关键词：环形开挖预留核心土法 软弱围岩 浅埋隧道 初期支护
摘要：本文通过对深圳盐坝高速公路B段溪涌隧道（三线）洞口浅埋软弱围岩地段成功运用环形开挖预留核心土法的施工方法确定、施工过程控制、变形计算分析及施工效果等方面进行技术总结和评价，以便今后同类工程进行施工方法比选时参考借鉴。 1、工程概况
溪涌隧道为深圳盐坝（盐田---坝岗）高速公路B段的重点控制公程，隧道按分离式双洞即单洞三车道单向行驶断面设计，左、右洞全长分别为
900M（ZK10+470----ZK11+370），955M
（YK10+400----YK10+355），隧道采用单心园拱接园曲墙，最大净宽14.19M，净高7.89M，衬砌结构采用复合式衬砌。
隧道通过的地层为第四系残坡积土、全风化、强风化、弱风化及微风化花岗岩，由于隧址区地形起伏较大，东坡陡，西坡（进口端）较缓，冲沟较多，特别是左洞进口洞顶的冲沟较大，切深约20----30M，冲沟内常年流水。进口端有三条断层，F24断层对左线隧道的影响范围较大，长达150M，里程为AK10+470----+620，该断层属压扭性逆断层，由于受地下水侵蚀，围岩大部分变成全风化岩层，个别地段呈碎块状。隧道进口端埋深较浅，分布有砾质粘性土，全风化花岗岩，属软弱围岩，且左洞因冲沟影响有地下水渗漏。地下水主要为围岩裂
隙水，在断层地段由于裂隙连通性较好，局部漏水量较大。 本隧道具有跨度大，地质条件差（进口端），洞口埋深浅、施工难度大、工期紧等特点。
进口端砾质粘性土、全风化花岗岩物理力学性能指标见下表：
土层物理力学性能指标表
土石 取土深度 (M) 含水 量(W) % 砾质粘 性土 全风化 花岗岩 1.8～2.0 5.8～6.0 6.0～6.20 8.0～8.2 17.8 19.9 17.5 13.4 2.74 2.7 2.71 2.71 0.91 1.036 0.75 0.726 比重 (G) 孔隙 比(e) 饱和度 (Sr) % 53.6 51.9 63.2 50.0 液限 (WL) % 40.2 36.3 37.6 34.6 塑限 (WP) % 21.0 22.4 23.2 20.1 塑性 指数 IP 19.2 13.8 14.4 14.5 液性 指数 IL -0.17 -0.18 -0.4 -0.46 压缩 系数 Mpa-1 0.37 0.74 0.27 0.23 压缩 模量 MPa 5.16 2.75 6.48 7.5 凝聚 力 KPa 18 22 21 20 内摩 擦角 (Φ) 21 22 24 31 2、施工方法的确定
溪涌隧道进口浅埋地段原设计施工方法采用双侧壁导坑法，在实际施工过程中，根据洞口的水文地质条件，将原设计Φ50小导管超前注浆支护变更为Φ89管棚注浆支护，其变更长度为左洞26M，右洞20M，其余Ⅱ类围岩仍采用小导管超前支护。根据地面环境、受力及变形计算分析、施工技术难度、施工安全、工期及经济效益等综合分析论证，决定采用环形开挖预留核心土施工。环形开挖预留核心土法的优点：
（1）施工断面较大：有利于初期支护及使用大型设备施工。 （2）施工难度小：由于工序简单，各部位开挖及初支较容易控制，能采用机械作业，施工难度小。
（3）施工进度快：开挖采用人工配合挖掘机进行，速度加快，装碴全部采用机械进行，由于施工断面大，施工可断面多点同时进行，
不受空间限制，使施工进度加快。
（4）工程造价低：由于取消了临时支护，故节省了资金。 （5）施工安全性较好：上部开挖在超前支护的保护下进行，核心土及下部开挖在拱部初期支护的保护下进行，同时采用短进尺，且设备的利用使开挖进度加快，围岩暴露时间短，松驰变形能得到控制，预留核心土能稳定撑子面，防止坍塌。
（6）初支能尽早封闭：由于工序少，工序间的距离减小，故能尽早使初支封闭成环，发挥支护效应，控制围岩及支护变形。
（7）容易转换工序：由于工序少，无临时支护，故当围岩变化时，容易转换工序。
3、变形受力计算及分析：
为了验证环形开挖预留核心土法各部开挖及初支的受力变形及沉降量是否符合设计及施工规范要求，确保施工安全，采用“有限元法”进行计算分析，计算参数根据设计图提供的岩土力学参数及支护参数选取。
计算结果见图：（分三种情况）
一、弧形开挖初支后二、下部边墙开挖初支后三、仰拱开挖、初支后 计算分析：（从变形及爱力方面分析） 4 施工方法的实施及控制要点 4.1 施工工序流程
环形开挖预留核心土法施工工序流程：在仰坡上放线定出管棚孔位→固定导向架→长管棚施工→套拱施工→环形开挖及初支→核心土开挖→拉槽开挖→左、右边墙马口交错开挖及初支→仰拱交错开挖及初支→仰拱及其回填→拱、墙防水层及二衬。
4.2 施工方法示意图
环形开挖预留核心土法施工方法示意图如下:
①①③②④⑥⑦⑧⑨10-15m10-20m25-40m2-3m3-4m②④⑥⑤⑧⑨③⑥⑤说明：①、超前支护（Ф89长管棚、Ф50小导管）②、弧形开挖③、上部初期支护（钢格栅、系统钢钎、挂网、喷射砼）④、核心土开挖⑤、拉槽开挖⑥、边墙（马口）开挖（左右交错进行）⑦、边墙初期支护（钢格栅、系统锚杆、挂网、喷射砼）⑧、仰拱开挖（左右交错进行）⑨、仰拱初期初支（钢格栅、喷射砼）洞 口 段 开 挖 方 法 示 意 图
4.3施工技术要点及控制措施 （1）仰坡成型及管棚施工作业平台：
为了准确定出管棚位置及钻机工作需要，在洞口边仰坡开挖过程中，应根据使用的钻机型号、工作高度、宽度，结合钻孔位置开挖出管棚施工作业平台，确保钻机顺利就位，同时严格按放样尺寸开挖仰坡，使管棚位置在同一法线上。仰坡开挖后根据地质情况采取必要的支护措施，以防失稳，一般采用土钉网喷砼支护，施工简单、效果也
较为理想。
（2）导向架的固定：在一般情况下，应先施工套拱，在套拱内预埋钢管，作为管棚钻孔定位及导向，而该隧道由于前期业主管理方面的问题，使甲供料、商品砼供应单位迟迟未能确定，故无法进行套拱施工，为了赶进度，将仰坡用喷射砼封闭后，进行管棚定位及安设简易导向架进行管棚钻孔施工。导向架采用型钢及Φ120钢管加工，用锚钉锚入地层中固定，固定前用全钻仪进行准确定位，使孔位、坡度符合设计和规范要求，保证管棚施工质量。 （3）管棚施工：
管棚采用CXD90B型钻机钻孔，钻孔达到设计深度，进行清孔，安装钢管，钢管分节模数4M、6M，管身钻出浆孔，钢管采用套管连接，安装时用钻机顶入。安装钢管时在孔口设止浆套，并用水泥砂浆封闭孔口，以防漏浆。管棚注浆采用水泥浆液，根据地质情况、管棚间距进行注浆参数设计，确定浆液扩散半径，注浆浓度、地层充填率、计算注浆压力及总注浆量。通过计算及现场试验：在管棚环向间距0.5M的情况下，选取的注浆参数如下：
注浆扩散半径：0.4M，注浆压力：1.2—2.0Mpa，水灰比0.5—1.0,注浆量：0.15—0.2M3/M。 （4）套拱施工：
我们知道，开口进洞是隧道施工的难点，特别是浅埋软弱围岩进洞技术及施工控制就显得更加重要，为了将管棚尾部固定，变管棚悬臂受力为棚架式整体受力，阻止围岩松驰变形，确保洞口稳定，我们
采用套拱方案进洞。套拱的内空尺寸与明洞外轮廓尺寸相同，同时考虑一定的预留沉落量，套拱长2M，伸入洞内0.5M，套拱厚度60CM，在拱脚设扩大基础，采用钢筋模筑砼（C25）。管棚尾部与套拱内的钢筋全部焊接，以形成整体结构，抵抗仰坡的水平推力。套拱的施工保证了隧道顺利进洞。 （5）隧道开挖：
为了保证隧道初期支护尽早封闭成环，各部位开挖间距在不相互干扰影响的情况下应尽量缩短。上部环形开挖进尺不超过1.2M(2榀格棚)，开挖后及时进行初喷砼封闭开挖面，接着连续进行锚杆、挂网、钢格栅及复喷砼的作业。上部开挖主要采用挖掘机进行、人工配合开挖面的修整。边墙马口开挖时左、右错开，一次开挖进尺不大于1.8M（3榀格栅），开挖后及时进行初支施工，边墙开挖采用挖掘机、人工配合修壁。仰拱开挖时，为了不终断洞内施工，仍采用左右分段开挖方式，分段长度不超过6M，一次开挖长度1.8M，采用挖掘机开挖，人工清底后及时进行初支施工。 （6）初期支护施工
初期支护作为隧道施工的主要支护体系，是确保施工安全及施工顺利进行的重要手段。初支施工顺序为：初喷砼→系统锚杆→挂网→架立钢格栅→打设锁脚锚杆→复喷砼至设计厚度。
初喷砼厚度4—5CM，其作用是找平封闭岩面，防止围岩应力集中及松驰变形。喷射砼施工时，应连续进行，掌握好风压、水压，以确保喷射砼强度及整体性。锚杆施工时，锚杆眼应通过测量定位，纵
向间距与格棚间距一致，并处于同一法线上，以便锚杆安装后与格栅焊接在一起，形成整体受力结构。锁脚锚杆的作用是防止拱、墙脚初支受力后下沉及内移，故在施工中不能减少。锚杆锚固材料现主要采用锚固剂，锚固剂的使用严格接出厂说明书进行操作，以保证锚杆施工质量。挂网施工时，网片的搭接及与锚杆尾部焊接固定是保证挂网施工的重点，网片固定不牢固，喷射砼时的晃动会影响喷射砼效果。钢格棚施工时，应按设计净空尺寸架立，接头用螺栓连接固定，必要时进行焊接连接，纵向连接筋的间距、焊接严格按设计要求进行，以保证初支的整体性，在特别松软的地层中安装钢格棚时，拱、墙脚应设型钢托梁，以增强整体性及避免不均匀沉降引起初支开裂或变形过大。
（7）仰拱及回填施工
三线公路隧道跨度较大，拱部压力大，初支成环后，由于拱部压力通过初支向下传递，使仰坡中部受力最大，及时进行仰拱二衬及回填施工是改善仰拱受力的主要手段，同时也是保证洞内运输的需要， 故仰拱二衬及回填施工应紧跟仰拱开挖进行。 （8）拱、墙二衬
拱墙二衬采用液压模板台车整体施工，拱墙二衬应与开挖撑子面保持合理的间隔距离，同时应满足围岩及初支变形稳定的要求。 5、现场监控量测情况
监控量测是“新奥法”原理施工的三大要求之一，通过量测，可掌握围岩变化规律及支护结构的力学状态和稳定程度，判断支护参数
及所采用的施工方法是否合理可行。溪涌隧道在施工过程中，主要进行了以下项目的量测：地质及支护状态观察，洞口浅埋段地表下沉，拱顶下沉，周边收敛及锚杆轴力等。量测变位管理等级按Ⅲ级管理，洞口段的允许变位值通过计算及工程类比，确定为12CM，则按Ⅲ级管理的变位控制值为4CM。实测结果为：地表下沉最大沉降量为33MM，拱顶下沉最大沉降量为36MM，净空收敛最大值为15.46MM。实侧值小于变位控制值，说明采用环形开挖预留核心土法是安全的。 6、应用效果评价：
（1）通过理论计算及现场实际应用，在超前支护的保护下，三线大跨度隧道洞口浅埋软弱地段采用环形开挖预留核心土法是安全可靠的。
（2）可实现机械化开挖，加快施工进度：由于开挖断面大，大型设备如挖掘机、装载机可进入作业面，挖掘机在拉槽部位可进行上部开挖，下部全部采用机械开挖、装碴，减少了碴土的倒运，施工效率高，施工进度快，上部开挖进尺1.2M只需16小时，月进尺达到50M，溪涌隧道开挖工期比原计划提前了62天。
（3）减少投入，节省资金：环形开挖预留核心土法最大的特点是取消了临时支护，从而节省了资金，根据统计计算，溪涌隧道进口端左、右洞浅埋段长共46M，原设计采用双侧壁导坑法施工，仅临时支护费节省118万元，经济效益较为显著。
（4）施工难度小、安全性较好： 采用环形开挖预留核心土法施工工序简单，施工空间大，作业环境不受限制，工序间的干扰少，施
工难度小。上、下部开挖作业分别在超前支护及拱部初支的保护下进行，现场量测也较容易进行，施工工序少，施工进度快，可尽早实现初支的封闭，改善初支受力状态，从而保证施工安全。
（5）有利于初支表面质量控制，减少初支表面处理工作量，便于防水板的铺设。
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