷４ｃｍ厚混凝 土，架立钢架；施作锁脚钢管：钻设系统锚杆 ３】一 （３）在滞后于②部一段距离后，弱爆破 开挖③部；导坑周边部分初喷４ｃｍ厚混凝 土，施作钢架：钻设系统锚杆后复喷混凝土至 设计厚度。 （４）灌注④部仰拱及隧底填充⑤（仰拱 及隧底填充分次施作）。 （５）根据监控量测结果分析，待初期支 护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑⑥ 部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。 施工注意事项同弧形导坑预留核心土法 施工，其复合式衬砌段在施工时，须按有关规 范及标准图的要求，进行监控量测，根据监控 量测的结果进行分析，确定灌注二次衬砌的 时机及调整支护参数。 ７隧道钻爆法施工工艺 根据铁道部《关于进一步明确软弱围岩 及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定 的通知》上台阶循环进尺Ｖ级围岩为０．６ｍ，１Ｖ 级围岩为２．Ｏｍ。Ⅲ级围岩为３．Ｏｍ：下台阶循 环进尺Ｖ级同岩为１．２ｍ，ＩＶ级围岩为２．Ｏｍ， Ⅲ级围岩为３．Ｏｍ。Ⅲ级围岩采用光面爆破法 施 １ ，周边孔采用小直径间隔装药，孑Ｌ路 采用复式网路联接。Ⅲ级围岩台阶法钻爆炮 眼布置见图５，爆破药量分配表见表１。 ｝一一缕 一 一 一 一。一… 一 一 一 一 一 一 一一一一～一一一一一…… Ｉ１０一一一一一一一一３一一…一 ＾１０｝ 图５ Ⅲ级围岩台阶法光面爆破炮眼布置罔 光面爆破受多种因素影响．现场围岩地 质结合同一类围岩经试爆取得的技术参数作 一３２一 为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上 一循环爆破效果，以及本循环 岩特征进行 适当调整 ７．１钻爆参数的选择 通过爆破试验确定爆破参数．试验时参 照表２。 ７．２钻爆作业 开挖作业循环图见图６。 罔６开挖作业循环罔 ８初期支护 ８．１ 支护类型 本隧道初期支护共包括砂浆锚杆、 ｆ１李 锚杆、钢筋网、Ｉ２０、Ｉ１８型钢钢架、格栅钢架和 喷射混凝土等型式，依据围岩级别及地表覆 盖层厚度的不同而分别设置。施１ 支护紧随 开挖面及时施作，以减少围岩暴露时间，控制 罔岩变形，防止围岩在短期内松驰。并应及早 封闭成环。软弱围岩隧道Ⅳ、Ｖ级围岩初级支 护封闭位置（仰拱成环）距离掌子面不得大于 ３５ｍ。 ８．２施工工序 初期支护施工流程见冈７ ８．３砂浆锚杆及中空锚杆施Ｔ 网７初期支护施Ｔ流程罔 港工技术与管理２０１４年第２期 表１ 序号 台阶法光面爆破药量分配表 炮眼装药量 上下台阶 炮眼分类 炮眼数 （个） 雷管段数 炮眼长度 （段） （ｃｍ） 每孔药卷 单孔装药 合计药量 （卷／孔） （ｋｇ／：ｆＬ） １．２ （ｋｇ） １２ １ １０ １ ２３４ ８ ２ ３ ４ ５ 掏槽眼 １０ １０ ７ ９ ３ ５ ７ ８ ３７６ ３８０ ３００ ３００ １２ １１ １０ ８ ｌ＿８ １．６５ １．５ １．２ １８ １６．５ １０．５ １０．８ 辅助眼 ６ ７ 上台阶 ｌ１ ８ ９ １０ ３００ ３００ ８ １０ １．２ １．６ １３．２ １２ ８ 内圈眼 ２１ ｌｌ ３００ ７ １．０５ ２２．０５ ９ １０ 周边眼 底板眼 ３９ ２１ １３ １２ ３００ ３００ ４ １２ ０．６ １．８ ２３．４ ３７．８ 合计 ｌ ２ １４６ ９ ９ １ ３ ５ ３５０ ３５０ ３５０ １５ １５ １５ ２．２５ ２．２５ ２．２５ １７６．２５ ２０．２５ ２０．２５ ２０．２５ 掘进眼 ３ ９ ４ ５ ６ 下半断面 周边眼 底跟 ７ ８ １４ ７ ９ １０ ３５０ ３５０ ３５０ １５ ５ １５ ２．２５ Ｏ．７５ ２．２５ １５．７５ ６ ３１．５ ７ 总计 合计 ５６ ２０２ １１４ ２９０．２５ 表２ 岩石种类 极硬岩 硬岩 软质岩 光面爆破参数表 周边眼间距Ｅ（ｃｍ） 周边眼最小抵抗线Ｗ（ｃｍ） 相对距（Ｅ／Ｗ） 周边眼装药参数（ｋｇ／ｍ） ５０－６０ ４０～５５ ３０～４５ ５５～７５ ５０～６０ ４５－６０ ０．８～０．８５ Ｏ．８～０．８５ Ｏ．７５－０．８ ０．２５～０．４０ ０．１５～０．２５ ０．０４～Ｏ．１５ 砂浆锚杆及组合中空锚杆将砂浆或水泥 浆和锚杆的功能合二为一，实现了注浆与锚 固的一体化．在一定的注浆压力作用下浆液 可充分地充填围岩孑Ｌ隙和裂缝，进一步改良 围岩。 进行，尽快支护围岩。 ９围岩监控量测 ９．１ 目的 为了掌握围岩在开挖过程中的动态和支 护结构的稳定状态，必须进行现场监控量测， 通过对量测数据的分析和判断．对围岩支护 一８．４喷射混凝土施工 喷射混凝土在锚杆、钢筋网安装后立即 ３３— 体系的稳定状态进行预测并据此确定相应的 施工措施，以确保围岩结构的稳定。 ９．２量测项目 表３ 量测项目 隧道监控量测项目及方法 量测仪器 量测方法 根据隧道的地质条件、围岩特点，设计考 虑进行洞内外观测、拱顶下沉量测、净空变形 量测和浅埋隧道地表沉降观测。施工中根据 具体情况增加其它量测项目以满足可需要。 ９．３监控量测方法 洞内外观测 水准仪、钢尺、 目视视察和水准 地质锤 测量 净空变形 ＺＷ一３ 围岩收敛仪 收敛量测 拱顶下沉量测 水准仪、钢尺 浅埋隧道地表下 水准仪 水准测量 水准测量 隧道开挖支护时，及时埋人观测计或锚 固件。拱顶下沉用精密水准仪悬挂钢卷尺进 行量测，水平收敛采用成都大地岩土工程技 术开发公司研制的ＺＷ一３型围岩收敛仪量 在取得量测数据后．将同一断面的各种 量测数据互相印证，以确认量测结果的可靠 性：对位移等物理量随时间变化的时态曲线 进行回归处理，监视时态曲线的变化规律，利 用电子计算机进行数据处理，分析围岩变形 的空间分布规律，了解围岩的稳定性特征。 测。洞口浅埋段地表沉降观测采用精密水准 仪，洞内外由有经验的工程师用钢尺、地质锤 等工具进行观察，详见表３。 ９．４测点布置及量测频率 洞内拱顶下沉与水平收敛量测点布置在 同一断面内，各级围岩量测断面间距：Ｖ级围 岩５ｍ，Ⅳ级围岩ｌＯｍ．１１Ｉ级围岩３０ ５０ｍ。量 测频率依据开挖后的时间、测点距开挖面的 距离以及设计要求进行。 ９．５数据整理 ９．６信息反馈 通过对目测和位移量测结果的分析，对 围岩稳定状态，施工方法和支护措施的安全 情况进行评判，将评判结果反馈到设计和施 工中，确定二次衬砌和仰拱施‘１一时间，及时调 整施工方法和支护设计参数。 （上接第２７页） 施工成本。但小吨位起重船双侧安装需要两 侧来回起锚、抛锚、驻位等施Ｔ准备１－作，其 冈素，提高施工作业效率，加快施工进度。 （２）采用门式起重机陆上安装有效地避 免了风浪、涌浪、水流及走锚等外界因素对安 装造成影响，其安装精度易得到保证，安装速 度快，施工效率高。 （３）以往采用小吨位的起重船双侧（即 效率低、操作繁杂。采用门式起重机进行预制 梁、板安装可完全避免以上问题出现。 （４）门式起重机租用费用４万元／月，２００ｔ 起重船租用费用５０万元／月．成本上采用门 式起重机进行预制梁、板总费用比采用起重 船节约近６倍。 码头海侧、陆侧）进行预制梁、板安装以减低 一３４一 港工技术与管理２０１４年第２期
