引言
目前国内山岭隧道超浅埋偏压段传统施工技术方法一般为防推移抗滑桩、反压回填、地表预加固注浆及二次衬砌紧跟等施工措施。本项目地处中东欧地区，由于受国内外设计施工理念不同的影响，欧洲高速公路隧道设计理念提倡初期支护受力，二衬不受力或少受力，欧洲规范要求二衬施工的必要条件为洞内月累计变形值必须满足不大于4mm，采用国内传统的施工工艺难以满足当前施工环境、施工安全、质量、环保、进度等要求。该文的目的就是在保证安全和工期的前提下，研究一种施工方法确保隧道浅埋偏压段初期支护体系快速形成且受力体系平衡。
1 工程概况
1.1 工程规模
Pajkov vir隧道为黑山南北高速公路项目第四标段的隧道之一，地处黑山共和国北部山区，为分离式双向四车道公路隧道，其中左线起讫里程LK34+920-LK35+285（365m），右线起讫里程RK35+085-RK35+290（205m），断面面积81.95 -98.83m2。
1.2 工程地质条件
根据设计文件，隧道以IV、V级围岩为主(按RMR法划分)，隧道围岩主要由白垩-古近系复理岩沉积体组成（主要岩性为砾岩、角砾岩、砂岩、粉砂岩及粉质粘土），薄层状结构，频繁互层，强风化、节理发育破碎，层理构造，遇水具有泥化现象。地表植被茂密，局部树干直径达20cm。
图1 Pajkov vir隧道超浅埋偏压段地质纵断面
1.3 水文条件
施工区域位于黑山北部山区，每年10月至次年4月为冬雨季，年降雨量达1600mm。隧道岩性破碎透水性强，线路所经山体地表沟谷较多，易积水、渗水。根据设计水文资料显示，大部分地段的渗水量达100L/min,局部达350L/min，拟建隧道将会受地表渗水压力影响。隧道超浅埋段施工时间为10月底，正处雨季期间，增加施工难度。
1.4 超浅埋偏压段特征
暗挖施工前期，结合图纸会审及现场踏勘发现此隧道出口右线进洞40m后开始在沟谷下方穿过，出现长度为20m的超浅埋偏压段，经现场实际地形测量此段最小覆盖层厚度为1.5m，最大覆盖层厚度7.3m，地表倾角在30°至45°范围，隧道最大开挖宽度约12.3m，最大开挖高度约8.6m，覆跨比(H/D)0.59。一般认为当隧道覆跨比小于0.6时为超浅埋隧道。该段是典型的超浅埋隧道，受偏压影响隧道开挖后围岩难以自稳，不能有效发挥拱效应作用。超浅埋典型横断面见图2。
图2 RK35+205-RK35+225横断面图（单位：m）
2 超浅埋偏压段支护方案
2.1 FEM建模受力分析
初期支护设计受力计算分析使用Geo-Studio有限元软件，考虑了隧道开挖过程中山体侧压力及孔隙水压力等对临空面产生的极限影响，通过模拟超浅埋偏压段典型断面开挖后受力体系的平衡条件，得到隧道初期支护过程中的动态应力分布情况，从而进行支护参数的设计验算。有限元断面模型见图3、图4、图5。
主要采用极限平衡法进行隧道围岩的稳定性分析，该方法首先利用有限元分析获得应力分布情况，计算由SLOPE/W和SIGMA/W模块运行，由每个单元的应力，求出每块岩体的滑移力和抗滑力并计算的出相应支护支护参数。
图3 断面RK35+210有限元模型
图4 断面RK35+215有限元模型
图5 断面RK35+220有限元模型
2.2支护参数
根据有限元受力分析计算，并结合新奥法设计理念，得出柔性支护体系设计的主要参数如下（支护参数典型断面图见图6）：
（1）拱架：115-30-36三肢格栅拱架，拱架间距按满足超前小导管施工的最小间距0.6m。
图6 设计支护断面图
（2）钢筋网片：Q335，Φ8mm，网格尺寸15cm×15cm,双层布设。
（3）喷混：湿喷MMB30混凝土，分为初喷、二次喷射及终喷，厚度30cm。
（4）超前支护：双层超前小导管，Φ48.3mm壁厚4mm，长3m和5m交替布设。
（5）锚杆：径向系统锚杆，根据埋深2.5-9m长，分别为SN砂浆锚杆Φ25mm（长2.5m、4m、5m、6m），IBO自进式锚杆Φ32mm,长9m。根据埋深情况，在锚杆长度大于埋深时则相应缩短锚杆以确保锚杆不露出地面，避免形成地表水渗流通道。
（6）临时仰拱：在上下台阶交叉处设置，HE220A型钢。
3 施工关键技术及控制原则
3.1 具体施工关键技术
以超浅埋偏压段首开的2个循环开挖支护施工过程进行说明，具体如下：
（1）超前支护：开挖前在上一榀拱架处施工第一层5m长超前小导管，之后随着施工的继续进行隔榀施工第二层3m长超前小导管。小导管注浆水灰比为1:（0.5-0.8），注浆压力宜控制在0.5～1.0MPa，终压控制在1 MPa，持续10-20 s后注浆停止。注浆后及时封闭注浆孔，避免漏浆。
图7 双层小导管施工示意图
（2）开挖：上下短台阶开挖施工，为避免爆破引起的震动，采用悬臂掘进机进行隧道开挖，上台阶每循环进尺最大为0.6m，并预留3m长核心土 体，核心土高度及宽度以满足作业平台最小作业空间为宜；下台阶开挖在滞后上台阶3m-5m后开始，每次开挖1-2榀拱架间距，左右交替错开开挖，错开至少4-5m距离；仰拱开挖滞后下台阶3m-5m进行，每次开挖最多3榀拱架距离。
（3）挂网、立架使用旋转伸缩作业平台，钢筋网片在初喷混凝土后铺挂，且保护层厚度不得小于3cm；安装拱架时在拱脚处设置纵向槽钢或铺垫钢板（钢板尺寸0.5m×0.5m，厚度12mm），以增大拱脚受力面积，严格控制拱架间距。
（4）锁脚锚杆施工：在上台阶拱架安装完成后施工锁脚锚杆，高于上台阶底部0.6m处拱架两侧各设置2根，俯角65°为宜，采用Φ25mm长3.5m砂浆锚杆，尾部弯曲90°并与拱架焊接牢固。
（5）终喷完成后施工径向锚杆，采用双臂凿岩台车钻孔，开挖每完成2个循环施工一次。施工中注意控制砂浆配合比，锚杆安装完成后8-12h内安装锚垫板、拧紧螺栓，安装8小时后必须及时安装垫片，螺栓扭矩大于20KNM。
3.2 主要机械配置
本文采用的方法其中一个关键环节就是充分利用机械化施工，主要机械见表1：
表1 超浅埋隧道施工主要机械设备表
3.3 主要控制原则
（1）按照“管超前、严注浆、短进尺、少扰动、强支护、快封闭、先预报、勤量测、速反馈”的施工原则。
（2）采用短台阶法，作业面紧凑布置，施工衔接紧密，保证支护体系尽快成环，形成支护能力，安全快速通过超浅埋偏压段。
（3）控制开挖施工中左右线掌子面至少错开40m距离。
（4）冬雨季施工前做好边仰坡及地表防排水。
（5）采用机械开挖方法，避免爆破引起的震动。
4 施工方法特点
（1）基于地表预注浆加固受地势地形限制，需要投入大量机械及人工费用，且隧道覆盖层埋深较浅主要为泥岩，需要使用特殊的注浆材料，超前双层小导管的应用，成功控制了地表塌陷，保证隧道开挖安全。
（2）科学合理使用有限元受力分析，结合新奥法设计施工，达到围岩受力均匀的效果，提高了施工质量。
（3）机械化配套施工，实现安全快速通过超浅埋偏压段地层，机械化利用率高，快速完成隧道初期支护整体受力体系的形成，降低隧道施工风险，缩短隧道施工循环作业时间，工效提高，确保工程按进度完成。
（4）减少地表注浆环节，避免因地表和欧洲便道征地程序繁杂且漫长引起的停工窝工。
5 结论
通过对该隧道超浅埋偏压段的前期设计到施工结束的全过程管理，深刻体会到欧洲隧道设计施工理念与国内的差异，设计中充分考虑了新奥法中围岩的自稳能力及网锚喷柔性支护手段的结合，施工采用机械化配套，得出一种快速穿越不良地层的施工方法，经实践验证了此施工方法的可行性、安全性、经济合理性和有效性。
（1）隧道设计时，要注重实际地形和地勘数据的严密性及真实性，保证设计施工的可行性。
（2）欧洲设计变更程序繁琐，审批时间长，施工前应严格进行图纸审核，避免因设计变更造成工期延误。
（3）施工过程中要充分考虑周围环境因素，加强环保措施，控制隧道污水污染。
（4）双层小导管、悬臂掘进机预留核心土开挖、短台阶法、格栅拱架、锚杆、湿喷混凝土，结合全机械化施工工艺构成了复理石超浅埋隧道施工的关键因素。
