高速鐵路軟弱圍巖隧道明挖法綜合施工技術(shù)

常 立 軍

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

高速鐵路軟弱圍巖隧道明挖法綜合施工技術(shù)

常 立 軍

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

以新建云桂鐵路平點(diǎn)一號(hào)隧道施工為例，通過(guò)對(duì)隧址處圍巖工程地質(zhì)、自然環(huán)境的勘察，分析出施工所面臨的重難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)比了暗挖法、明挖法、設(shè)高路塹邊坡方案存在的施工風(fēng)險(xiǎn)及影響因素，經(jīng)綜合分析，確定了軟弱圍巖隧道暗挖法改為明挖法的方案，并詳細(xì)介紹了明挖法的施工工藝流程及其施工技術(shù)要點(diǎn)，以供類似工程參考借鑒。

隧道，明挖法，邊坡防護(hù)，明洞

1 工程概況

新建云(昆明)桂(南寧)鐵路(廣西段)平點(diǎn)一號(hào)隧道(D1K144+737.5)全長(zhǎng)105 m，位于平果—那何區(qū)間，雙線隧道，左右線間距為4.6 m，單面下坡5.4‰，進(jìn)口里程D1K144+685，出口里程D1K144+790，全隧淺埋，最大埋深19 m。進(jìn)出口均接路基。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

本隧道開(kāi)挖斷面1 458 cm×1 269 cm(寬×高)，Ⅴ級(jí)C型復(fù)合式襯砌。全環(huán)采用 Ⅰ 20b型鋼鋼架支護(hù)，間距60 cm，拱墻采用φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm，拱部采用4 m長(zhǎng)φ25中空錨桿，邊墻采用4 m長(zhǎng)φ22砂漿錨桿，全環(huán)采用28 cm厚C25噴射混凝土，拱部每2.4 m設(shè)一環(huán)φ42超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距40 cm，每根長(zhǎng)4.5 m。

3 施工重難點(diǎn)分析

由不良地質(zhì)和地質(zhì)鉆孔取樣可知，本隧道暗挖施工風(fēng)險(xiǎn)高。從該地區(qū)同類型隧道開(kāi)挖后揭示的圍巖分析，該頁(yè)巖夾泥質(zhì)砂巖薄層狀，巖層產(chǎn)狀紊亂，相互擠壓破碎，成拱能力差，具有膨脹性，遇水巖層加速軟化，自行剝落成碎塊狀。預(yù)留沉降量多達(dá)30 cm～50 cm，初期支護(hù)完成后，受機(jī)械開(kāi)挖施工影響后下沉急增，造成局部侵入二次襯砌限界。

4 施工方案比選

本段山體沿隧道橫向延伸，隧道大小里程坡腳處被沖溝阻斷，山體上的降水都匯集于此。在隧址位置處，堆積體發(fā)育明顯。針對(duì)本段的施工，可考慮采用暗挖法、明挖法、設(shè)高邊坡路塹。

1)暗挖法：從隧址所處工程地質(zhì)條件、地形條件、自然環(huán)境分析，本地雨季周期長(zhǎng)，降雨量豐富，存在的不良地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造給施工安全帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，這種風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后將面臨著大范圍內(nèi)變形、塌方冒頂?shù)?，機(jī)械、設(shè)備、機(jī)具、作業(yè)人員無(wú)法及時(shí)安全撤出。2)明挖法：此施工方法把洞內(nèi)的施工風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化到洞外邊坡開(kāi)挖防護(hù)、隧道快速襯砌上，高邊坡的防護(hù)以及隧道主體工程的施工具有可連續(xù)性，開(kāi)挖一級(jí)邊坡防護(hù)一級(jí)，穩(wěn)步推進(jìn)至隧道仰拱的開(kāi)挖及混凝土澆筑，在旱季期間組織開(kāi)挖邊坡風(fēng)險(xiǎn)低，作業(yè)面較寬敞，容納多工種作業(yè)人員同時(shí)交錯(cuò)展開(kāi)施工，完成隧道襯砌，混凝土達(dá)到要求后接著回填洞頂土石方，施工風(fēng)險(xiǎn)單一，便于施工組織管理。3)設(shè)高邊坡路塹：本段以挖方通過(guò)，放坡開(kāi)挖后最大挖深約30 m，路塹坡腳處設(shè)樁間擋土墻，樁頂以上邊坡采用錨桿框架梁防護(hù)，能滿足規(guī)范要求的路基穩(wěn)定性，但該段地面橫坡較陡，右側(cè)山體邊坡較高，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)文件規(guī)定，客運(yùn)專線及時(shí)速200 km客貨共線Ⅰ級(jí)鐵路，路塹邊坡高度在土質(zhì)及風(fēng)化破碎軟質(zhì)巖地段不應(yīng)超過(guò)15 m，而本段屬軟質(zhì)巖路塹邊坡，高度達(dá)到30 m。

綜合以上分析對(duì)比，無(wú)論從地形、工程地質(zhì)、施工風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境因素的影響，還是從現(xiàn)有的施工作業(yè)面安全考慮，明挖法更適合本隧址處的各項(xiàng)復(fù)雜地質(zhì)條件，達(dá)到施工風(fēng)險(xiǎn)可控的要求。

5 明挖法施工工藝

在開(kāi)挖斷面設(shè)置上，在最大挖深處設(shè)三級(jí)邊坡防護(hù)，回填線以上邊坡采用節(jié)點(diǎn)間距3 m×3 m錨桿框架梁灌草護(hù)坡防護(hù)，錨桿長(zhǎng)度左側(cè)8 m，右側(cè)10 m；以下邊坡采用噴錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度4.0 m，間距1.0 m；在線路右側(cè)設(shè)置18根1.5 m×2.0 m抗滑樁，樁長(zhǎng)15 m，樁中心距5 m～6 m。

5.1 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布設(shè)

邊坡開(kāi)挖前在明洞開(kāi)挖影響范圍內(nèi)建立地表監(jiān)測(cè)網(wǎng)，主要用于施工期間對(duì)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)斷面按5 m間距布設(shè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距按5 m設(shè)置，從明洞兩側(cè)開(kāi)挖坡面以外各10 m處連續(xù)布設(shè)。開(kāi)挖范圍外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在明洞開(kāi)挖前設(shè)置，開(kāi)挖面上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在坡面開(kāi)挖后及時(shí)布設(shè)。觀測(cè)的數(shù)據(jù)主要用于分析邊坡穩(wěn)定性以及施工開(kāi)挖對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，參照數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整爆破規(guī)模、開(kāi)挖量，以及各種臨時(shí)支護(hù)等參數(shù)的確定，保證施工安全。

5.2 表層土開(kāi)挖

按開(kāi)挖路塹邊坡的施工方法開(kāi)挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)，逐級(jí)做好防護(hù)。清理征地界范圍內(nèi)的地表植被及果樹(shù)，測(cè)量放出開(kāi)挖邊界，開(kāi)挖前先將邊坡兩側(cè)天溝挖出，防止零星雨天影響邊坡的穩(wěn)定。從隧道出口開(kāi)始順坡面修便道進(jìn)入開(kāi)挖區(qū)，從坡頂按坡比挖除表層粉質(zhì)黏土覆蓋層，此開(kāi)挖部分約6 m深，主要采取小松360挖掘機(jī)開(kāi)挖。

5.3 基巖松動(dòng)爆破

下伏基巖采用深孔微差松動(dòng)爆破技術(shù)，根據(jù)開(kāi)挖后的斷面，從線路橫向、縱向分別布置炮孔，一次性爆破深約6 m，取炮孔深度為6.5 m，炮孔直徑90 mm，最小抵抗線3 m，炮孔間距3.5 m，排距3 m，采用2號(hào)巖石乳化炸藥φ70藥卷，單孔裝藥量35 kg。爆破后開(kāi)挖松動(dòng)的土石方，直接裝車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。根據(jù)臨空面的大小，再爆破左右兩側(cè)邊坡處的巖層。

5.4 邊坡防護(hù)

5.4.1 打設(shè)錨桿

按坡比開(kāi)挖出一級(jí)邊坡后，人工清理修整坡面表層浮渣，組織人員、機(jī)械展開(kāi)框架梁錨桿的打設(shè)。由測(cè)量人員根據(jù)圖紙測(cè)量放出孔位，各孔用紅油漆做好標(biāo)記，調(diào)整潛孔鉆機(jī)鉆桿與坡面角度，保證孔位與水平面的夾角25°，鉆孔直徑110 mm，采用干鉆法鉆進(jìn)。遇有破碎巖層時(shí)，采用套管跟進(jìn)鉆進(jìn)，使鉆孔完整不坍孔。成孔后通過(guò)高壓風(fēng)吹出孔內(nèi)浮渣，將制作好的Φ32 HRB400螺紋鋼帶三角支架錨桿沿孔壁放入孔內(nèi)。配制M35水泥凈漿，并添加抗侵蝕性添加劑，漿液攪拌均勻，自孔底向上一次有壓注漿，注漿壓力不小于0.2 MPa?？變?nèi)注漿必須飽滿密實(shí)，在初凝前進(jìn)行二次補(bǔ)漿。注漿完成后的錨桿養(yǎng)護(hù)7 d以上，在此期間嚴(yán)禁敲擊、搖動(dòng)錨桿或在桿體上懸掛物體。待錨桿孔內(nèi)水泥漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，進(jìn)行框架梁施工。

5.4.2 澆筑框架梁

沿縱向、橫向錨桿孔位置掛施工線分別在坡頂、坡腳、大小里程兩端固定，整個(gè)坡面的框架梁縱橫向中心位置確定，由此再放出框架梁開(kāi)挖邊線，按照土質(zhì)、石質(zhì)邊坡要求，沿施工開(kāi)挖邊線人工挖槽?？蚣芰轰摻钛乜v梁、橫梁整體布置，在節(jié)點(diǎn)位置處互相穿過(guò)。在坡面上沿框架梁斷面立木模板，模板兩側(cè)打設(shè)鋼筋樁設(shè)三角架支撐?？蚣芰夯炷敛捎肧Y5382THB型45 m輸送泵車澆筑混凝土，并在梁體混凝土初凝前立擋水緣模板，由人工提升混凝土澆筑擋水緣。

5.4.3 抗滑樁施工

邊坡開(kāi)挖到抗滑樁樁頂標(biāo)高后，同時(shí)安排邊坡防護(hù)和抗滑樁開(kāi)挖展開(kāi)施工，為避免上下層作業(yè)面受干擾，在同一斷面上錯(cuò)開(kāi)施工。利用挖掘機(jī)平整抗滑樁施工場(chǎng)地后，由測(cè)量班放出抗滑樁的四角開(kāi)挖線，并用石灰撒出開(kāi)挖外輪廓線，由人工手持風(fēng)鎬開(kāi)挖，遇有較硬巖層時(shí)，鉆孔松動(dòng)爆破，達(dá)到人工清土的要求。施工完鎖口后，在靠山坡側(cè)利用鋼管和竹膠板做三面圍擋支護(hù)，防止坡面上滾落碎石塊傷到井內(nèi)作業(yè)人員。當(dāng)樁挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時(shí)綁扎樁身鋼筋，設(shè)串筒澆筑混凝土，完成抗滑樁的施工。

5.4.4 噴錨網(wǎng)防護(hù)

回填線以下的邊坡主要采用噴錨網(wǎng)防護(hù)，邊坡按坡比開(kāi)挖后，清理表層松散浮土碎石，表面有出水時(shí)鉆孔設(shè)置PVC排水花管引出。坡面清理后先噴4 cm～5 cm厚C20混凝土，用紅油漆在初噴的混凝土面上按間距1.0 m×1.0 m標(biāo)注孔位，用φ49風(fēng)槍鉆孔，要求鉆孔深度比錨固深度深5 cm，利用高壓風(fēng)將孔中巖粉吹干凈，插入4 m長(zhǎng)φ18錨桿，灌注M30水泥砂漿，使錨桿處于錨孔中心，錨桿露出巖面的端頭做成10 cm彎鉤，鉤住掛設(shè)的鍍鋅鋼絲網(wǎng)。掛網(wǎng)固定后立即進(jìn)行第二次噴射混凝土施工，厚度6 cm～5 cm。

5.5 明洞襯砌施工

5.5.1 襯砌臺(tái)車拼裝

當(dāng)開(kāi)挖到仰拱填充面標(biāo)高處時(shí)，在隧道洞口附近選一塊場(chǎng)地，平整場(chǎng)地后，按臺(tái)車走行軌道間的距離兩側(cè)外放1.5 m，采用15 cm厚C20混凝土硬化場(chǎng)地，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%時(shí)，由25 t吊車吊裝臺(tái)車架拼裝模板。本隧道采用6 m長(zhǎng)臺(tái)車，經(jīng)過(guò)15 d時(shí)間，整個(gè)臺(tái)車組拼完畢，由測(cè)量人員按襯砌斷面尺寸校核，各項(xiàng)檢查均在允許誤差范圍內(nèi)。

5.5.2 仰拱及填充混凝土施工

仰拱按弧線形開(kāi)挖出口段10 m工作區(qū)間，人工清理基底浮渣，由試驗(yàn)人員用動(dòng)力觸探儀對(duì)基礎(chǔ)底面測(cè)地基承載力，并與圖紙上標(biāo)明的地質(zhì)核對(duì)，其承載力數(shù)據(jù)、地質(zhì)情況與圖紙對(duì)應(yīng)時(shí)，將加工成型的主筋、輔助鋼筋運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，在縱橫向按3 m×2 m間距打設(shè)定位鋼筋，作業(yè)人員在該范圍內(nèi)綁扎、固定鋼筋。鋼筋驗(yàn)收合格后，利用定型鋼模板作為仰拱內(nèi)模，兩端及兩側(cè)邊可使用5 cm厚木模板拼接成型，縱橫向均使用鋼管支撐。檢查合格后澆筑仰拱C35混凝土，待混凝土終凝后拆除仰拱內(nèi)模，再立中心水溝側(cè)模，預(yù)埋洞口段過(guò)軌管、兩側(cè)中埋式鋼邊止水帶，并固定牢靠，澆筑C20填充混凝土。至此完成本段混凝土的澆筑作業(yè)，終凝后按時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%后進(jìn)行二次襯砌施工準(zhǔn)備工作。

5.5.3 二次襯砌施工

利用自制作業(yè)臺(tái)車架分層綁扎加工成型的二次襯砌鋼筋，按先外層后內(nèi)層的順序作業(yè)，每2 m設(shè)一處內(nèi)外層和縱向定位構(gòu)造鋼筋，測(cè)量定出鋼筋線形輪廓位置，以兩端拉施工線為基準(zhǔn)，嚴(yán)格控制內(nèi)外層鋼筋保護(hù)層厚度，按每平方米不小于4塊布置鋼筋保護(hù)層墊塊。綁扎成型后的鋼筋骨架經(jīng)測(cè)量復(fù)核驗(yàn)收合格后，鋪設(shè)鋼軌將自行式襯砌臺(tái)車就位，根據(jù)放樣的隧道中心線位置粗調(diào)襯砌臺(tái)車輪廓線，隨后架設(shè)全站儀對(duì)襯砌臺(tái)車端頭里程位置、標(biāo)高、斷面尺寸校核，臺(tái)車定位準(zhǔn)確后，加固鎖定臺(tái)車，保證施工過(guò)程中不發(fā)生位移或變形。外側(cè)模、端頭模均采用5 cm厚木板拼接安裝，二次襯砌內(nèi)設(shè)定位鋼筋支撐外側(cè)模，外部采用φ16鋼筋按1 m每道沿環(huán)向箍緊模板，并與定位鋼筋焊接。整個(gè)模板封閉后，混凝土由拌合站拌合，混凝土罐車運(yùn)料至地泵投料口處，從地泵出料口處接長(zhǎng)管道沿左右兩側(cè)臺(tái)車窗口逐級(jí)送料，保證兩側(cè)混凝土面高差在50 cm之內(nèi)，振搗密實(shí)，澆筑完畢后強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)拆模要求時(shí)，拆模覆蓋土工布澆水保濕養(yǎng)護(hù)。

5.6 洞頂土石方回填

明洞混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，在外側(cè)面抹1 cm厚水泥砂漿找平層，鋪設(shè)防水板和無(wú)紡布，再抹5 cm厚水泥砂漿保護(hù)層。兩側(cè)回填M10漿砌片石，在頂面設(shè)置50 cm厚碎石反濾層。在棄渣場(chǎng)內(nèi)挑選土石符合要求的填料運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，先對(duì)稱回填拱背土石并夯實(shí)，每層厚度控制在30 cm內(nèi)，兩側(cè)回填土石面高差在50 cm內(nèi)，回填至拱頂齊平后，再分層滿鋪至設(shè)計(jì)高度，夯填的土石方高度超過(guò)拱頂1 m以上后機(jī)械可在上面行走，洞頂填方可大范圍展開(kāi)施工，在填方頂面設(shè)置50 cm厚黏土隔水層壓實(shí)，防止地表水滲入填方體內(nèi)，增加洞頂?shù)暮奢d。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)施工技術(shù)在相鄰平點(diǎn)二號(hào)隧道得到了應(yīng)用，通過(guò)分析圍巖工程地質(zhì)、隧址處地形地貌后把70 m淺埋暗挖段改為明挖法施工，解決了高速鐵路淺埋順層偏壓軟弱圍巖隧道開(kāi)挖施工中碰到的難題，避免了不良地質(zhì)帶來(lái)的安全隱患，為今后類似工程提供了借鑒與參考。

[1] 鐵建設(shè)[2010]241號(hào)，高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

On open cut method’s comprehensive construction technique of weak surrounding rock tunnel on express railways

Chang Lijun

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway14thBureauGroup,Jinan250002,China)

Taking Flat Spot No.1 Tunnel construction of newly-built Yunnan-Guangxi Railway as the example, the paper analyzes the construction difficulties and main points by the exploration for surrounding rock engineering geology and natural environment, compares the construction risks and influence factors in the undercutting method, open cut method, road cutting slope scheme, identifies the undercutting method of soft surrounding tunnel can be replaced by the open cut method by comprehensive analysis, and introduces the craft procedure and its construction technical points of the open cut method construction, so as to provide some reference for similar projects.

tunnel, open cut method, slope protection, open cut tunnel

2014-11-28

常立軍(1978- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)04-0156-03

U455

A