淺談山區(qū)鐵路淺埋偏壓隧道洞口段施工技術(shù)

吳新棟

（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，成都611130）

1 引言

山區(qū)鐵路隧道的施工，如不能夠及時采取合理的施工方法和行之有效的輔助施工措施，隧道初期支護容易發(fā)生較大的變形、進而可能引起洞內(nèi)坍塌、洞外山體滑移，加大隧道安全風險。在高風險淺埋偏壓隧道進出洞施工中表現(xiàn)尤為突出。

2 工程概況

2.1 隧道概況

九山2號隧道位于廣東省郁南縣境內(nèi)，進口里程為D1K307+208；出口里程為D1K307+587，隧道全長379m。隧道縱坡為連續(xù)下坡，變坡點里程為D1K307+360，坡度分別為5.8‰和2.5‰，坡長分別為4150m和600m。

2.2 工程施工重難點

隧道出口偏壓嚴重，隧道出口采用單壓耳墻式洞門，進口偏壓式明洞門，其中 D1K307+208～D1K307+217、D1K307+567～D1K307+587 段為明洞式襯砌、D1K307+549～D1K307+567段明洞采用半明半暗的工法施工，特殊明洞式襯砌。

3 工程施工條件

3.1 自然條件

隧址為粵西北低山丘陵區(qū)，地形起伏大，最大高差約89m，區(qū)域內(nèi)大氣降水豐富，山體植被覆蓋較好，多被開墾種植成片橘子樹。洞身主要穿越粉質(zhì)黏土、全～強～弱風化的寒武系砂巖等。

3.2 工程地質(zhì)特征

全～強風化砂巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育，有較多不規(guī)則裂隙，多張開，部分有填充物，開挖后自穩(wěn)能力差；D1K307+510～D1K307+587段為隧道出口，偏壓嚴重，對洞口結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性影響較大；埋深淺，表層殘積土及全風化砂巖層土體松散，土層呈砂土狀，開挖極易塌陷，評估初始風險等級為高度風險。

3.3 水文地質(zhì)特征

地下水主要是寒武系基巖裂隙水，水量微弱，施工過程中未發(fā)現(xiàn)較集中地下水。

隧道涌水量可用經(jīng)驗公式：Qs=2.74·α·W·A面積（km2），取值0.026km2，經(jīng)估算Qs=15m3/d；最大涌水量Q0=22.5m3/d。地下水不是很大，不會對施工產(chǎn)生大的影響。實際施工中揭示涌水量與理論計算基本吻合。

4 主要施工技術(shù)

4.1 主要施工方法概述

隧道出口偏壓嚴重，地形較高的一側(cè)布置預(yù)加固樁，并進行地面錨桿加固，設(shè)置8根截面為2.5×2.5m的預(yù)加固樁，樁間凈距為4.0m，與隧道外側(cè)凈距5m，長度均為28m。D1K307+522～D1K307+542段設(shè)置地面錨桿，控制范圍為隧道中線兩側(cè)各10m，錨桿采取間距1.5×1.5m的梅花形布置，地勢較低的一側(cè)設(shè)置擴大基礎(chǔ)及偏壓耳墻。斷面布置形式參見圖1。

D1K307+567～D1K307+587段為明洞，采用明挖法施工。

D1K307+549～D1K307+567段為洞口段為高風險集中段，為施工關(guān)鍵控制點，施工采取半明半暗的特殊施工工藝，首先施作耳墻；然后打設(shè)φ89超前管棚注漿加強支護；從地勢較低側(cè)向較高側(cè)依次施作套拱；在套拱的保護下，采用弧形開挖，留核心土，隨挖隨支；在澆筑初支和二襯混凝土后進行仰拱填充；最后回填土石至設(shè)計厚度并施作漿砌片石。

圖1 預(yù)加固樁及偏壓耳墻設(shè)置典型斷面圖

4.2 施工流程

隧道出口總體施工順序為：首先施工D1K307+541.5～D1K307+587里程段預(yù)加固樁，再施工地面錨桿；待預(yù)加固樁和地面錨桿施工完成后，方進行施工洞口開挖和明洞施工，以充分利用預(yù)加固樁和地面錨桿聯(lián)合作用消除山體偏壓的影響，從而保證洞內(nèi)施工安全。明洞段施工時，先施工D1K307+549～D1K307+567明洞暗挖段，且由大里程向小里程施工，然后施工D1K307+567～D1K307+587明洞段。

4.2.1 預(yù)加固樁的施工

預(yù)加固樁共設(shè)置8根，其中一根與端墻位置重合，樁型為矩形2.5m×2.5m，間距為4.0m，長度均為28m，與隧道外側(cè)凈距5.0m。采用人工挖孔，綁扎鋼筋，澆筑混凝土的施工方法，施工采用跳樁法施工。

4.2.2 地面錨桿的施工

D1K307+522～D1K307+542里程范圍內(nèi)設(shè)置地面錨桿，錨桿長度控制在與隧道外壁1.0m，隧道中線兩側(cè)各10m，梅花形布置，間距為1.5×1.5m。地面錨桿設(shè)置里程代表橫斷面圖如圖2所示。

圖2 地面錨桿代表斷面圖

4.2.3 洞口開挖施工

①調(diào)查洞口自然排水體系，結(jié)合現(xiàn)場地形地勢布局洞口的截排水系統(tǒng)的施工，并做好洞口邊仰坡防護施工，然后才安排洞口開挖。②按照設(shè)計坡率開挖邊仰坡，采用自上而下逐段以及分層開挖，每層厚度約2～3m，并預(yù)留20～30cm用人工刷坡。[1]③自邊仰坡頂部向下，分層開挖，分級防護，每開挖一級緊跟防護一級，以盡可能縮短裸露邊坡暴露時間。

4.2.4 明洞暗挖法施工

D1K307+549～D1K307+567段采用半明半暗的工法施工，特殊明洞式襯砌，背離山體一側(cè)設(shè)偏壓耳墻，由于隧道出口段存在偏壓情況，且距離較長，采用半明半暗的施工工藝，D1K307+549定為全部暗挖分界里程，具體方案如下：

①開挖外邊墻部分①,自上而下放坡開挖,分段開挖、分段澆筑耳墻Ⅰ，起止里程D1K307+549～D1K307+567,由大里程向小里程施工，臨時邊坡防護采用錨網(wǎng)噴支護型式。

②待外邊墻施工完畢后，根據(jù)現(xiàn)場地面線情況施作套拱，采用φ89管棚超前支護，每3延米施作一環(huán)，每根鋼管長度按照3～6m控制，環(huán)向每40cm一根，管棚外傾角不大于12°，具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場實際適當作靈活改變，開挖采用弧形周邊開挖，中間預(yù)留核心土，隨挖隨支，具體工序安排如下：第一，架立靠近耳墻的A單元格柵鋼架。第二，將前一循環(huán)施工好的格柵拱架作為導(dǎo)向墻，施作超前支護，人工配合機械（或弱爆破）開挖②部，初噴3～5cm厚混凝土封閉，施作②部周邊的邊坡支護，架立中間的A單元格柵鋼架，鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后二次噴射混凝土至圖紙要求厚度，每循環(huán)進尺一次，掌子面緊跟噴射5cm厚混凝土封閉。第三，在滯后于②部一段距離后，同樣工法開挖③部，初噴混凝土封閉，施作③部周邊的邊坡支護，架立遠離耳墻處的A單元格柵鋼架，施作鎖腳鋼管、系統(tǒng)錨桿后二次噴射混凝土,每循環(huán)進尺一次，每循環(huán)噴射混凝土封閉掌子面一次。第四，在滯后于③部一段距離后，同樣工法開挖④部，初噴混凝土封閉，施作④部周邊的邊坡支護，架立B單元格柵鋼架，施工鎖腳鋼管、系統(tǒng)錨桿，復(fù)噴混凝土,噴射混凝土封閉掌子面。第五，在滯后于④部一段距離后，同樣工法開挖⑤部，初噴混凝土封閉，施作⑤部周邊的邊坡支護，架立C單元格柵鋼架，施工鎖腳鋼管、系統(tǒng)錨桿，復(fù)噴混凝土,噴射混凝土封閉掌子面。第六，按兩臺階分步開挖⑥和⑦部。第七，在滯后于⑦部一段距離后，開挖⑧部,分別灌筑Ⅱ部仰拱及仰拱填充。第八，認真分析現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，判定初期支護已收斂后，整體澆筑Ⅲ部拱墻二次襯砌。③按照圖紙要求分層夯實回填洞頂，施做永久防護漿砌片石。施工方法見圖3“隧道出口施工方法圖”，施工工藝流程圖見圖4所示。

圖3 隧道出口施工方法圖

圖4 明洞暗做法施工工藝流程圖

4.2.5 明洞施工

隧道出口D1K307+567～D1K307+587段采用單壓耳墻式明洞，采用明挖法施工，明洞襯砌在偏壓墻基礎(chǔ)混凝土施工完成后,采用偏壓加強襯砌,背離山體一側(cè)設(shè)偏壓耳墻，拱墻及仰拱均設(shè)置雙層鋼筋,混凝土為C25泵送混凝土,采用行走式全液壓襯砌臺車襯砌。[2]

5 施工注意事項

5.1 邊仰坡及明洞施工

①臨時邊仰坡應(yīng)嚴格按設(shè)計要求進行支護，做好臨時邊仰坡的防護和防排水系統(tǒng)；根據(jù)工作面施工作業(yè)空間條件，盡可能早施做拱部超前管棚，以提高對后續(xù)斷面的支護作用。②出口明洞段在預(yù)加固樁施工完畢后方可施作；出口明洞段施工時，先施工D1K307+549～D1K307+567段，且由大里程向小里程施工。③明洞施工時采用分段分層拉槽開挖，隨挖隨支，確保邊坡的穩(wěn)定；明洞施工要開挖一環(huán)，襯砌一環(huán)。④待邊坡或初期支護變形收斂后，立即施做仰拱和二次襯砌，防止大斷面偏壓隧道邊墻發(fā)生向內(nèi)位移。⑤明洞頂部回填土石，須待襯砌達到設(shè)計強度的70%并及時施作防水層后方可進行。

5.2 加強監(jiān)控量測工作

本隧道施工過程中強調(diào)重視監(jiān)控量測工作，洞口段施工中布置的必測項目包含坡面穩(wěn)定檢測、地表沉降觀測、拱頂下沉和洞內(nèi)初支收斂變形等。嚴格按要求布點和按照規(guī)定的頻率實施觀測。通過分析觀測數(shù)據(jù)成果及時掌握刷坡面及圍巖的動態(tài)，對支護的穩(wěn)定狀態(tài)進行預(yù)測，并據(jù)此調(diào)整相關(guān)支護參數(shù)，保證隧道施工安全和結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。

6 結(jié)語

淺埋偏壓隧道洞口段的施工，處理好偏壓問題最為核心和關(guān)鍵，施工準備階段，要根據(jù)圖紙與設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)場的自然、水文和地質(zhì)條件，做好風險評估工作，制定有針對性的風險處理措施，消除風險或降低風險等級，創(chuàng)造相對安全的施工環(huán)境。

根據(jù)現(xiàn)場變形檢測結(jié)果分析，實際隧道周邊變形在可控范圍內(nèi)，說明我們所采取的施工方法措施是比較成功的。