浙江省第三地质大队
【摘 要】在浅埋段隧道施工过程中，如何选择合适的开挖与支护施工技术是防止冒顶和确保安全施工的前提，笔者结合最近参与的浅埋段隧道的开挖与支护施工，较为详细的阐述了浅埋段隧道开挖与支护控制关键技术，为同类浅埋段隧道开挖与支护施工提供参考借鉴。
【关键词】隧道；浅埋段；开挖与支护；施工技术
1 概述
浅埋段隧道是针对表土埋深深度小于设计隧道洞径2倍的隧道地段的统称。由于浅埋段来自顶上的岩土压力作用下，导致现场开挖支护施工稍微有不慎将会发生冒顶事故，这也给浅埋段隧道施工增加了危险程度。笔者参与的在建某隧道，进口段位于地表土埋深较浅的浅埋段中，设计经地勘确定为Ⅴ级围岩地段，深度大致主要在9m～26m之间渐变，其中ZK86+150～ZK86+240，ZK86+280～ZK86+400，ZK86+420～ZK86+470,K86+390～K86+410；K86+425～K86+443，K86+449～K86+456等桩号里程段因地表地势比较低，这一段的隧道设计表土土体埋深较浅。上述桩号里程的浅埋隧道段最大埋深仅8m左右，最小埋深仅仅只有2.5m左右，平均埋深大约5m左右。地质情况为：构造剥落、水流浸蚀沟壑较多，坡体表面基岩层部分裸露，表面部分覆土为第四系破损、全风化岩体，岩体结构松散，抵抗冲刷能力较差，岩体自稳能力较差，如不妥善支护极易出现坍塌情况。
2 开挖支护关键技术
2.1 开挖关键技术
根据设计及地勘情况，对于上述浅埋段施工，部分段可采用台阶法进行开挖施工，即先进行中间导坑及中间隔墙的施工，再依次根据设计要求进行洞内的按上部、中部及下部分成三步台阶法依次进行开挖作业，施工工序较为方便快捷，操作简单；但随着支护跟进开挖以后，中间隔墙便开始承受来自隧道顶面的大多重量，将在中间隔墙的上部和下部与侧面接触区域附近形成较高的应力聚集区域即发生应力集中现象，这将给中间隔墙及掌子面等处的自身稳定性带来一定安全隐患。因此，需结合现场岩层实际情况，延长台阶或缩短台阶，在上台阶的开挖循环进尺方面根据浅埋段实际情况控制在0.5-1.5米以内，结合现场围岩的实际条件以及现场动态监控量测的实时数据，确定每一轮的正常循环进尺控制在2榀钢支撑架档距之内；在进行下台阶施工开挖过程中，其正常循环进尺同样需要结合现场实际岩层情况以及现场动态监控量测实时数据结果确定具体长度数据，确保其与上台阶长度相应位置合适加长，在任何情况下，绝不允许不经监控量测随意增加开挖的台阶长度；对于浅埋段隧道，业界普遍的上台阶与下台阶开挖相距长度一般设定为3-8米。
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在经过浅埋隧道段的施工过程中，严格按照既定程序进行开挖施工，在地质条件较好的地方采取采挖作业为主，在地质条件敏感地带采取人工开挖为主，在浅埋段施工过程中，发现下台阶处的岩石特性比较差的时候，现场立刻停止开挖施工作业，并立即上报上级部门，在经过监控量测及超前地质预报等勘察以后并最终批准具体专项实施方案以后，再根据审批的专项实施方案要求进行继续作业，并严格按照隧道施工特别是浅埋段隧道开挖施工相关规定进行开挖作业。
针对浅埋段特殊情况，也可以采用多导洞先墙后拱法进行浅埋段开挖作业，确保施工安全。多导洞先墙后拱法施工浅埋隧道段其施工关键点在于，一是通过先行施工多导洞里的中间的导洞，这是多导洞浅埋段开挖施工的关键点；二是在中间导洞开挖到一定距离以后，及时进行岩层特性、条件比较差或者受力条件不利的侧边导洞开挖施工，一般第一侧边导洞开挖作业面距离中间导洞10-15米；待一侧边导洞已经开挖20-30米后，及时组织人员机械设备进行另外一边的侧边导洞的开挖施工，该侧导洞应比先行施工的侧边导洞后施工10-15米距离，按此保持多个导洞同步差间距作业，直至通过浅埋段隧道处。多导洞的各个导洞开挖普遍均采用常规的正台阶法进行浅埋段隧道施工作业，一般正台阶施工台阶所留的长度为3-5米，具体的开挖进尺按1-2榀钢支撑架间距来控制。待通过多导洞法每个导洞均通过浅埋段隧道之后。及时进行主洞的开挖施工作业，主洞开挖作业同样采取多台阶法进行开挖作业，严格控制主洞开挖作业掌子面与已经施作的二次衬砌作业面之间最大距离不大于25米，确保施工安全。浅埋段主洞开挖施工中，更加需要按照不良地质段隧道施工准则即“零爆破、超短开挖、更强支护、极早封闭、动态实时监测”。
2.2 支护关键技术
支护是浅埋段隧道施工关键步骤，特别是初期支护，其能瞬间起到平衡围岩释放的力，从而起到控制围岩应力的进一步增大，使得相应位移数据不断趋向收敛。尽最大可能维护隧道成洞状态，将围岩的自身应力发挥到最大可能，使得初期支护与围岩协同受力，形成共同受力体系，从而从源头上避免浅埋段隧道施工时，出现塌方及冒顶情况。其中，对于一般岩层结构，初期支护采用的锚杆等锚固技术主要起到使围岩与锚杆形成有效自承受力体系，使得锚杆与锚杆间得围岩共同形成一堵圆形墙体结合一起共同抵消来自围岩以外的力，同时，喷射的混凝土及时对围岩内的空隙进行填充，使得围岩更加密实，与锚杆一起共同受力效果更好。根据围岩时间情况，当遇到围岩破损，围岩较差甚至更差时候，及时启用预支护的方式进行处理。及时稳定掌子面的安全，同时，根据现场实时动态监控量测的数据，及时调整和优化预支护情况，确保浅埋段不利地段的开挖与支护安全。特别在覆盖层特别薄，不足3米时，加之岩层裂隙相对发育，表层岩体整体性很差，其自身的稳定性更差，如若支护措施不当，特别容易出现坍塌和冒顶情况，应在开挖前，采取预支护措施即采用小导管注浆对先导洞进行预支护作业，之后再对主洞拱部位置设置长大管棚并进行注浆的超前支护方式，确保围岩稳定及开挖安全，真正达到浅埋段支护到位的效果。
3 结语
在浅埋段隧道开挖及支护施工过程中，其开挖及支护施工技术要求高、施工难度大，特别是采用多导洞开挖方式，施工过程工序转换频繁且复杂，如有不慎，很有可能发生小塌方甚至直接冒顶造成不可挽回的损失。只有把握住隧道施工现场实时动态监控量测这一关键要素，自始至终的信守实时动态监测量测分析结果，并严格按照零爆破、尽可能早的进行锚喷支护、24h不间断动态实时监控量测、尽可能缩短二衬与掌子面的距离等隧道质量和安全基本保障规定，同时处理好洞内排水，确保浅埋段隧道开挖支护施工万无一失。
参考文献：
[1]孔德岩.隧道浅埋段开挖及支护施工技术 [J].浙江建筑，2006年04期
[2]卫晋.隧道偏压和浅埋段及软弱围岩段的施工技术 [J].山西建筑，2008年01期
[3]丁健.隧道浅埋段开挖施工技术 [J].技术与市场，2011年第6期
论文作者:宋金龙,朱金荣
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第3期
论文发表时间:2016/8/18
标签：隧道论文; 围岩论文; 作业论文; 台阶论文; 岩层论文; 进尺论文; 情况论文; 《低碳地产》2015年第3期论文;