超淺埋暗挖隧道下穿河道施工技術(shù)研究

高偉強(qiáng)

（中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司，成都611130）

1 引言

超淺埋隧道下穿河道，施工最大的風(fēng)險(xiǎn)就是安全風(fēng)險(xiǎn)。合理的施工方案需因地制宜，本文就格魯吉亞現(xiàn)代化鐵路項(xiàng)目T7 隧道下穿河道段超淺埋、地表水豐富、斷面大、地質(zhì)條件差的特點(diǎn)，闡述了采用三臺(tái)階七步開挖法配合拱部護(hù)拱備用方案順利通過了河道段的應(yīng)用實(shí)例。

2 工程概況

T7 隧道位于格魯吉亞現(xiàn)代化項(xiàng)目，起止里程為Km17+100～Km19+233，隧道全長2133m，雙線隧道，設(shè)計(jì)坡度13.1‰。隧道Km17+702～Km17+775 段下穿河道，該段隧道位于半徑R=470m 右偏曲線上，長度73m，埋深3～5m，屬于超淺埋隧道。

T7 隧道下穿河道段埋深淺，地質(zhì)條件差，溪流常年流水。為了更充分地了解隧道下穿段的地質(zhì)情況，在下穿段進(jìn)行了地質(zhì)鉆孔，分別于里程Km17+716 和Km17+756，孔深15m。

3 施工風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 隧道超淺埋

隧道埋深距頂部溪流僅3～5m，隧道開挖過程中的震動(dòng)容易引起隧道塌方。

3.2 大斷面

該隧道開挖斷面為138m2，隨著隧道的開挖，對(duì)隧道圍巖影響巨大，極易造成隧道垮塌。

3.3 地質(zhì)條件差

通過兩個(gè)地質(zhì)鉆孔調(diào)查可見，地表以下8m 均為飽和性砂礫層，8～15m 為淤泥和全風(fēng)化的灰色粗粒砂巖，開挖過程中自穩(wěn)性很差，遇水將全面崩解。

3.4 河道常年流水

隧道下穿的河道常年流水，流量隨季節(jié)變化為2～30m3/s。施工過程中豐富的地表水非常容易造成塌方突水事故。

4 下穿方案研究

4.1 河道改移

無論采用哪種方案，都需要將河道進(jìn)行改移。根據(jù)現(xiàn)場測量調(diào)查，將既有河道從上游改移延小里程山體坡腳經(jīng)Km17+690 處與下游連接。施工在河道水流量最小的季節(jié)進(jìn)行。

4.2 開挖方案的選定

開挖方案擬定了3 種：①整段采用明挖法施工，明挖長度73m，施作永久性混凝土水溝約200m。優(yōu)點(diǎn)：安全風(fēng)險(xiǎn)低。缺點(diǎn)：工程造價(jià)大，工期長，附近村道中斷。②采用先護(hù)拱后暗挖的綜合施工方法。對(duì)超淺埋段隧道拱頂120°范圍進(jìn)行護(hù)拱施工，護(hù)拱施工完成后進(jìn)行暗挖施工。采用機(jī)械開挖，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：施工安全系數(shù)高，工程量相比方案①少。缺點(diǎn)：護(hù)拱需要施作至少90m，工程造價(jià)仍然較大，村道仍需中斷。③主要采用三臺(tái)階七步開挖，護(hù)拱方案作為備用方案。開挖采用機(jī)械開挖，加強(qiáng)超前支護(hù)，對(duì)拱頂進(jìn)行注漿固結(jié)，增強(qiáng)初期支護(hù)。若掌子面出現(xiàn)塌方冒頂，再進(jìn)行護(hù)拱施工。優(yōu)點(diǎn)：不破壞原地表，工期最短，工程量造價(jià)最小。缺點(diǎn)：雖然有塌方冒頂風(fēng)險(xiǎn)，但埋深很淺，即便是發(fā)生塌方，塌方量會(huì)很小，安全風(fēng)險(xiǎn)可控。最終，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析和施工模擬比對(duì)，選用了方案③。

5 施工過程控制

5.1 加強(qiáng)超前支護(hù)

掌子面開挖施工前，需在拱頂及兩側(cè)拱腰進(jìn)行5m 長的超前地質(zhì)鉆孔，如果探孔發(fā)現(xiàn)前方出現(xiàn)不飽和性砂礫層，將進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿、固結(jié)，超前小導(dǎo)管采用φ42 花鋼管，每環(huán)35 根，每根長4m，由原設(shè)計(jì)每2.4m 施作一環(huán)改為每2m 施作一環(huán)，然后進(jìn)行注漿，待到地表或者洞內(nèi)開挖面有漿液冒出時(shí)停止注漿。

5.2 開挖及支護(hù)

開挖采用破碎頭施工，減少圍巖擾動(dòng)。開挖進(jìn)尺控制在0.5～1.0m，滿足1～2 榀鋼拱架安裝即可。出渣后對(duì)掌子面進(jìn)行排險(xiǎn)、噴射混凝土封閉，厚度不低于5cm，封閉后立即進(jìn)行初期支護(hù)。初支參數(shù)：I20a 鋼拱架，拱架間距0.5m，雙層φ8 鋼筋網(wǎng)片，鎖腳錨桿由原設(shè)計(jì)φ25 增強(qiáng)為φ32 鋼筋，以增加鋼拱架的承載力，噴射混凝土厚度25cm。二襯設(shè)計(jì)為φ30 鋼筋混凝土，主筋φ25 雙層鋼筋，拱墻55cm，仰拱60cm。

5.3 圍巖變化應(yīng)對(duì)措施

若圍巖變差，拱頂出現(xiàn)下沉?xí)r，對(duì)兩側(cè)拱腳設(shè)置擴(kuò)大拱腳，以增加鋼拱架的承載力，防止拱頂下沉；若圍巖進(jìn)一步變差，初支兩側(cè)出現(xiàn)較大收斂時(shí)，增設(shè)臨時(shí)仰拱，以控制初支收斂；若初支或掌子面圍巖松散，發(fā)生局部坍塌時(shí)，對(duì)坍塌區(qū)域打入注漿管進(jìn)行注漿固結(jié)并噴錨，防止進(jìn)一步坍塌[1]。

5.4 備用護(hù)拱施工

隧道暗挖時(shí)若上臺(tái)階掌子面出現(xiàn)塌方冒頂，待塌方穩(wěn)定后，于塌方處往大里程方向開挖護(hù)拱邊坡，開挖后進(jìn)行噴錨支護(hù)。邊坡開挖完成后在隧道拱部以上120°范圍施作鋼筋混凝土護(hù)拱，護(hù)拱厚度40cm，采用25 鋼筋混凝土澆筑并做防水處理，護(hù)拱兩側(cè)施作2m 寬擴(kuò)大拱腳。護(hù)拱施工長度根據(jù)塌方范圍確定。拱架地基承載力檢驗(yàn)不合格時(shí)，對(duì)地基進(jìn)行注漿固結(jié)處理。護(hù)拱施作完成后進(jìn)行分層回填壓實(shí)。

5.5 隧道安全距離控制

隧道開挖過程中要控制好安全距離，上中臺(tái)階之間要保持在10m 左右的距離，中下臺(tái)階之間要保持在20m 左右的距離，下臺(tái)階距離仰拱位置4m 左右，襯砌與仰拱之間保存兩板襯砌的距離在20m 左右。

6 監(jiān)控量測

6.1 洞內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)布置方案

隧道內(nèi)的監(jiān)控量測點(diǎn)設(shè)置距離為5m，布置的點(diǎn)位主要在隧道拱頂，拱腰及仰拱位置（見圖1）。

圖1 洞內(nèi)監(jiān)控布置點(diǎn)

6.2 監(jiān)測周期

在初期支護(hù)完成后，需要立即按照埋設(shè)點(diǎn)位埋設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，監(jiān)控量測周期為每天2 次，待二襯施工通過后，控制點(diǎn)每天監(jiān)測1 次并連續(xù)監(jiān)測1 周，1 周后數(shù)據(jù)無變化，可停止監(jiān)測，若監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)仍有變化則持續(xù)監(jiān)測，并分析原因同監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位商討解決辦法。

6.3 監(jiān)測結(jié)果分析

下穿施工從開工至安全通過共用時(shí)71 天，監(jiān)測工作持續(xù)進(jìn)行。通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得知，隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)來看都是測量誤差；隧道收斂平均發(fā)生了1.3～3.8mm 收斂值，施工安全風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。

7 結(jié)語

新建雙線鐵路隧道在淺埋下穿既有線施工時(shí)最重要的就是安全問題。從T7 隧道安全順利地通過超淺埋段施工總結(jié)出以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①充分分析施工風(fēng)險(xiǎn)，做好地質(zhì)調(diào)查，明確施工方案。②施工前首先要解決地表水對(duì)施工的影響，減少外部施工影響，加強(qiáng)超前支護(hù)施工，增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)性，有助于開挖時(shí)減少對(duì)地層的擾動(dòng)。③三臺(tái)階起步開挖法預(yù)留核心土，全程破碎錘開挖，最大限度減少對(duì)巖層的擾動(dòng)并控制了超欠挖，開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在0.5～1.0m，加強(qiáng)初期支護(hù)拱架間距0.5m，鎖腳錨桿增強(qiáng)為φ32，噴射混凝土快速封閉成環(huán)。各臺(tái)階、仰拱、二襯保證嚴(yán)格控制安全距離使施工穩(wěn)步進(jìn)行，施工進(jìn)度達(dá)到平均1m/d。此方案造價(jià)最低，安全風(fēng)險(xiǎn)可控，對(duì)外部影響最小，施工進(jìn)度最快。④監(jiān)控量測為施工方案變化提供依據(jù)，施工全程不可或缺。