偏压浅埋隧道套拱施工技术

孙永亮

(上海交通建设总承包有限公司，上海 浦东 200135)

摘 要：卡斯特地貌山势陡峻，隧道洞口段普遍存在偏压严重现象，隧道进出口段埋深较小，常规施工需大范围开挖进洞，存在施工安全性差、环境破坏大等问题。设置重力式混凝土偏压挡墙，回填水泥稳定土，平衡隧道的单侧偏压力；增加套拱长度，形成保护罩，是隧道开挖进洞安全的有效措施，实现提前进洞；既确保了隧道的安全施工，又节约了公路建设用地，避免了高边坡开挖，极大地保护了周边原生态环境，同时降低了工程造价，取得了良好的经济和社会效益。

关键词：偏压；浅埋；偏压回填；加长套拱；

1 工程概况

王龙隧道属于云南省文山至麻栗坡高速公路TJ-5标合同段一工区，进口位于西畴县兴街镇王龙村团结水库左侧一向西北倾斜的斜坡上，出口位于西畴县兴街镇安乐村委会杨树井村一斜坡坡脚处，为分离式隧道。左线起讫桩号ZK64+978-ZK65+875，总长897m，最大埋深100m；右线起讫桩号ZK64+940-ZK65+815，总长875m，最大埋深114m[1]。右线出口为偏压地形，K65+785-K65+810段设置偏压挡墙，洞顶反压回填水泥稳定土，水泥土由普通硅酸盐水泥和素土组成，水泥体积比5%。全隧道均为V级围岩，有浅埋段、深埋段和破碎段结构分布，隧道线路上方地表植被丰富无其他建筑物。

隧道施工组织设计由右出口方向进洞，右线出口偏压明洞5m，岩性为强风化灰质板岩，风化裂隙与次生构造裂隙极发育，岩体破碎，呈散体~碎裂结构，Vp=660~2480m/s，Kv=0.265，Rc=3.50，K1=0.70，K2=0.20，K3=1.00，BQ=166.75。完整性差，围岩自稳能力极差，施工时极易出现冒顶、坍塌、滑塌等情况，洞口处存在较厚的粉质黏土及全风化层，开挖可能形成人工土质边坡，易诱发工程滑坡。可能含风化裂隙水，旱季地下水以点滴状或淋雨状为主，雨季可呈淋雨状渗出[1]。

2、施工遇到的问题及处理方案

王龙隧道右线出口采用B型套拱，套拱采用C30现浇砼，沿隧道纵向长度2m，径向厚度0.7m，超前大管棚设计长度28米，采用Φ108×6 mm热扎无缝钢管，以隧道中心拱顶向两端，以环向间距40㎝，总共布置33根。套拱内预埋Φ127×4mm导向管32根，仰角1~3°（不包含路线纵坡）[1]。

分离式隧道洞口存在偏压时，应先进行偏压处置[2]，我单位首先施工K65+785-K65+810段偏压挡墙。在施工隧道出口段B型套拱及管棚时时，发现17根大管棚中14米位于反压回填土中，偏压挡墙长度过短，与套拱段耳墙平面位置存在错位，回填水泥稳定土需设置溜坡，且偏压挡墙顶面高程过低，洞顶反压回填水泥土形成的覆盖层过薄，无法有效缓解偏压状况。

鉴于王龙隧道偏压浅埋问题突出，监理工程师建议停工，经专家讨论后确定偏压浅埋处理方案：偏压挡墙顶面高程增加1.5米，加长偏压挡墙，使其与耳墙连接，偏压挡墙往路线起点方向延长10米；管棚长度由28米增加到35米，套拱往暗洞方向延长15米。隧道洞口开挖减小循环进尺，每循环进尺1榀钢拱架间距，严格按照图纸施工，遵循“短进尺、少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的基本原则。做好超前支护，加强锁脚锚杆，及时施作仰拱，紧跟掌子面施工，尽快成环，以提高隧道的整体稳定性。加强沉降位移观测，发现异常及时撤离人员设备，确保施工安全。

3 偏压浅埋隧道套拱施工技术

 3.1施工工艺流程

3.2施工方案

3.2.1套拱段开挖及防护

根据现场实际地形并结合设计图纸，测量准确放样出套拱段边仰坡开挖边线，边仰坡开挖严格按照设计图纸要求的坡比进行，开挖后并进行边仰坡防护。边仰坡防护采用安装 L=5m，间距 1.5m×1.5m 梅花布置Φ42注浆小导管，铺挂Φ8 钢筋网20×20cm，喷射 10cm 厚 C25 喷射混凝土。

3.2.2套拱段耳墙施工

套拱段开挖预留核心土，对掌子面起到反压的作用，也可作为套拱、大管棚施工的作业平台。套拱段边仰坡开挖与初支完成后，即可进行耳墙施工，耳墙施工过程中将与偏压明洞段耳墙连接钢筋预留，确保后期偏压明洞施工整体性良好，耳墙内部和钢拱架之间应该采用预埋型钢进行焊接，保证二者焊接的质量，确保在焊接完成之后不会发生破坏。

3.2.2.1  耳墙基础开挖及换填

基坑开挖尺寸5.0m×5.0m，由于地下水位较高，用潜水泵排除基坑内积水,用机械开挖至高于基底设计高程，开挖时应有专门的测量人员控制高程，控制超挖严禁欠挖，挖至设计高程后检测地基承载力应不小于250Kpa，按设计浇筑C15片石砼垫层，预埋耳墙支模板用短钢筋。

3 2.2.2  钢筋加工绑扎

钢筋绑扎前对基础进行凿毛处理，凿除浮浆部分并露见新鲜石子，用清水冲洗干净；钢筋在钢筋加工场集中下料，在胎架上制作，施工现场绑扎。在模板安装前后应重点检查垫块安装质量。

3 2.2.3  模板安装

外模及端头模、线型规则部分采用2m×1.2m大块钢模[3]，确保砼外露面整体效果。内侧模板采用竹胶板，耳墙弧形段以工字钢加工成设计弧度作为背肋，采用长3m×0.18m×0.045m木板拼合，用铁丝固定在工字钢上。模板安装应确保牢固，安装完毕后，应对其竖直度、平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查。

3 2.2.4  混凝土浇筑

采用70 型插入式振动器，振捣时快插慢抽，分层振捣，分层厚度不大于 30cm；振捣时振捣棒尽可能避免碰撞模板与钢筋，振捣过程中振捣棒要插入下层砼 5～10cm。并应在下层砼初凝以前振动完成其相应的上层砼，以使上下层砼紧密地连结。

3 2.2.5  混凝土养护

砼初凝后应及时在面用土工布覆盖，洒水保持湿润状态，养护时间不少于14天[4]。

3.2.3钢拱架安装

套拱钢拱架共4榀，间距60cm，采用I18工字钢在加工厂分段加工，工字钢分段端部焊接200mm×220mm×14mm连接钢板，出厂前预拼装合格，现场螺栓连接。在工字钢拱架安装架设之前，利用全站仪对套拱内侧拱顶和左右拱角标高、坐标进行检测，符合设计要求后方可安装。钢拱架安装采用吊车配合人工安装，由测量人员用全站仪现场控制钢拱架安装位置、起拱线位置、拱顶高程等，钢拱架节段拼装前期连接螺栓不要拧紧，随安装精度调整逐步拧紧连接螺栓，用短钢筋将钢拱架之间及钢拱架与耳墙预埋钢筋之间临时焊接，逐步调整钢拱架位置，待钢拱架位置达到规范允许误差时，连接钢板间的空隙用楔形钢板填塞，并焊接牢固，拧紧连接螺栓。调整钢拱架位置时，拱脚置于槽钢上，用短钢筋将槽钢与耳墙钢筋焊接。钢拱架安装就位后及时打设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用Φ 42 L=3.5m小导管，共设置8根。

3.2.4导向管安装

为保证管棚按设计要求的 1°～3°仰角施作，在内侧钢拱架上沿径向焊接Φ12短钢筋，将Φ12完成弧形焊接与短钢筋上，用以固定导向管，在外侧钢架及弧形钢筋上标出导向管位置，用15cm长短钢筋支垫将导向管点焊于弧形钢筋上，外侧点焊于钢拱架上。

3.2.5套拱模板安装

为方便套拱模板安装，沿每榀钢拱架径向布置10排φ 22 螺纹钢筋，径向钢筋长度1m贯穿套拱砼，作为弧形钢筋的支撑。

套拱底模采用长3m×0.18m×0.045m木板拼合, 将4排φ 22 螺纹钢筋弯折成设计弧形，与径向钢筋焊接，作为底模的支撑，用铁丝将底模木板固定，下部用木桩、钢管等进行顶撑。侧模以竹胶板切割成设计弧度拼装成整体，支撑于底模木板上，将上下排列的2排φ 22 螺纹钢弯折成设计弧形，用1m长φ16短钢筋与钢拱架焊接，与钢拱架平行布置，作为侧模外侧的支撑，并支垫木板、布置径向钢筋加固，底部用钉在底模上的木条支挡固定，用斜拉杆加固，斜拉杆与钢拱架焊接连接。

将2排φ22 螺纹钢弯折成设计弧形，与径向钢筋焊接，作为顶模的支撑，顶模采用长3m×0.18m×0.045m木板拼合,支撑于侧模和φ22 弧形螺纹钢筋上；木板上部用4排φ22 螺纹钢弯折成设计弧形进行固定，弧形钢筋与径向钢筋焊接。顶模根据砼浇筑进度逐段拼装，以方便砼浇筑和振捣，安装一段顶模浇筑一段砼。

3.2.6混凝土浇筑

套拱浇筑砼均来自集中搅拌站生产，由 8m³砼罐车运至施工现场，采用吊斗下料浇筑。浇筑过程中采用 70 型插入式振动器，振捣时快插慢拔，分层振捣，分层厚度不大于 30cm； 振捣时振捣棒尽可能避免碰撞模板与钢筋，振捣过程中振捣棒要插入下层砼 5～10cm。并在下层砼初凝前振动完成其相应的上层砼，以保证上下层砼紧密地连结。

砼浇筑从两侧拱脚对称浇筑，先浇筑内侧拱脚处砼至顶模起始安装高度，再浇筑耳墙顶套拱砼。待内侧拱脚处砼失去流动性，方可浇筑上层套拱砼，并控制振捣功率，对套拱砼进行二次收面。

3.2.7混凝土养护

混凝土浇筑完毕后，安排专人进行洒水养生，养生时间不少于14 天[3]。

3.2.8接长套拱施工

根据偏压浅埋处理方案，套拱接长14.6米，套拱弧长随山体调整，与原山坡平顺相接，在开挖范围上方形成保护罩，保证施工安全，维持山体稳定；接长套拱采用24cm厚度C25喷射砼，内设钢拱架间距1m，钢拱架以φ25钢筋纵向焊接连接，钢拱架外挂设1层φ8钢筋网，网眼尺寸20cm，搭接长度30d[4]。

钢拱架采用I18工字钢在加工厂分段加工，工字钢分段端部焊接200mm×220mm×14mm连接钢板，出厂前预拼装合格，现场螺栓连接。假设时利用全站仪进行定位，钢拱架节段拼装前期连接螺栓不要拧紧，随安装精度调整逐步拧紧连接螺栓，用短钢筋将钢拱架之间及钢拱架与耳墙预埋钢筋之间临时焊接，逐步调整钢拱架位置，待钢拱架位置达到规范允许误差时，连接钢板间的空隙用楔形钢板填塞，并焊接牢固，拧紧连接螺栓。

钢拱架底部脱空部位用3m×0.18m×0.045m木板拼合做成底模板,底模通过弧形钢筋、径向固定与钢拱架上，由于采用喷射砼施工工艺，无需安装顶模板和侧模板。喷射砼由下至上分层分段施工，需保证喷射砼厚度和整体性。

3.2.9洞顶反压回填

接长套拱所做保护罩成形后，打设大管棚，加高偏压挡墙，在挡墙内侧及接长套拱顶部回填水泥稳定土以改善偏压状况，喷射5cm厚C25进行防护，对管棚进行注浆，加固山体围岩和反压回填体。

3.2.9量测监控

王龙隧道右洞于2018年6月16日进洞，6月18日开始检测沉降，7月16日开始开挖仰拱，8月28日浇筑K65+806-K65+810段二次衬砌，9月2日浇筑K65+797-K65+806段二次衬砌，9月16日浇筑K65+788-K65+797段二次衬砌，监控量测资料显示，加长套拱段（YK65+795.4-YK65+810）地表沉降、洞内沉降收敛正常。

4 结 语

王龙隧道采用增加暗洞长度，加长套拱，既实现了与原山体平顺衔接，又为隧道开挖支护形成保了一顶护罩，减少了安全隐患，实现了隧道提前进洞，设置重力式混凝土偏压挡墙，回填水泥稳定土，平衡隧道的单侧偏压力，是保障隧道开挖进洞安全的有效措施，既确保了隧道的安全施工，又节约了公路建设用地，避免了高边坡开挖，极大地保护了周边原生态环境，取得了良好的环境效益和社会效益。

由于前期地址勘探不够准确，施工图设计对王龙隧道偏压浅埋处理设计深度不够，导致工地停工等待变更设计方案，耽误了工期，增加了承包方的施工成本，印证了控制工程项目费用的关键时期是设计阶段，也是给项目管理方一个警示。

参考文献：

[1]《云南省文山至麻栗坡高速公路两阶段施工图设计》；

[2]《云南省交通运输厅关于进一步加强公路隧道施工标准化管理的通知》（云交基建[2017]28号）；

[3]《文马文麻高速公路桥涵模板、隧道二衬模板台车准入制度》；

[4]《文马文麻高速公路作业指导书》；

[5] 《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）.北京：人民交通出版社，2009.；