鐵路客運專線黃土地質淺埋富水隧道施工技術

霍 翼

(石太鐵路客運專線有限責任公司，石家莊 050000)

1 工程概況

新建鐵路石家莊至太原客運專線工程起自石家莊北站，止于太原站，正線全長189.93 km。南莊隧道是石太鐵路客運專線最長的黃土隧道，全長3 345 m，隧道進出口里程分別為 DIK149+600、DIK152+945，由于地質結構復雜多變，施工難度較大，為石太鐵路客運專線重點控制性工程之一。其中DIK150+490～DIK150+550段屬于特淺埋段，且DIK150+508處有一條進入南莊村的道路，車輛穿行，使隧道頂部有動荷載，對隧道施工影響較大。在 DIK150+514.77～DIK150+520.8隧道中心頂部右側與線路夾角45°處有一集水窖。在DIK150+532隧道中心左側11.13 m處有另一集水窖，右側窖體的底部深入隧道拱部，左側窖體貼近隧道邊緣。兩處集水窖的形心范圍從DIK150+513～DIK150+535，長度為 22 m，在 DIK150+532～DIK150+541隧道頂部范圍內有一條深約2 m的排水明渠橫跨隧道頂部等情況，進一步加大了隧道施工的難度。

2 淺埋段地質情況

1)南莊隧道段地表淺層分布新生界第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl3)新黃土，淺黃色、堅硬，垂直節(jié)理發(fā)育，可見大孔隙，厚度0～4 m，分布于地表淺層。

2)第四系中更新統(tǒng)洪積層(Qpl2)老黃土，棕紅色、棕黃色、棕褐色、灰色，軟塑 ～硬塑，具垂直節(jié)理，層厚0～21.5 m，分布于隧道局部。隧道拱部地層松軟，由于有集雨水窖的影響，土層含水量較大，開挖后圍巖的自穩(wěn)定性差;直接影響本隧道的施工安全。

3)淺埋段設計圍巖級別為黃土Ⅴ級加強，襯砌形式為黃土Ⅴ級加強復合式襯砌。

4)水文調查:現(xiàn)場調查當?shù)卮迕竦纳钣盟?，水井深度?0 m左右，且井內水的補給來自地表降水，每年春、秋兩季為枯水期，是施工的有利時期。

3 施工方案的確定

南莊隧道特淺埋段(DIK150+490～DIK150+550)是整個隧道施工的關鍵之一。淺埋段最小埋深僅4 m，解決淺埋和下穿道路問題的關鍵是控制地表的沉降和坍塌，因此在方案制定時必須優(yōu)化黃土隧道分部開挖的施工步序和斷面尺寸，最大限度的減少地表沉降，為盡早封閉成環(huán)創(chuàng)造條件，保證施工安全順利通過。

3.1 三臺階弧形導坑法

根據(jù)本隧道其它黃土段的施工經驗，采用微臺階法、CD或CRD法施工是有效的，但CD法或CRD法工序比較復雜，不利于機械施工，進度慢，若處理不當，使初期支護不能盡早成環(huán)，不利于變形的控制。因此，在施工中經過綜合比選，利用加強超前支護，增加系統(tǒng)錨桿及鎖腳鋼管等工藝措施，優(yōu)化為三臺階弧形導坑法施工。

3.2 具體的施工方法及技術措施

3.2.1 三臺階弧形導坑法開挖施工步驟(圖1)

圖1 三臺階弧形導坑法(單位:m)

施工工序嚴格控制上臺階開挖每循環(huán)進尺0.75 m，下臺階每循環(huán)進尺1.5 m，挖掘機開挖人工修整斷面成型，裝載機倒退通過棧橋裝渣，仰拱距下臺階不超過8 m，距上臺階不超過15 m。盡早施作仰拱和填充混凝土及時封閉成環(huán)，有效的控制變形。

通過此種施工方法在南莊隧道部分淺埋段的施工運用，從上部開挖開始到二次襯砌前，拱頂沉降量測數(shù)據(jù)統(tǒng)計值最大在10～13 cm之間。達到了預期目的。3.2.2 主要施工技術措施

1)加強超前支護，采用雙排小導管對圍巖進行加固。小導管在拱部120°范圍內雙排交錯施設，小導管桿體長度4 m，為管徑42 mm的無縫鋼管。環(huán)向間距為 30 cm，層間距 22～30 cm，施工外插角 5°～10°，搭接長度不小于1.5 m。

施工方法:為確保導管定位準確，在鋼架上焊接定位套管，套管直徑φ60 mm:施工時小導管穿過套管并用風鉆推送，待施設、焊接完畢后安裝法蘭并注水泥砂漿(1∶3.4∶3.4)。雙排小導管布置見圖2。

圖2 雙排小導管布置圖(單位:cm)

2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ部鋼支撐拱腳處，加強鋼支撐的支墊(采用混凝土板或鋼板支墊牢固)，防止由于支墊不實造成鋼架下沉。

3)加強鋼拱架的縱向連接，即縱向連接筋采用直徑22的鏍紋鋼，連接筋的間距加密到0.5 m。

4)施工中加長系統(tǒng)錨桿的長度，由設計的3.5 m加長至4.0 m，用煤電鉆成孔，采用藥包式錨固劑，確保錨桿的錨固質量。

5)在拱腳，墻腳設置鎖腳導管，桿體及孔內注水泥漿如圖3所示。

圖3 鎖腳鋼管示意

6)加強噴射混凝土的施工質量控制，嚴格按照濕噴工藝施工，確保噴射混凝土的施工質量。縮短噴射混凝土的終凝時間，以盡早使噴射混凝土與支架共同作用抵抗圍巖的變形。

7)施工中加強測量，正確指導施工。施工測量由專人按照規(guī)定的時間、頻率對地表沉降和隧道圍巖的收斂變形進行量測。按照量測的管理曲線進行等級管理，并及時對數(shù)據(jù)進行分析判斷，如出現(xiàn)異常情況立即停止作業(yè)，進一步完善方案后進行下道工序的施工。

8)加強施工用水管理，嚴禁施工用水浸泡處造成地基承載力的下降。

9)根據(jù)現(xiàn)場調查，地下水等水位線預計從隧道底開始到填充頂，為地表降雨補給的上層滯水。隨著降雨量的增加，開挖后滲水量較大，施工前應準備足夠的排水設施，根據(jù)水量的變化及時采取排水措施。見圖4所示。

圖4 仰拱集水坑降水、排水示意(單位:m)

4 幾點體會

通過采取以上施工措施，成功的遏制了可能發(fā)生的塌方，安全的通過了淺埋段。主要體會有:

1)雙排小導管施工工藝較簡單，循環(huán)工序快，且能有效控制隧道超欠挖，穩(wěn)定應力松弛區(qū)，控制地表下沉量。

2)施工過程中應注意留核心土，這樣可以有效保證掌子面、拱頂穩(wěn)定，保證施工人員的安全。

3)初期支護應及時成環(huán)、施作仰拱，并緊跟二次襯砌。

4)施工過程中應加強監(jiān)控量測，為下一步施工提供有力的依據(jù)。

5)施工過程中必須加強工序管理，嚴格工藝標準，關鍵部位專人旁站到位。

6)黃土隧道施工中對水的管理尤為重要，必須有強有力的措施予以管理，限量用水，集中管理，專人抽排。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB 10003—2005 鐵路隧道設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB 10204—2002 鐵路隧道施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TZ214—2005 客運專線鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

[4] 關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

[5] 劉建偉.大斷面富水地層暗挖隧道的施工技術［J］.鐵道建筑，2008(6):49-51.