浅埋偏压隧道安全进洞施工方法

1.前  言

铁路施工中，结合我单位多年来隧道施工方面的经验，我们进一步优化了进洞施工方案和工艺流程，精心细化施工组织、人员配备及设备装置、材料供应等。在进洞段施工中严格按照方案、流程和工艺标准实施，统筹考虑，注重排水和地质灾害，全面推进标准化施工管理。简单而言就是 “早进晚出，优化设计，排水减压，加强量测，及早衬砌”。

2.工法特点

2.1 便于洞口开挖和洞身开挖工序转换，能尽快形成施工能力，有效缩短进洞时间。

2.2 先护后挖，开挖范围小，有利于洞口段的稳定，进洞安全有可靠的保证。

2.3 工程的防护和生态恢复工作量小，易形成“自然式”边坡，使隧道工程和大自然更加和谐。

2.4 为台车的加工、安装有效地提供时间和场地，大幅度减少施工干扰。 

3.适用范围

本工法适用于洞口地质差、埋深浅、对自然景观和生态环境要求高的软质围岩隧道进洞施工。

4.工艺原理

浅埋偏压隧道“零扰动绿色进洞”开挖进洞方法主要是指在不破坏山体边坡稳定的前提下，根据洞口处山体的地形地貌，确定最小刷坡线或尽量不刷坡，在不开挖山坡脚土体的前提下，洞口范围两侧开槽，在槽内施作工字钢拱架并浇筑砼，作为临时衬砌支护，创造进洞条件来保证安全快速进洞施工的一种方法。

浅埋偏压隧道“零扰动绿色进洞”开挖进洞方法与传统的大刷坡进洞在洞口应力上有很大的区别，与传统方法相比，纵向土压力大大减小，但同时洞口浅埋段增加了，对浅埋段的处理是此工法的关键因素之一。该工法的隧道洞口巩固采用分层、分段、自下而上、边防护边开挖的施工原则。以先墙后拱的顺序开挖和施工临时衬砌支护，仰拱容易及早形成和快速封闭，大大缩短了洞口段临时衬砌支护的成环周期，在临时衬砌支护闭合成环条件的防护下进洞施工。

5.施工操作要点及工艺流程

5.1 施工操作要点：

针对浅埋偏压隧道施工，一是开挖边、仰坡。采用机械开挖与人工修坡相配合的方法进行施工，根据设计，在边仰坡刷坡施工中，卸载侧压土，缓解侧压力，但要尽可能的减少大面积扰动，开挖中要尽可能的保护原有植被，以达到“绿色”进洞的目标；

二是做好洞顶及两侧防排水系统，以防止地表水下渗，危害洞口安全，并对坡面进行挂网喷混凝土防护；

三是施工超前大管棚，并注浆加固，形成承载环，保障开挖面围岩稳定；根据地质情况，可辅助地表锚杆、管棚、超前小导管、注浆加固围岩施工；

四是进洞前在洞顶、边坡顶部布置变形观测点，加强监控量测，及时整理数据，及时调整施工参数。

5.2 施工工艺流程

浅埋偏压隧道进洞施工工艺流程：

洞身开挖

5.3 施工步骤

根据隧道洞口的地形、地质情况，制定科学合理的进洞方案，是实现隧道安全进洞的先决条件。 

5.3.1 测量放样

根据隧道洞口的设计结构形式、洞口的地形标高和自然坡度详细计算出洞口最小开挖边仰坡边线的坐标和各桩中心坐标。利用隧道控制导线与以上计算坐标的相对关系，使用全站仪在地面上确定出边仰坡最小刷坡轮廓线，并以此控制洞口边仰坡的开挖，多数情况下，边仰坡开挖为修整清表和开挖小型平台等工作，可采用人工开挖，避免机械施工对洞口的扰动。在洞口开挖前按设计要求做好洞顶截水沟和地表防排水系统。

5.3.2 临时衬砌边墙拉槽

施工中视地形、地貌、地质情况可采用拉槽或挖井的形式开挖临时支护衬砌的两侧边墙部位。开挖过程中，尽量保留两边墙间的山体（核心土）不受破环，以维持洞口山体稳定和下步采用台阶等方法进洞时利于形成开挖工作面。边墙部位采用挖掘机对称向山体推进拉槽，每边墙开挖宽度2m～4m，对失稳的坑壁采用顶撑、挂网锚喷、护壁等适当的防护，对石质边坡可采用风镐或挖掘机辅以预裂爆破分层开挖。基底埋置深度一般应不小于1m，若埋深不满足或地基承载力小于隧道设计仰拱地基承载力时，可采取加深基础、夯实换填、锚固和注浆等措施处理。

5.3.3 钢拱架架立

按照设计在现场制做并拼装钢拱架，钢拱架应准确定位，确保钢架及支护临时支撑砼不侵入隧道二衬衬砌限界，保证隧道二衬厚度满足设计要求。钢拱架架立过程中要避免钢架发生扭曲和偏斜，每两榀钢拱架架设完后，按照设计要求焊接纵向钢筋固定钢架，保证其稳定及整体受力，辅以锁脚锚杆将钢拱架固定。

5.3.4 边墙支模和浇筑砼

边墙的内外模可采用组合钢模板等材料现场拼装固定。钢拱架下内模板可采用扇形支撑于核心土上；外模支撑于外层山体边坡上（若地质允许，外层山体边坡可选择尽量大的坡度，以外山体做为外模板）；挡头模内用φ8钢筋焊接在钢架上固定，外用φ50钢管斜支撑于地面。边墙浇筑砼时，视现场实际情况，采用浇筑至起拱线位置或连同拱部一起浇筑的方式。一次浇筑时需将工字钢拱架一次成型，分次浇筑时要预留出拱部钢拱架的拱脚和边墙钢拱架连接钢板，并在砼接茬处设置接茬钢筋。如果一个浇筑段长度不能将全部套拱完成，则需预留连接钢筋。

5.3.5 拱部施工

拱部按设计先施工超前支护与拱部工字钢拱架（至少1榀）焊接牢固，若为大管棚支护则先需在钢架上定出导向管的位置，然后将导向管焊接在工字钢上。拱部超前支护和工字钢拱架施工完毕后，浇筑临时衬砌拱部砼，拱部要考虑预留一定的沉降量。

5.3.6 洞内段护拱施工

待护拱（临时衬砌支护）初期达到一定强度后拆模，在护拱的保护下采用三台阶法或其它设计施工方法进洞。护拱长度一般为2m～5m，砼厚度为40cm～60cm。若由于山形、部分拱部未施做。进洞后继续施做2m～3m护拱。下导拉开后及时将拱部钢拱架接下来，施工洞内护拱的边墙后及时开挖仰拱并尽早封闭成环。施工隧道二次衬砌前，在护拱上铺设防水材料。

5.3.7 洞口段二次衬砌施工

在进入正洞一定距离（视地质情况），洞内施工正常，工序调整到位后，从加强洞口稳定和工程实际需要出发，可组织洞口段二次衬砌和洞门的施做，洞门可采取和洞内施工平行作业的方式，雨季前完成。洞门砼与洞身衬砌用同级混凝土整体浇筑；洞口边仰坡与衬砌外缘相交处填塞密实。表层覆土植草绿化处理。

5.3.8 监控量测

监控量测是隧道施工管理中的一个重要环节。其对隧道进洞过程中洞口段围岩支护体系的稳定性状态进行监控，是确保进洞施工及结构安全、指导施工顺序、便利施工管理的重要手段。施工过程中主要进行洞外观测、地表下沉、周边收敛、周边位移、拱顶下沉等量测工作，严格按照规范及设计要求的频次进行观察并将数据及时处理，按相应的管理等级进行施工管理。

6. 施工人员及机具配备

6.1 施工人员配置

单作业面施工一般需要45人，施工人员应先培训合格后上岗，人员配备和调整应按照不同工种特点配足配齐，并保持相对稳定。

施工人员配置

施工机械设备应按照隧道实施性施工组织设计要求进行配置，应尽量配备污染低、能耗小、效率高的设备和机具。

施工设备和机具配备

  7.1 工程质量控制标准

7.1.1  本工法严格遵守现行的隧道施工技术规范及验收标准。

7.1.2  开挖、钢架和模板安装施工允许偏差按照规范规定执行。

7.1.3  超前支护施工允许偏差按照规范规定执行。

7.2 工程质量保证措施

7.2.1  严格执行原材料进场检测制度。从源头上杜绝质量隐患，砼施工中对各种原材严格计量，控制坍落度损失，严禁现场随意加水，确保砼的密实度和抗裂性，配合比必须经过试验研究、科学比选确定。浇筑砼过程中应左右对称浇筑。坚持“用试验、测量数据指导施工”的原则。

7.2.2  根据地质情况，确定足够的预留变形量，确保二次衬砌施工质量和结构尺寸满足设计要求。控制进尺、仰拱及时封闭。

7.2.3  保证钢结构的加工精度，焊点（缝）强度严格控制，在加工厂统一加工经检验合格后运至施工现场。

7.2.4  开挖支护、立模严格按照设计交底执行，防止临时衬砌砼侵入隧道二次衬砌限界。

7.2.5  严格监控操作管理制度，加强施工沉降、边坡变形的观测和评估。

8.安全措施

8.1 各种爆破、量测人员、专职安全人员等特种作业人员必须经过专业培训并取得证书持证上岗。

8.2 建立完善安全管理，加强全员安全意识教育。

8.3 加强机械保养维修，降低机械噪声及废气排放，改善作用环境。

8.4对洞口施工过程进行全过程监控。尤其要作好围岩监控量测工作，预防洞口塌方。二次衬砌按适时衬砌的原则进行，根据围岩量测资料，在围岩和初期支护变形趋于稳定后进行。在围岩变形速率较大无法稳定地段采用加强初期支护，对衬砌砼配筋等方法来保证施工与隧道支护体系结构安全。

8.5 编制应急预案，明确抢险具体措施并进行应急演练。

8.6 建立安全生产责任制，细化考核办法，坚持日常检查，定期考核，严格奖罚，及时兑现，消灭隐患，堵塞漏洞。

9.环保措施

9.1 建立专职的环境保护管理组织机构，健全环境保护管理体系，强化环保管理，广泛宣传教育，提高思想认识，增强环保意识。

9.2 坚持环境保护工作“三同时”的原则，与设计、施工统筹规划、同步运作。

9.3 精心保护原有植被，对合同规定的施工限界内的植物、草皮、树木等做到尽力维护原状，严禁超范围砍伐。必要时采取迁移保护，工程完工后及时恢复。

9.4 拌合站设过滤、沉淀池，废料集中弃于指定弃碴场。施工废水、废油，采用隔油池过滤等有效措施加以处理，不超标排放，污染周围水环境。

9.5 在运输水泥、砂石料等易飞扬物料时采用篷布覆盖严密，并控制装载量适中。配备专用洒水车，对施工现场和运输道路经常进行洒水湿润，减少扬尘。

9.6 机械车辆途经施工生活营地或居住场所时应减速慢行，禁止鸣笛。合理安排施工作业时间，尽量降低夜间车辆出入频率，夜间施工不得安排噪音很大的机械。

9.7开工前与地方环保等相关部门相互了解，加强联系，理顺与其它接口单位的关系，并积极配合接口单位环保、水保方案的实施，为其提供合格的重点工程。

9.8建立“三级”检查落实制度，即领导层抓全面，管理层抓重点，实施层抓具体落实。内部建立“包保责任制”，运用行政和经济手段，加强环保工作的落实。

9.9实行“环保否决制”，即施工作业活动不符合环保要求的项目不得开工，具有强制否决权。

10.效益分析

10.1 经济效益

10.1.1 先支护后开挖进洞更安全，开挖范围最小，洞口工程的防护工作量和生态恢复工作量最小，同时使工程投资大幅减小。

10.1.2 开挖与原山体过渡流畅，极大的避免洞口大面积开挖而诱发的顺层、牵引滑坡、仰坡塌方、堆积体复活等地质灾害，大量节省了日后的治疗费用，大幅度降低建成后因地质原因引起运营安全事故的风险问题。

10.1.3 进洞周期短、工期转换快。一般较传统的套拱法可提前15～20天进洞，形成开挖能力，工期效益良好。

10.1.4 以贵广铁路田坝岭隧道出口为例，与传统进洞方法施工经济效益分析对比数据见下表：

随着国民经济和社会的发展，人民生活水平和环境意识的提高，环境保护成为备受关注的事情，浅埋隧道开挖进洞施工方法恰恰是以保护生态环境为前提的，是将隧道洞口施工对自然环境的破坏减到最小。并尽力创造隧道洞口及其它构造物与环境的协调发展。因此，该方法有广阔的应用前景和极大的发展潜力。

10.3 生态效益

随着洞口周围原生态植被得到最大限度的保护，生态效益显著，尤其是在自然风景区，减少植被破坏、避免水土流失至关重要。