摘 要：公路隧道超浅埋下穿冲沟不良地段时极易发生坍塌冒顶事故，施工安全风险极高，主要有大断面、超浅埋、围岩稳定性差、雨季施工困难的特点。隧道下穿前，采取双排小导管超前预加固，隧道下穿时洞身采用三台阶七步预留核心土法施工，并根据地表及洞内监控量测指导施工作业，确保安全顺利通过超浅埋段。论文对平赞高速北寨隧道右线下穿超浅埋冲沟不良地段施工进行了介绍，为今后同类型隧道施工提供参考。
关键词：下穿冲沟、超浅埋、围岩稳定性、超前预加固
1 引言
隧道下穿冲沟不良地段施工极易发生塌坍冒顶施工。施工前应根据施工现场实际情况，合理编制施工方案，本文就平赞高速北寨隧道右线下穿冲沟不良地质段超浅埋、大断面、围岩稳定性差等特点，阐述了采用三台阶七步预留核心土开挖法配合双排小导管超前预加固的施工方案，顺利通过了冲沟段的实例。
2 工程概况
平赞高速北寨隧道，右线里程为：K1+599~K2+590，全长991m。隧道位于属构造剥蚀低山丘陵地貌，起伏较大，右线最大埋深约99m。山脉近东西走向，地形总体南高北低,隧址区发育多条沟谷，走向与隧道斜交。附近地面高程295～336m，相对高差约41m，自然坡度10～30°，局部陡峻。隧道右线K2+350~450下穿较大范围冲沟，埋深为31.754~6.453m，且地表松散腐殖土厚度1米，属超浅埋隧道。
3 施工风险分析
3.1 隧道超浅埋
隧道穿越冲沟不良地质段最浅埋深6.453米，施工过程中由于开挖震动极易产生冒顶坍塌事故。
3.2 大断面
隧道断面为133.13平米，隧道开挖过程中对围岩扰动较大，极易造成隧道垮塌。
3.3 围岩稳定性差
此段隧道围岩为粉质粘土，黄土状土，垂直节理发育，施工过程中处理不当会引起较大范围坍塌。
3.4 雨季施工困难
此隧道下穿的冲沟雨季有地表水汇集冲刷，若雨季施工，丰富的地表水极易造成塌方突水事故。
4 施工方案研究
4.1 施工时间
由于雨季冲沟有地表水汇集冲刷，雨季施工易造成塌方突水事故，故此隧道施工应避开雨季。
4.2 开挖方案的选定
开挖方案拟定了3种：1）埋深小于10米段采用盖挖法施工其余地段采用暗挖法施工，盖挖法施工段长度85米。优点：安全风险低。缺点：费用高，施工工期长。2）先地表注浆预加固后暗挖的综合施工方法。优点：施工安全系数高，可有效控制变形。缺点：围岩为湿陷性黄土，注浆质量控制难度大。3）三台阶七步预留核心土开挖法，加强洞内超前小导管预制护，增加锁脚锚杆防止拱顶下沉及洞内变形。优点：不破坏原地表，工期短，造价低。缺点：虽有塌方冒顶风险，但埋深浅即便发生塌方，塌方量很小，安全风险可控。经过比选，选用方案3）。
4.3 施工方案
4.3.1 总体施工方案
隧道超前支护利用超前小导管长4.2米，每环43根，环相间距40cm，每两榀拱架间距布设一环。采用预留核心土三台阶七步开挖法。初期支护采用I22b钢拱架及锚喷支护，初喷后挂设钢筋网，采用双层φ8钢筋网片，网片规格20×20cm。型钢拱架纵向间距0.7米，每榀拱架设置24根Φ22锁脚锚杆，每拱脚处设置4根，长3.5米，拱部及边墙采用φ25中孔注浆锚杆，梅花型布置，间距100×70cm；喷射混凝土厚28cm，采用C25早强混凝土。
4.3.2 超前小导管施工
1） 小导管加工与制作?
小导管采用Φ42，壁厚4mm，长为4.2m的热轧无缝钢管，在管身设注浆孔，孔径8mm，孔距15cm，梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度100cm作为不钻孔的止浆段（见图1）。?
图1 小导管示意图
2）钻孔及小导管安装?
测量放样，在设计孔位点上标记，钻孔点按照设计图纸（见图2），超前小导管环向间距30cm沿隧道开挖轮廓线布置，并与工字钢腹部钻孔间距一致。采用气腿式钻机钻孔，超前小导管外插角12°；开孔时，低速钻进，待成孔几米后再加速钻进，钻孔过程中要随时检查孔位的正确性，严格控制外插角和上仰角，并认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩土进行地质判断、描述。钻杆配合钻头进行来回扫孔，清理浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔，清除管内积物，将锚杆推入孔内。前后两环小导管搭接长度110.8cm，每2榀钢拱架施作一循环。?
图2 超前小导管示意图
3）注浆
注浆采用水泥浆，水灰比为1:1（重量比），注浆压力初始为0.5MPa，在注浆压力达到1MPa时结束注浆。注浆采取由低孔向高孔位，注浆结束标准：根据设计的注浆参数，从注浆压力、注浆量和注浆时间上来判断是否结束。当注浆压力达到或接近终压（0.5～1.0Mpa）时，结束注浆；当注浆压力超过或达到终压的80%时，出现较大的跑浆，经间歇注浆后也可结束注浆；当注浆量达到或超过设计注浆量，孔口管出现冒浆现象可以结束。水泥净浆注完，注浆压力稳定后后，以1：1的水泥砂浆将小管棚灌注并捣实，其尾端必须与钢架焊接，以保证超前支护更好地发挥作用注完浆的钢管要立即堵塞孔口。注浆效果：开挖后拱部基本无渗漏水、无坍塌。?如果地下水较大时注浆材料可采用水泥—水玻璃浆液，水泥浆与水玻璃体积比1：0.5，水玻璃浓度35波美度，水玻璃模数为2.4。
4.3.3 三台阶七步开挖
下穿冲沟段采用三台阶七步预留核心土开挖法，每循环开挖进尺控制在一榀钢架的距离（0.7m），开挖采用人工开挖及机械相结合，如遇坚硬岩石采用弱爆破，尽量减少对围岩的扰动。洞身开挖过程中，严格控制开挖断面精度，控制超欠挖，加强对初期支护的监控量测。具体施工方法如下（见图3）：
图3 三台阶七步开挖法示意图
1）施做超前小导管。
2）上部弧形导坑开挖，开挖1部→施作1部周边初期支护（喷混、立架、挂网、锚杆）
3）左、右中台阶开挖：在滞后1一段距离后开挖上台阶核心土6-1段及2、3部（左、右台阶错开3~5米）→施作2、3部初期支护（喷混、立架、挂网、锚杆）
4） 左、右下台阶开挖：在滞后2、3一段距离后，开挖中台阶核心土6-2段及4、5部→施作4、5部边墙初期支护（喷混、立架、挂网、锚杆）
5） 下台阶预留核心土：待4、5部开挖一段距离后开挖下台阶核心土6-3.
6） 隧底开挖：开挖7部，每循环进尺不超过3米一及时施做7部仰拱初期支护（立架、喷混），使初期支护及时封闭成环。
为控制开挖对围岩扰动，采用机械开挖与人工开挖相结合的开挖方式。
5 监控量测
5.1 洞内测点布置
隧道内监控量测点设置间距5米，侧点主要设置在拱顶、拱腰、边墙位置，（见图4）。
图4 洞内监控布置点
5.2 监控周期
在初期支护完成后24小时内及下循环开挖前按照埋设点位埋设监控量测点，监控量测周期为每天2次，待二衬施工通过后控制点每天监测1次并连续监测1周，1周后数据无变化可停止监测，若检测点数据仍有变化则持续监测，并通知监理及设计单位分析原因商讨解决办法。
5.3 监测结果分析
下穿施工从开工至安全通过共用时208天，检测工作持续进行。通过监控数据得知，隧道开挖过程中有明显沉降，初期支护封闭成环后沉降稳定。
6 结语
通过加强超前支护，采用三台阶七步预留核心土机械开挖法施工减少围岩扰动，施工过程中合理安排施工工序，使初期支护尽早封闭成环。在施工过程中严格进行洞内监控量测，通过监控量测数据分析指导现场施工，确保顺利通过下穿冲沟段，在类似隧道施工中具有很好的推广及参考意义。
参考文献
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