聯(lián)合隧道超淺埋偏壓段明洞暗做施工技術(shù)

杜 長(zhǎng) 鈴

(中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 401121)

聯(lián)合隧道超淺埋偏壓段明洞暗做施工技術(shù)

杜 長(zhǎng) 鈴

(中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 401121)

鑒于廈深鐵路聯(lián)合隧道是典型的超淺埋偏壓結(jié)構(gòu)，明挖法施工難度大，施工危險(xiǎn)性大，對(duì)設(shè)計(jì)明挖法和暗挖法兩種施工方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,最先選用明洞暗做法綜合施工，實(shí)踐證明該綜合處治手段是行之有效的。

超淺埋，偏壓，暗做，施工技術(shù)

1 工程概況

廈深鐵路惠深段聯(lián)合隧道位于深圳市龍崗區(qū)山塘陵園境內(nèi)，起訖里程DK476+860～DK477+845，隧道長(zhǎng)985 m。DK477+090～DK477+200段設(shè)計(jì)采用明挖法施工，其中DK477+090～DK477+170段地勢(shì)陡峭，右拱頂覆蓋層厚0.5 m～1.5 m，DK477+170～DK477+200段地勢(shì)平坦，拱頂外露0.2 m～1.0 m。

2 施工方案比選

2.1 原設(shè)計(jì)情況

該明挖段位處山塘陵園內(nèi)，原設(shè)計(jì)采用明挖施工，圍巖設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)，最高開挖高度32 m。DK477+170～DK477+200段拱頂裸露，DK477+090～DK477+170段自然山體橫向陡峭，且結(jié)構(gòu)松散，與左側(cè)高差達(dá)5 m～9 m，形成了顯著的地形式偏壓結(jié)構(gòu)，造成該段右側(cè)側(cè)壓力較大。明洞臨時(shí)邊仰坡采用錨噴混凝土加固，支護(hù)參數(shù)為：C20網(wǎng)噴混凝土厚10 cm，Ф6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm；φ22砂漿錨桿長(zhǎng)L=4 m，間距1.5 m×1.5 m，梅花形布置。穿越明挖段施工正值雨季，明挖法施工隧道偏壓情況嚴(yán)重、臨時(shí)防護(hù)工程量大、工期長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高，不利于滿足該隧道施工安全、工期總體要求及運(yùn)營(yíng)期間安全要求；同時(shí)，若大面積開挖，陵園管理單位不予同意，必須改變工法。

洞口偏壓一般的處理措施是對(duì)偏壓一側(cè)的山體進(jìn)行回填，但具體到該工程，由于DK477+090～DK477+170段左側(cè)存在較大偏壓，洞身埋深僅0.5 m～1.5 m，且為全風(fēng)化粘土，如果實(shí)施簡(jiǎn)單常規(guī)的回填，則造成洞頂松弛荷載加大、開挖過(guò)程中很可能引起洞身塌方，如果實(shí)施明挖、洞身左側(cè)將形成18 m～32 m的高邊坡，明挖過(guò)程很可能引起邊坡坍塌。

2.2 優(yōu)化方案

通過(guò)優(yōu)化，擬確定該段洞身采取“明洞暗做”法綜合施工措施，即先施作拱頂偏壓側(cè)填土(素粘土+10%水泥改良土)4 m后，將坡腳支擋并從原地表施打橫斜向錨桿；超前支護(hù)采用φ89管和φ50雙層小導(dǎo)管；再采用三臺(tái)階七步法進(jìn)行開挖，分部開挖；初期支護(hù)采用Ⅰ20a工字鋼鋼拱架；中、下導(dǎo)坑設(shè)φ22砂漿錨桿，洞頂露出地表的，中導(dǎo)坑系統(tǒng)錨桿變更為φ42小導(dǎo)管，以確保該段隧道施工和使用安全。

3 施工方法

3.1 施工工藝流程

清表→拱頂回填素粘土+10%水泥改良土→分層碾壓→左右側(cè)回填部分邊坡支擋→橫斜向組合中空錨桿施打→洞內(nèi)土體開挖→初期支護(hù)→仰拱、仰拱二次襯砌、填充→拱墻二襯。綜合處治后隧道橫斷面示意圖見圖2。

3.2 施工控制

主控隧道地表處理工作，除對(duì)高邊坡處進(jìn)行卸載和對(duì)淺埋處進(jìn)行填土碾壓反壓外，主要做好洞頂?shù)姆琅潘ぷ?，做好排水天溝，?duì)洞身穿越的地表進(jìn)行防水覆蓋，防止和最大限度地限制降水滲透至隧道洞身內(nèi)，改變洞身土體的自穩(wěn)性，對(duì)初期支護(hù)造成較大變形，增加施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量隱患[1,2]。隧道內(nèi)開挖嚴(yán)格施工工法，控制單次循環(huán)進(jìn)尺，做好超前支護(hù)，及時(shí)封閉，加強(qiáng)監(jiān)控，仰拱和二次襯砌緊跟[3,4]。

1)清表。將原地面植被采用挖機(jī)進(jìn)行清除，坡度大于15°時(shí)挖臺(tái)階后進(jìn)行碾壓，壓實(shí)度不小于95%。

2)拱頂回填素粘土+10%水泥改良土。水泥采用P.O42.5普通低堿硅酸鹽水泥，現(xiàn)場(chǎng)在回填部位以外與素粘土攪拌均勻，嚴(yán)格控制水泥摻量不小于10%和壓實(shí)度，傾倒至回填地段后整平、分層碾壓，每層厚度不得大于30 cm，填挖結(jié)合段，分段分層設(shè)置臺(tái)階，每側(cè)回填寬度必需寬出隧道邊5 m以上。

3)左右側(cè)回填部分邊坡支擋。線路左側(cè)為盡量減少偏壓帶來(lái)的負(fù)面作用，需對(duì)一部分土體進(jìn)行卸載，卸載后的邊坡進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)，同時(shí)卸載邊坡中間設(shè)置一個(gè)2 m的臺(tái)階，防止雨季出現(xiàn)邊坡滑坍；線路右側(cè)回填部位為了確保土體邊角穩(wěn)定，設(shè)置C25片石混凝土擋墻，擋墻底部基礎(chǔ)嵌入深度1.5 m，上部高度2.5 m，擋墻自下向上厚度由2.0 m～1.2 m漸變，垂直角度為20°。同時(shí)擋墻上設(shè)置兩排泄水孔，間距1.5 m，梅花形布置，泄水孔采用預(yù)埋φ50 PVC。

4)施打橫斜向組合中空錨桿。φ25組合中空注漿錨桿由桿體、止?jié){塞、墊板、錨頭、護(hù)套、螺母組成，采用鑿巖機(jī)鉆孔，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，高壓風(fēng)清孔；檢查孔中是否有異物堵塞；若有，應(yīng)清除干凈，再將錨桿插入孔內(nèi)，錨桿外露長(zhǎng)度滿足安裝止?jié){塞、墊板螺栓為宜；將止?jié){塞通過(guò)錨桿外露端打入10 cm左右，安裝墊板及螺母，此時(shí)不宜上緊。開動(dòng)注漿泵注漿，整個(gè)過(guò)程應(yīng)連續(xù)不停頓，一次完成，觀察到漿液從止?jié){塞邊緣流出或壓力表達(dá)到設(shè)計(jì)值，即可停泵，采用中空錨桿專用注漿泵往中空錨桿內(nèi)壓注水泥漿，砂漿隨拌隨用?；覞{達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，上緊墊板及螺母?？紤]此明挖段洞頂部位圍巖均為全～強(qiáng)風(fēng)化，為軟弱圍巖，需隔孔鉆進(jìn)，防止因向巖體注水太多導(dǎo)致圍巖滑坍，錨桿長(zhǎng)度宜控制在4.5 m左右。

5)洞內(nèi)土體開挖。開挖采用三臺(tái)階七步法進(jìn)行開挖，分部開挖，留好核心土，單次開挖循環(huán)進(jìn)尺不大于1.2 m，同一臺(tái)階面上左右兩側(cè)采取跳槽開挖，跳槽距離控制在3 m～4 m，開挖圖見圖3。

6)初期支護(hù)。超前支護(hù)采用φ89管(10 m一環(huán)，搭接3 m)和φ50雙層小導(dǎo)管(3 m一環(huán)，每環(huán)50根，L=5.0 m，灌注水泥單液漿)。采用Ⅰ20a工字鋼鋼拱架，間距60 cm，Φ22連接筋采取縱向連接，焊接至鋼架邊緣外側(cè)，環(huán)向間距1 m,與鋼架形成連接整體共同承壓；中、下導(dǎo)坑設(shè)φ22砂漿錨桿，間距1.5 m×1.5 m,梅花形布置，每根長(zhǎng)度L=4.0 m，錨固長(zhǎng)度不得小于3.6 m。洞頂露出地表的，中導(dǎo)坑系統(tǒng)錨桿變更為φ42小導(dǎo)管，預(yù)留注漿條件；鎖腳導(dǎo)管采用φ50小導(dǎo)管，L=4.5m，洞頂外露部位，鎖腳導(dǎo)管采用φ50小導(dǎo)管，L=5.0 m，錨固長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的90%。局部部位預(yù)留雙鎖腳條件。Ф8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm，1.0 m×2.0 m，網(wǎng)片搭接不小于一個(gè)網(wǎng)格。鋼架底腳增設(shè)槽鋼、木板(枕木)或者混凝土墊塊、混凝土梁加強(qiáng)墊設(shè)，減少沉降?？紤]土質(zhì)破碎，初期支護(hù)易沉降，鋼拱架連接板增大為30 cm×50 cm。噴射混凝土采用C25噴射混凝土。

4 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)。初步選擇確定本段隧道拱頂下沉及水平收斂作為施工監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目。

4.1 量測(cè)斷面間距

考慮此處地質(zhì)情況復(fù)雜，施工安全隱患大，按《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》要求，該段隧道沿洞頂中線和邊墻位置，每10 m布置一個(gè)量測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置5個(gè)點(diǎn)。

4.2 量測(cè)斷面布置

隧道每個(gè)量測(cè)斷面各布置一個(gè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)和兩條水平凈空收斂量測(cè)基線。測(cè)點(diǎn)布置見圖4。

4.3 量測(cè)頻率

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，每日量測(cè)2次，2次間隔在(12±2)h之內(nèi)。降水天氣每日量測(cè)3次。

4.4 監(jiān)測(cè)資料整理、數(shù)據(jù)分析及反饋

在取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，及時(shí)由專業(yè)監(jiān)測(cè)人員整理分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)合圍巖、支護(hù)受力及變形情況，進(jìn)行分析判斷，將實(shí)測(cè)值與允許值進(jìn)行比較，及時(shí)繪制各種變形(1，1-2，1-3，1-4，1-5，2-3，4-5測(cè)線)應(yīng)力—時(shí)間關(guān)系曲線，預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨向及圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況，及時(shí)向有關(guān)技術(shù)主管報(bào)告，以保證施工和結(jié)構(gòu)安全。

該段隧道拱頂下沉及凈空收斂實(shí)測(cè)值均能滿足施工允許的位移變化速率。以DK477+090拱頂下沉(1測(cè)線)及凈空變化(2-3測(cè)線)應(yīng)力—時(shí)間關(guān)系曲線為例，繪制出K線圖(見圖5)。

5 結(jié)語(yǔ)

聯(lián)合隧道通過(guò)該綜合處治技術(shù)保證了安全質(zhì)量，并減少對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境破壞，體現(xiàn)了“最小的破壞即是對(duì)環(huán)境最大的保護(hù)”的理念。該超淺埋地形式偏壓結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中證實(shí)，通過(guò)該綜合施工技術(shù)方案是可行的，避免了明挖法帶來(lái)的工程安全隱患事故和運(yùn)營(yíng)安全隱患事故。

[1] 何 山.淺埋大跨度偏壓隧道動(dòng)態(tài)施工數(shù)值模擬和施工工序比選研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2009.

[2] 于躍勛.地質(zhì)順層偏壓隧道施工力學(xué)研究[D].成都：西南交通大學(xué),2004.

[3] 鄧 娜.偏壓隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究與應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué),2013.

[4] 劉曉敏.山區(qū)大跨度偏壓隧道軟弱圍巖移動(dòng)變形力學(xué)效應(yīng)分析[D].保定：河北大學(xué),2010.

On dark operation in open tunnel construction technique for joint tunnels at great shallow-buried side-pressure section

DU Chang-ling

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway17thBureauGroup,Chongqing401121,China)

According to the typical great shallow-buried side-pressure structure of Xiamen-Shenzhen railway joint tunnel with construction difficulties of the open cutting method and more hazards in the construction, the paper undertakes the technical and economic comparison of the design for the open-cutting and undercutting methods, selects the dark operation in open tunnel, and proves by the practice that the integrated measure is effective.

great shallow-buried, side-pressure, dark operation, construction technique

1009-6825(2014)07-0198-03

2013-12-26

杜長(zhǎng)鈴(1977- )，男，工程師

U455

A