渠娅康

【摘 要】隧道埋深对开挖后隧道变形有着重要的影响。埋深的影响有双重意义，一是有助于划分深浅埋隧道，二是可以掌握隧道不同埋深条件的变形动态。浅埋与深埋相比，主要是难于形成承载拱，会出现拱顶下沉速度加快、地表下沉、开裂及掌子面不稳定等现象。文章以兴隆坪隧道超浅埋段为例，分析了几种不同的施工方案，从中选出最优施工方案，有利于提高隧道施工的安全性和经济性。

【关键词】高铁隧道工程;浅埋;施工方案

【中图分类号】U455.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0066-03

0 引言

高铁工程建设过程中浅埋隧道较为常见，这在一定程度上加大了高铁工程建设的施工难度。如何选取最优施工方案是企业需要考虑的重点问题，通过现场实际勘探，结合水文、地层、温度、地貌等特征选择合理的施工方案，提高隧道施工的安全性，并缩短施工周期，为企业赢得效益及市场占有率。

1 浅埋段施工方案

浅埋段隧道的危险源主要出现在拱顶，施工方案主要包括洞身暗挖和洞身明挖两种。明挖工法适用于超浅埋段。暗挖工法主要是在传统暗挖的基础上增加了超前支护或地表加固措施。综合分析明挖和暗挖这两种工法的优点，得出此方案主要适用于超浅埋段。

下面以D2K186+491.5兴隆坪隧道超浅埋段（D2K187+

390～+440）的施工方案作为案例进行阐述。

1.1 工程概况

D2K186+491.5兴隆坪隧道洞身最大埋设60 m，全隧共有两段洞身浅埋段，具体情况如下：D2K185+340～+540段埋深1～18 m，D2K187+390～+440段埋深8～20 m，并且位于沟槽内的水田，岩体裂隙发育，隧道涌水量大。其中，D2K185+340～+540段洞身有一段洞身开挖工法原设计采用明挖法，其里程桩号为D2K185+370～+445，其埋深为1～2 m，属于超浅埋段。

1.2 超浅埋段的原设计方案

明洞开挖前先施作洞顶排水设施：首先设置天沟，开挖明暗交界处边仰坡，边仰坡钢筋网喷锚加固，同时施作超前大管棚及注浆，提前加固围岩，保证安全地穿过明暗交界处，大管棚采用φ108 mm，壁厚6 mm的热轧无缝钢管，间距为40 cm，外插角为1°，共计施作42根，注浆材料采用水泥浆;其次进行明洞段的土石方开挖;再次施作洞身衬砌及洞身外防排水系统;最后进行回填土并设置黏土隔水层，做好洞顶横向永久排水沟。

2 方案背景

根据原设计方案进行施作，则需要开挖深15 m、长75 m、宽22.9 m（平均）的基坑，开挖土石方数量为25 753 m3，其中土方为8 675 m3，石方为17 078 m3，开挖放量较大，需要大放坡。根据施工组织安排，该段施工期间正值雨季，增大排水量，基坑内易出现大量的积水，抽排水工作量大，不利于施工，并无法确保基坑开挖临时边坡的稳定性，綜合两个不利因素的分析可知，有可能因此而导致隧道明洞无法施工，处于停工状态，整体施工工期滞后，造成人员、机械窝工;同时，明洞开挖的弃渣数量大，需要外运20 192 m3的土石方（需要回填5 561 m3）。由此可知，原设计采用明挖法施工进度不仅受到制约，而且施工成本也大大增加。

3 实地踏勘及测绘结果

结合原设计图纸，进行实地勘测调查、拍摄及测绘，得到一些地质基础资料，具体情况如下。

3.1 地层岩性

D2K185+370～D2K185+445段地表覆盖层厚度不厚，通过钢钎勘察，估算覆盖层厚2～3 m，地质岩性为黑色软粉质黏土，软塑状;下伏基岩为砂岩夹泥岩强风化层、砂岩夹泥岩弱风化层，遇水易软化（如图1所示）。

3.2 水文地质特征

D2K185+370～D2K185+445段处于水田地段，地表水主要是水田水，比较发育，基本上存在两个汇水面，主要靠大气降水补给。地下水主要为孔隙潜水和基岩裂隙水，水量比较大[1]。

3.3 地形地貌

D2K185+370～D2K185+445段所处区域为丘陵地貌，地表为水田、树林及竹林。该明挖段范围内基本为水田，地势平坦，地表水汇集面积较大，在上游存在两个较大的汇水面，地表水流向基本从线路右侧往左侧流，并通过农田排水沟及下穿地方公路排出。

4 方案比选

4.1 方案评价

4.1.1 明挖法（方案一）

（1）方案内容。施工期间，先施作地表的拦截引排工程，并避免雨季施工。

（2）有利与不利因素分析。有利因素：投资造价低。不利因素：①通过实地踏勘调查可知，该隧道明挖段位于沟槽间水田，地表水较发育，并且受到两处汇水面的影响，开挖面积较大，开挖最深约16.17 m，平均深度约15 m，类似一个大型的深基坑开挖。开挖过程中将会扰动岩体，在处理不当的情况下，极可能引起基坑临时边坡的失稳，发生滑坡或溜塌等地质灾害。②占用农田面积大，为了保证施工，需要通过水泵抽水把地下水渗透形成的基坑内的积水排出基坑外，这就改变了该处原来的水系平衡状态，容易受到地方村民的阻工和索赔，有可能造成基坑临时边坡暴露时间过长，不利于保证边坡稳定性，易发生滑坡或溜塌。③作业场地狭窄，开挖的土石方达2.6万m3，施工难以展开，土石方外运数量大，并且施作二次衬砌后再回填土石方，工程量大。④明洞开挖衬砌需在暗洞开挖至明挖段方可施工，无法与暗洞开挖同时进行，对工期影响较大。

综合上述因素分析可知：采用明挖法施工受干扰性大，不可预见的因素也多，难于控制施工进度，并且施工安全也受到一定的影响，同时在无形中增加一些不可控制的成本。所以建议一般情况下不采纳这套方案[2]。

4.1.2 由明挖法变更为暗挖法（方案二）

此方法需采用高压旋喷桩加固地表，同时在开挖暗洞过程中使用φ76 mm中管棚注浆超前支护。

（1）具体方案内容。按原设计征地范围进行征地，然后通过排水梳干地表，在整个征地范围内设置50 cm桩径的高压旋喷桩，按桩间距为1.5 m及梅花形布置，并嵌入基岩深度至少50 cm。待高压旋喷桩加固完毕后，使用彩料布覆盖地表，在彩料布上回填50 cm的土石，同时按原设计施作拦排引截工程，起到封闭堵截地表水的作用，防止雨水渗透软化岩体。以上措施施作完毕后，再开挖隧道暗洞，其超前支护措施具体如下。

采用φ76 mm中管棚注浆超前支护，管棚长8 m，每环设置50根，环向间距为0.4 m，纵向每6 m一环（搭接2 m），并采用无工作室进行施作，减少对岩体的扰动，同时采用φ42 mm小导管加强超前支护。按V级围岩的要求进行施作洞身的初期支护及二次衬砌，而且开挖进尺按60 cm为一榀进行开挖。

（2）有利与不利因素分析。有利因素分析：不采用大面积和深基坑的开挖方式，此过程中不用施作临时边坡和抽水及排水，所以不存在边坡滑塌的安全隐患，受干扰性小，施工进度受不确定性因素制约小，施工进度受控，不可预见费用的发生概率降低。不利因素分析：投资造价增大，比原设计的施工危险性稍微变大，存在洞顶易发生冒顶的问题，但可通过回填加固继续开挖。洞身无工作室管棚施作工效较低，同时需要配置专业的C6钻机（钻机购置费较高），工期成本较高。此外，由于施作了地表加固，因此不利于后期运营期间的田地复垦。

综合上述方案的分析可知，此方案是基本可行的，但施工成本较高，同时存在一定的安全风险。

4.1.3 由明挖法变更为暗挖法（方案三）

该方案在开挖暗洞过程中使用φ76 mm中管棚注浆超前支护。

（1）具体方案内容。方案三主要是取消方案二中的高压旋喷桩的地表加固，其他工序都是相同的。

（2）有利与不利因素分析。有利因素与方案二类似，但投资造价比方案二低，也利于后期农田的复垦。不利因素与方案二的区别在于危险源（洞顶发生冒顶）的控制，其他类似。综合上述的分析可知，该方案是基本可行的，但施工时存在较大的安全风险[3]。

4.1.4 由明挖法变更为暗挖法，并在拱顶设置80 cm厚的型钢混凝土护拱（方案四）

（1）具体方案内容。护拱钢架采用I18型钢，纵向间距为80 cm，采用φ22 mm钢筋纵向连接，环向间距为100 cm，在沿套拱纵向满铺φ8 mm钢筋网，网格间距为20 cm×20 cm，采用C25混凝土现浇护拱，护拱坐落在W3基岩上。暗洞施作方案与方案二类似，并取消拱部的φ22 mm组合中空锚杆。护拱基坑开挖深度约3 m。护拱施作完毕后，立即施作回填土，并按原设计施作拦排引截工程。

（2）有利与不利因素分析。有利因素分析：在所有方案中，方案四的安全性相对较高，不存在洞顶发生冒顶现象，占用水田数量变少，施工完毕后可以满足复垦要求，施工干扰性小，可以与前后暗洞同时施工，施工进度快，大大节约了工期成本。不利因素分析：在这4套方案中，方案四的投资造价相对较高。

4.2 方案性价排序

通过上述方案的评价，从安全性、投资造价、施工进度受控、干扰性和不可控因素5个方面对这4套方案进行排序。下面按高往低进行排序，具体排序情况如下：安全性：方案四、方案二与方案一基本并列，方案三。投资造价：方案四与方案二基本并列，方案三、方案一。施工进度受控：方案四、方案二、方案三、方案一。占用水田及干扰性：方案三、方案二、方案四、方案一。不可预见的成本及不可控的因素发生（按低往高排序）：方案四、方案二、方案三、方案一。通过上述几个方面的排序结果，得出各方案综合性价排序结果：方案四、方案二、方案三、方案一。结论：（按高往低排序）根据上述方案的评价及其性价排序的结果，可知最佳的施工方案是方案四，即盖挖法施工。

5 优化后的方案施工工艺顺序

第一步：洞顶四周开挖临时截、排水沟，按设计拱部120°开挖护拱基坑，并施作边仰坡临时支护，采用钢筋网喷锚支护，同时施作明暗交界处管棚。管棚采用外径108 mm、壁厚6 mm的热轧无缝钢管，间距为40 cm，外插角为1°，共计施作42根，注浆材料采用水泥浆。

第二步：施作护拱土模，安装I18钢架及挂设φ8 mm钢筋网片，钢拱架落在基岩上，浇筑C25护拱混凝土（若拱部120°处土层较软，需要采取施作混凝土钢管桩+钢筋混凝土纵梁的措施确保钢拱架拱脚的稳定）。

第三步：施作暗洞开挖及衬砌施工。

第四步：待暗洞衬砌贯通后立即回填覆土层，施作黏土隔水层和排水系统及铺砌。

6 风险源及其预防措施

6.1 风险源

在暗洞开挖过程中，最容易出现冒顶塌方的部位是原明暗交界处，一共有两处（D2K185+370和D2K185+445）。如果初支封闭成环的施工进度跟不上掌子面开挖的进度，就有可能出现护拱沉降开裂。

6.2 预防措施

严格按设计的要求施作明暗交界处的φ108 mm管棚，起到超前支护，提高围岩的自稳能力的作用。超浅埋段掌子面开挖进尺的控制：严格按一榀或两榀进行开挖，并加快初期支护封闭成环的施工进度，受力状态平衡，“空间效应”不失效。在穿过大里程明暗交界处之前，初期支护必须施作至超小里程明暗交界处10 m范围，确保“空间效应”不失效[4]。上台阶和下台阶开挖的过程中，拱架的锁脚锚杆必须按设计要求进行施作，确保拱架不下沉。上下台阶施工过程中，尽量做到拱脚处不积水，避免积水软化围岩而导致拱架下沉。加强监控量测的观测，监控护拱下沉情况。上下台阶开挖和隧底开挖完成后，及时安装拱架和喷射混凝土进行排险。？譿加强管理，做好工序衔接，安全员和技术员经常观察洞内外变化情况，发现异常情况及时上报和采取相应的处理措施。

6.3 不足之处

不足之处主要体现在护拱施工安排滞后，导致后期为了施工护拱而产生较大的成本，主要是二次修筑施工便道。

7 结束语

通过兴隆坪隧道超浅埋段的施工方案策划及施工组织安排等情况的分析，可以得到如下几点启示。

（1）施工方案的策划与优化至关重要，它关系到施工方案的技术及安全性，也关系到经济效益问题。这就涉及3个方面：一是施工技术是否可行;二是是否确保施工安全;三是经济效益如何。经济效益主要要从3个方面进行综合分析：施工成本是否降低、施工进度是否缩短、是否扭转亏损项目。

（2）方案优化的准备工作：①认真审核施工图，实地踏勘调查地质情况，并组织人员进行测绘，收集原始资料。②综合这些资料进行筛选和分析，再进行几套方案的评价，最后比选最佳方案。方案评价要从有利因素和不利因素两个方面进行综合分析，确保方案性价的准确性。③确定最佳方案后，若需要进行设计变更，要及时与设计院及业主进行沟通，并说服相关的人员，使方案比选结果能得以实现。

（3）虽然施工方案非常重要，但是项目管理同樣重要，这两者之间存在一定的关系：前者是靠后者落实及实施的。所以，在加强项目技术力量的同时，也要加强项目合同管理、技术管理和组织管理等，保证方案优化的效果得以实现。

参 考 文 献

[1]王梦恕，谭忠盛.中国隧道及地下工程修建技术[J].中国工程科学，2010（12）：4-10.

[2]中铁二局集团有限公司.高速铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2011：39.

[3]穆阿龙.高速公路隧道施工测量关键技术[J].居舍，2021（32）：55-56.

[4]邢伟夫.山区高速公路高边坡病害防治措施研究[J].科技与企业，2015（17）：144.

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