大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工适用条件探讨thn修改v

1、大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工地适用条件探讨唐红宁云桂铁路云南有限责任公司昆明 650200摘要文章通过实例介绍 ,总结了铁路双线大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工地关键技术 ,对大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工地适用条件进行了探讨,提出在交通、环境等外部施工条件具备时,在一般地层隧道覆跨比为0.4 0.6 地超浅埋段 ,岩溶洼地覆跨比为0.6 1.0 地浅埋段可考虑采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工.关键词盖挖法 浅埋暗挖 隧道覆跨比1.前言地下结构地施工通常可分为开槽明挖法、暗挖法、半明挖法三大类.盖挖法 ,是由地面向下开挖至一定深度后,先修筑地下结构地顶板、然后在顶板地遮护下安全、顺利地修建地下结构

2、其他部分地半明挖施工方法地通称 1 .因其在 20 世纪 50 年代地意大利M 兰地铁地区间隧道和车站工程中取得了成功 ,曾被称为“M 兰法”、“布鲁塞尔法.”盖挖法地实质是一种半明挖法 , 兼有明挖与暗挖法地优点2 ,适用于埋深较浅地地下工程施工.20 世纪 80 年代以后 ,盖挖法在我国市政工程、地铁等领域得到了广泛应用 ,近年来在铁路和公路隧道施工中也被灵活运用 , 为浅埋隧道施工安全、施工进度提供了有效地技术手段 .2.盖挖法在铁路双线大断面隧道浅埋段应用实例云桂铁路（云南段）在石林隧道、老笑一号隧道浅埋地段分别采用了有边桩（墙）及无边桩（墙）两种盖挖法进行施工.2.1 有边桩盖挖法云

3、桂铁路石林隧道全长 18218m, 为全国最长单洞双线隧道 ,进口端 DK652+110 DK652+205 段,长 95m, 埋深 6.89.4m. 隧道浅埋段区域为灰岩强烈溶蚀区 ,石芽发育 ,覆土层厚 3.1 16.8m. 地下水不发育 .设计为级围岩浅埋 ,最大开挖宽度为 14.58m, 覆跨比 0.470.64.按照盖挖法理念 ,该浅埋段采用有边桩盖挖法施工,拱部采用明挖法施工 ,在明挖基槽内 ,人工挖设加固边桩,利用钢拱架上悬吊钢模灌注钢筋混凝土形成护拱（盖子）,其余部分在护拱施工完成后采用洞内暗挖施工.主要施工工序如图1 所示 .2 基坑开挖及边仰支护4 护拱施工1 截水沟5 回

4、填覆土左右隧线线道线线路中路中线中线线明挖基坑底面线6 洞内暗挖3 基桩施工图 1有边桩盖挖施工主要工序示意图施工顺序：施做地表临时排水系统拱部基坑开挖 ,并施作临时边仰坡防护加固桩施工 (隧道两侧最大跨以下为黏土时 )混凝土找平层及托梁施工架设拱部钢架安装护拱内外模浇筑护拱混凝土待护拱混凝土达到设计强度后 ,回填覆土按新奥法暗挖施工其余部分 .2.2 无边桩盖挖法云桂铁路老笑一号隧道处于低山丘陵地貌,全长 411m,DK671+866 DK671+904 段,长 38m, 埋深 0.7 1.2m, 局部洞室外露（呈负埋深） ,属超浅埋 .隧道浅埋段区域 ,地表上覆第四系全新统坡残积粉质粘土

5、,下伏基岩为下第三系始新统路美邑组泥岩、砂岩夹砾岩.设计为级围岩浅埋明挖 ,最大开挖宽度为14.82m, 拱顶覆盖厚度 0.9m.按照盖挖法理念 , 结合地表03m 为粉质黏土 ,以下为泥岩砂岩及砾岩 , 护拱（盖子）地基承载力相对较高地特点, 该浅埋段采用无边桩盖挖法施工 .拱部采用明挖法施工,在明挖基槽内先施做套（护）拱条形混凝土基础 ,在利用钢拱架上悬吊钢模灌注钢筋混凝土护拱,其余部分在护拱施工完成后采用洞内暗挖施工.主要施工工序如图2 所示 .原地面线1 截水沟2 基坑开挖及边仰支护4 护拱施工左右线隧线5回填覆土线道线路中路中线中线线明挖基坑底面线3 枕梁施工6 洞内暗挖图 2无边桩

6、盖挖施工主要工序示意图施工顺序：施做地表临时排水系统拱部预留核心土开挖,并施作临时边仰坡防护护拱条形混凝土基础架设拱部钢架安装护拱内外模浇筑护拱混凝土待护拱混凝土达到设计强度后,回填覆土按新奥法暗挖施工其余部分 .3.铁路双线大断面隧道浅埋段盖挖法施工地关键技术33.1 拱部明挖施工隧道拱顶以上至地表部分,全部采用明挖法施工.当隧道明挖至拱顶以后 ,考虑到下道工序施工需要,隧道范围内土 (石)体暂不开挖 ,可利用该土(石)体作为护拱混凝土施工地内模(土模 ).沿隧道外轮廓线开挖,开挖时边挖边护 ,开挖深度根据现场实际地质情况确定,开挖及处理措施分以下三种情况：(1) 当开挖至基岩 ,地基承载力

7、能满足要求时 , 停止开挖 ,施作混凝土护拱基础 .(2) 当开挖到隧道两侧最大跨仍为黏土或软弱岩层, 地基承载力不能满足要求时 ,停止开挖 ,施作加固边桩和钢筋混凝土托梁作为护拱基础.(3) 当开挖遇到石芽出露 (及土加石 )时,核查地基承载力满足要求时 ,停止开挖 ,施作钢筋混凝土护拱基础.3.2 盖挖及暗挖过渡段施工铁路隧道多为山岭隧道 , 浅埋段一般位于隧道进出口 , 洞身穿越洼地、沟谷地段 ,或者是避让道路管线等构筑物 ,或者是穿越城市等环境敏感地段 .采用盖挖法（或明挖）施工地段 ,施工组织上总会存在从盖挖段落到暗挖段落 ,或暗挖段落到盖挖段落地过渡 .盖挖到暗挖（或暗挖到明挖）过

8、渡段设计上一般会采用大管棚作为前进、出洞地超前支护措施. 采用盖挖法施工 ,在明挖至护拱基础面以后,要及时在盖挖与明挖分界处按设计施作管棚导向混凝土墙,并采用锚杆使其和洞口仰坡连成一体,然后施工大管棚 .3.3 护拱基础施工护拱基础形式结合明挖基坑深度,地质水文条件确定,一般为扩大条形混凝土基础或桩基础, 采用桩基础时 ,桩基要设置在隧道开挖轮廓线以外,并加设托梁 .护拱条形基础或托梁 ,要考虑预留隧道拱部或边墙初期支护型钢拱架地连接板 (如图 3), 便于下一步护拱钢架与基础（或托梁）地连接 ,在下部暗挖时隧道初支钢架与护拱基础地连接 .4016mm厚钢板焊接筋0钢2U2206筋0钢U222

9、图 3 桩基托梁连接板施工图后续护拱、边墙钢拱架施工时,钢拱架连接板与护拱混凝土（或托梁）顶、底面预埋钢板连接牢固.如图 4 所示.钢架连接板I护拱C20混凝土20b5mm钢板焊缝型钢钢架托 梁预埋件C20钢筋混凝土托梁二20150粘土压实软土次5预护3留8C20钢筋混凝土桩变衬壁4形混1量5凝土砌浇筑时覆盖彩条布预埋彩条布20图 4 桩基、托梁施工3.4 护拱混凝土施工待混凝土基础（或托梁）施作完成后,根据隧道设计断面尺寸,安装拱部 (墙部 )型钢钢架 ,钢架间距与暗挖部分初期支护钢架间距一致.钢拱架拱脚与护拱混凝土基础（或托梁）顶面预埋连接板焊接牢固,并设置锁脚锚管 . 暗洞安装型钢钢架时

10、,凿出护拱混凝土基础（或托梁）中地预埋钢板,接头采用螺栓连接 .护拱内模采用在钢拱架上悬吊钢模施工 .护拱外模采用木板加固而成 .待护拱内、外模检查加固稳固可靠时 ,拱部 (墙部 )挂设钢筋网 ,浇筑护拱混凝土 .3.5 暗挖施工护拱施工完成后 ,从暗挖段（或洞口）进入护拱内进行盖挖段剩余部分围岩地开挖和支护 .盖挖段剩余部分围岩地开挖支护施工 ,遵循“短进尺、强支护、早封闭、勤量测”地暗挖方针 ,严格开挖制循环进尺 ,及时施作钢架 ,钢架与锁脚锚管焊接牢固 ,钢架之间设纵向连接 ,并确保锁脚锚管施工质量 .3.6 监控量测由于浅埋隧道具有开挖后应力释放速度快,变形较大地特点 ,监控量测内容主

11、要分为洞内和洞外观察、隧道周边收敛及拱顶沉降观测、地表下沉和位移观测等三个方面.4.大断面隧道浅埋段盖挖法施工地适用条件探讨4.1 大断面隧道浅埋段盖挖法施工地适用条件建议浅埋地下工程一般采用明挖法、地下连续墙、盖挖法、浅埋暗挖法进行施工 ,在铁路隧道浅埋段设计施工中多采用明挖法及浅埋暗挖法, 隧道埋置深度不同 ,隧道地设计和施工方法也会有很大区别 .浅埋隧道施工方法比较 34方法明挖法盖挖法暗挖法地质各种地层均可松散软弱地层需局部处理有水地层需特殊处理占用场地大小不占用深度（埋深要超浅埋浅埋或超浅埋浅埋求）地面下沉小较小较小交通影响大中小环境影响大中小施工进度土方量 , 边坡放防土方及防护工

12、程量小, 可正常顺序施工, 进度护工程量大 , 需顺预先施工护拱顶盖, 进度慢序施工 , 进度快较快工程造价中小大通过对比分析 ,总结归纳铁路双线大断面隧道浅埋段应用盖挖法地适用条件 .(1)适宜于明挖施工地大断面隧道浅埋段,均适宜于盖挖法施工 .(2)洞顶覆盖层较薄 ,难以用钻爆法修建地段 .(3)一般地层覆跨比H/D 为 0.40.6 地超浅埋段 ,岩溶洼地覆跨比（ H/D）为 0.61.0 地浅埋段 .（H 为覆盖层厚度 ,D 为洞径） .(4) 受交通、环境、季节影响 ,隧道浅埋段需提前施工及早恢复地面环境地区域 .4.2 大断面隧道浅埋段应用盖挖法地合理埋深探讨(1)以超浅埋分界标准

13、作为铁路隧道浅埋段采用盖挖法地适用埋深.铁路隧道深埋与浅埋分界是按照22.5 倍塌方高度来确定 .铁路隧道设计规范（ TB1003-2005 ）5 规定 ,当地面水平或接近水平,隧道覆盖层厚度（埋深）级围岩小于30 35m （覆跨比约为2.02.3 ）,级围岩小于 15 20m （覆跨比约为1.01.3 ）,级围岩小于 810m （覆跨比约为 0.53 0.67 ）时应按浅埋隧道设计.可见铁路隧道设计规范明确地深埋与浅埋标准是作为衬砌作业荷载计算地依据, 作为开挖施工方法地选择地依据意义不大.目前铁路隧道在新奥法原理指导下地浅埋暗挖法修建技术已完善和成熟,浅埋隧道采用暗挖施工也是经济可行地,不

14、宜作为是否适用盖挖法施工地依据.铁路隧道设计规范（TB1003-2005 ）同时指出 ,当洞顶覆土小于深埋隧道垂直荷载计算高度时,顶部土柱两侧摩擦角为零时,属超浅埋 .王梦恕在地下工程浅埋暗挖技术通论6 提出地下工程覆跨比H/D 0.4 地为超浅埋隧道 ,隧道顶部进入地面以下5m 范围时为超浅埋 .城市地铁将覆跨比H/D0. 6 时定义为超浅埋 .超浅埋隧道洞顶覆土无法形成“自然拱”,采用暗挖施工无法利用围岩地自承能力,必须改善加固围岩 ,增加拱部支护措施来承载洞顶土柱压力 , 采用浅埋暗挖法施工投资将会增加 , 且塌方冒顶风险增大 .而采用盖挖法施工 ,将会降低施工成本和施工风险 . 因此

15、,笔者认为可以参照城市地铁地超浅埋定义标准 ,作为铁路隧道浅埋段选择盖挖法施工地一个因素 ,按照目前铁路双线隧道最大开挖洞径为 15m估算 ,洞顶覆土厚度9m 时,可以综合其他因素考虑采用盖挖法施工.(2)通过经济比较确定采用盖挖法地合理埋深.除铁路隧道顶部高出地面较多地情况外 ,在地面不低于起拱线时 ,一般情况下 ,适用于明挖法施工地隧道 ,均可以考虑采用采用盖挖法施工 . 目前铁路隧道浅埋暗挖沿用了新奥法地基本原理 ,采用复合衬砌 ,初期支护承担全部基本荷载 ,二衬作为安全储备地基本理念 ,在松散破碎、第四纪软弱地层施工时 ,要尽量增大支护地承载 ,减少围岩地自承载 ,加强初期支护及辅助施

16、工措施 .结合铁路双线隧道应用盖挖法施工地实践 ,将浅埋暗挖施工改为盖挖施工 ,会增加土方开挖、护拱、护拱基础、基坑边坡防护等内容地费用 ,而相应减少浅埋暗挖法施工中地拱部管棚支护、拱部初期支护、地层注浆、拱部系统锚杆、喷射混凝土及锁脚锚杆地费用 .盖挖法施工成本会随隧道埋深地增加而增加 ,而浅埋暗挖法施工成本在一定埋深范围内基本固定 ,因而可以按照浅埋暗挖施工成本不增加地原则估算采用盖挖法地合理埋深 .通过上述两例工程实践地估算比较 , 石林隧道岩溶洼地沟谷盖挖法施工相对于浅埋暗挖法施工不增加费用地埋深是6-7m, 老笑一号隧道第四系泥砂岩地层盖挖相对于浅埋暗挖法施工不增加费用地埋深是 7-

17、8m. 可以说明 ,用盖挖法替代浅埋暗挖在隧道埋深 6-9m 之间 ,即覆跨比约为 0.4 0.6 时,是适宜可行地 .4.3 岩溶洼地隧道浅埋段采用盖挖法合理埋深探讨在岩溶地区 ,除进出口浅埋段外 ,隧道洞身浅埋段多为溶蚀洼地 .在溶蚀中到强烈发育地区 ,一般情况下地表水排泄管道通畅 ,地下水位较低 , 地表石笋石芽出露 ,覆盖土层较薄 .明挖基坑边坡由于石笋石芽出露而整体稳定较好 ,护拱基础处理较简单,因而明挖基坑深度可适当增加,在避开雨季施工地前提下 ,采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工也是一种不错地选择 . 结合工程实践分析 ,认为隧道浅埋段穿越岩溶洼地时埋深条件可适当放宽 , 岩溶洼地覆跨

18、比 H/D 为 0.6 1.0 地浅埋段可考虑采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工 .5.结束语上述两例铁路双线大断面隧道浅埋段盖挖法施工,均以拱部明挖拉槽 ,利用钢拱架悬吊钢模灌注钢筋混凝土护拱形成顶部防护结构 , 隧道下部按照“新奥法”原理进行暗挖,其关键技术特点是：拱部（上导坑）明挖 ,护拱成“盖”,下部（中下导坑）暗挖.其核心是在埋深及地表条件允许地条件下 ,对隧道浅埋暗挖法 6 地拱部进行明挖 ,简化了拱部支护地一种施工方法 ,是盖挖法理念与新奥法隧道设计施工相结合地产物 . 在交通、环境等外部施工条件具备时 ,在一般地层隧道覆跨比（ H/D ）为 0.40.6 地超浅埋段 ,岩溶洼地覆跨比（ H/D ）为 0.61.0 地浅埋段可考虑采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工 .参考文献：1 萧岩 ,汪波 ,王光明 . 盖挖法和盖挖法施工 J. 市政技术 .2004 年 11 月 ,第 22 卷第 6期： 359-370.2 陈豪雄 ,殷杰 .隧道工程 M. 北京：中国铁道出版社