高原鐵路隧道洞口淺埋段施工技術(shù)

李家宇

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222）

1 引言

隧道施工現(xiàn)場地質(zhì)條件錯綜復(fù)雜， 部分隧道存在淺埋偏壓破碎地段，增加了施工難度，加之開挖不規(guī)范、防護(hù)不到位等原因，易引起塌方冒頂事故，危及施工人員的人身安全。 因此，深入研究隧道洞口淺埋偏壓段的施工技術(shù)具有重要意義，可提高隧道施工水平，促進(jìn)隧道事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

2 工程概況

某高原鐵路隧道， 為普通中長隧道， 左右線設(shè)計間距為18～32 m，左線起訖里程ZK14+590～ZK15+687，長1 097 m，右線起訖里程K14+571～K15+676，長1 105 m。 隧洞為端墻式斷面，開挖尺寸5 m×4 m，支洞樁號0+000～0+020 段屬于埋深為5～30 m 的淺埋段，是本隧道的重難點(diǎn)施工部位。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在隧道進(jìn)口段設(shè)置淺埋偏壓式明洞襯砌。 隧道左線進(jìn)口端采用端墻式洞門， 邊仰坡設(shè)置長度為3 m 的φ22 mm 砂漿錨桿，統(tǒng)一呈梅花形布置，間距為1 m×1 m；設(shè)置網(wǎng)格間距為25 cm×25 cm 的φ8 mm 鋼筋網(wǎng)；噴射C20 混凝土，厚度為10 cm。明洞段襯砌采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合防水要求，在明洞外沿鋪設(shè)“土工布+防水板+土工布”；偏壓擋墻施工現(xiàn)場地基的基礎(chǔ)采用C20 混凝土施工成型， 承載力不低于250 kPa；明洞回填部分，采用的是“M7.5 漿砌片石（下部）+碎石土（上部）+黏土隔水層和種植土（頂部）”的結(jié)構(gòu)組成方式。 偏壓明洞拱頂中心的填土作業(yè)以分層、對稱的方法依次進(jìn)行，填土高度不超過3 m，壓實(shí)度不低于90%[1]。

4 淺埋偏壓隧道施工技術(shù)

4.1 淺埋偏壓處理

淺埋偏壓隧道洞外處理的常用方法為：

1）削坡排水法：此法適用于土質(zhì)圍巖，挖除偏壓側(cè)邊坡土體，減輕土體重量，并采取排水措施，降低側(cè)滑力。

2）減載反壓法：此法適用于山體偏壓程度不大的隧道，通過邊坡減載和明洞反壓回填的方法抵抗山體側(cè)滑。

3）支擋加固法：支擋結(jié)構(gòu)包含抗滑樁、抗滑擋墻、預(yù)應(yīng)力錨索等，通過特定的結(jié)構(gòu)起到支擋作用，在處理淺埋偏壓地段時的應(yīng)用效果良好，但成本偏高。

4）地表注漿法：此法適用于極破碎、穩(wěn)定性差的圍巖，操作簡單，通過注入的漿液即可改善現(xiàn)場地質(zhì)條件，但難以準(zhǔn)確地預(yù)估注漿量，可能影響處理效果。

在本高原鐵路隧道工程中， 考慮到現(xiàn)場洞口石質(zhì)圍巖的特性以及偏壓強(qiáng)度，從技術(shù)可行性、操作便捷性、成本可控性多個方面進(jìn)行分析， 認(rèn)為采用C20 混凝土抗滑擋墻進(jìn)行支擋加固的方案具有可行性，可減輕明洞受到的偏壓力，阻止邊坡下滑，且成本較低[2]。

4.2 施工技術(shù)

4.2.1 截水天溝施工

測量人員根據(jù)水溝中心線距邊仰坡開挖線5 m 以上的要求進(jìn)行測量放樣，確定水溝的施工位置，清理水溝與邊仰坡開挖線間的原植被。 截水天溝采用坐漿法砌筑， 砌塊的大面朝下，砌體保持穩(wěn)定，溝底縱坡不低于0.3%，斷面尺寸為60 cm×60 cm，壁厚為30 cm，材料采用M7.5 漿砌片石，根據(jù)截水天溝施工進(jìn)度及時拌制砌筑砂漿，隨拌隨用，防止因長時間不使用而固結(jié)。上、下豎縫的錯開寬度不少于10 cm，砌縫寬度統(tǒng)一在2 cm 以內(nèi)。 每隔8～10 m 設(shè)置一道沉降縫，用泡沫板填充，待截水天溝的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，取出縫內(nèi)的泡沫板，填充瀝青麻絮至密實(shí)狀態(tài)。 截水天溝砌筑結(jié)束后， 覆蓋濕草簾并灑水養(yǎng)護(hù)7～14 d，使截水天溝有效成型。

4.2.2 土石方開挖

根據(jù)“由外向里、自上而下、分層、開挖和支護(hù)同步進(jìn)行”的原則進(jìn)行土石方開挖作業(yè)。 開挖前測量放線， 控制開挖范圍，避免超挖、欠挖。 人工和挖機(jī)配合，從上部開始向下分層清理表土。 邊仰坡土石方爆破采用淺孔臺階爆破開挖的方法，在設(shè)計爆破方案時，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)、地形確定最小抵抗線方向。開挖完成后，若滿足質(zhì)量要求，則隨即采取支擋防護(hù)措施。

4.2.3 出渣運(yùn)輸

為保障施工安全，加快出渣速度，出渣運(yùn)輸時采取如下措施： 加強(qiáng)洞內(nèi)排水與照明； 注重裝運(yùn)渣設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特性，準(zhǔn)備足量的易損配件，以備不時之需；加強(qiáng)通風(fēng)，使洞內(nèi)保持清新的空氣；及時向施工便道灑水，避免揚(yáng)塵。

4.2.4 邊仰坡開挖及防護(hù)

按自上而下的順序分層開挖洞口邊仰坡，每層高度為3～5 m，每層開挖后檢測邊坡坡度，并在開挖過程中預(yù)留核心土。 局部邊坡較厚，先用挖掘機(jī)開挖，預(yù)留20～30 cm 由人工修坡，再清理開挖過程中產(chǎn)生的雜物。 局部邊坡圍巖較硬，常規(guī)開挖方法的可行性差，采用風(fēng)洞鑿巖機(jī)鉆眼，松動爆破，既保證開挖的有效性，又避免邊坡因爆破開挖而缺乏穩(wěn)定性。 土石方用挖掘機(jī)裝渣，由自卸汽車運(yùn)輸出渣。

邊仰坡開挖過程中及時采取防護(hù)措施，采用噴錨網(wǎng)防護(hù)的方法處理臨時邊仰坡、明暗分界處掌子面，按1.2 m×1.2 m 的間距梅花形布置長度為3.5 m 的φ22 mm 砂漿錨桿，掛設(shè)網(wǎng)格尺寸為25 cm×25 cm 的φ8 mm 焊接鋼筋網(wǎng)，噴射厚度為10 cm 的C20 混凝土，全面防護(hù)開挖部位。隧道分界里程至洞門里程處設(shè)置C20 片石混凝土擋塊，擋墻頂部用M10 漿砌片石進(jìn)行防護(hù)。

4.2.5 仰拱施工及填充

全面清理隧底的虛渣和浮土， 用同級混凝土回填超挖部位，禁止用原土回填。 仰拱混凝土澆筑時，采用曲模技術(shù)，搭配自制鋼棧橋，一次澆筑成型。 待仰拱混凝土終凝后，開始填充混凝土。

4.2.6 偏壓擋墻施工

偏壓擋墻的基礎(chǔ)高度為155 cm，擋墻頂寬為60 cm，墻身高度為970 cm，采用C20 混凝土施工成型。 根據(jù)基礎(chǔ)寬度和墻身高度搭設(shè)雙排腳手架， 配套鋼管和拉桿， 用于穩(wěn)固腳手架，由施工人員在腳手架上進(jìn)行二次立模。 根據(jù)擋墻施工用料要求，在攪拌站拌制混凝土，通過檢驗(yàn)后，用罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，分層澆筑且各層高度不可超過2 m。 施工中在縱向每隔2 m 及時預(yù)埋DN100 的PVC-U 泄水管，方便排水。 經(jīng)過偏壓擋墻施工后，待其實(shí)測強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的75%時，可拆模，覆蓋草袋并灑水養(yǎng)生至少7 d，使偏壓擋墻固結(jié)成型。

4.2.7 明洞襯砌施工

以全斷面液壓臺車整體模筑鋼筋混凝土的方法施工明洞襯砌，采用C30 防水鋼筋混凝土，配筋方式為φ22 mm 環(huán)向主筋、φ16 mm 縱向鋼筋、φ8 mm 連接鋼筋。拱圈混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后才可進(jìn)行二次襯砌的拆模作業(yè)， 拆模后檢查拱圈的背部，用砂漿找平不平整的部位，再鋪設(shè)土工織物和防水板，鋪設(shè)時搭接長度≥10 cm，采取錯縫搭接的方法。 土工布和防水板向隧道內(nèi)拱背延伸≥50 cm[3]。

4.3 洞門施工

攪拌站拌制C20 混凝土，用罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，泵送入模，每次澆筑層高為2 m，澆筑過程中用插入式搗固器進(jìn)行振搗。 為保證洞門的成型效果，洞門模板縫應(yīng)滿足“橫平豎直”的要求。

4.4 超前支護(hù)

超前支護(hù)的基本流程是：首先用風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔，成孔后檢驗(yàn)鉆孔質(zhì)量，再由人工安裝超前小導(dǎo)管，外插角為12°，將其與鋼架焊接至一體，最后采用注漿泵注入水泥單液漿。 注漿參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果而定，未經(jīng)許可不得隨意調(diào)整注漿參數(shù)。

小導(dǎo)管前端為尖錐形， 除管口500 mm 范圍內(nèi)的管壁不鉆孔外，其他部分均按15 cm 的間距交錯鉆眼，眼孔直徑均為8 mm。

鉆孔后，向孔中插入小導(dǎo)管，尾端與鋼架焊接至一體，形成預(yù)支護(hù)體系。 施工現(xiàn)場存在軟弱圍巖地質(zhì)段時，用鑿巖機(jī)將小導(dǎo)管沿鋼架打入孔中，對于地質(zhì)條件較差的淺埋段，進(jìn)行雙層小導(dǎo)管注漿加固。 注漿前，在現(xiàn)場進(jìn)行壓入稀漿試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定地層的吸漿能力以及漿液在地層中的擴(kuò)散能力，選擇合適類型的漿液，設(shè)定注漿量、注漿壓力等參數(shù)，按照試驗(yàn)確定的方案進(jìn)行注漿。 若現(xiàn)場施工條件發(fā)生變化，視實(shí)際情況靈活調(diào)整注漿參數(shù)。 地下水較大時，按照水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.5 拌制水泥-水玻璃漿液，及時注漿。

注漿前，向掌子面噴射厚度為5～10 cm 的混凝土，形成止?jié){墻。 注漿初期，注漿壓力相對較低，若注漿初期無異常，隨著注漿的進(jìn)行而逐步增加注漿壓力，達(dá)到設(shè)計終壓（1 MPa）后，穩(wěn)壓注漿10 min，保證注漿飽滿。 注漿結(jié)束時，進(jìn)漿量明顯減少，通常在20～30 L/min。

5 拱頂下沉量的監(jiān)控量測與分析

根據(jù)工程要求，累計最大沉降量不超過17 mm、每日拱頂下沉量不超過2 mm、連續(xù)3 d 監(jiān)測結(jié)果無變化時，拱頂沉降趨穩(wěn)，可結(jié)束拱頂下沉量監(jiān)控量測。 隧道洞口淺埋段施工結(jié)束后，連續(xù)監(jiān)控拱頂下沉量，結(jié)果如表1 所示。

表1 拱頂下沉量監(jiān)控量測結(jié)果

根據(jù)表1 可知，監(jiān)控量測到第11 d 時，拱頂下沉量為0，且此后連續(xù)多日的拱頂下沉量均為0，滿足連續(xù)3 d 下沉量為0 的要求；隧道洞口總沉降量為8.5 mm，滿足總沉降量不超過17 mm 的要求；每日監(jiān)測的沉降值均＜2 mm，滿足每日沉降量控制要求。 總體上，各項拱頂下沉監(jiān)控指標(biāo)均符合要求，拱頂穩(wěn)定可靠，在采用本文設(shè)計的施工方案后，有效控制拱頂下沉量，能夠以安全的方式順利完成隧道洞口淺埋段施工作業(yè)，實(shí)踐表明本工程采用的隧道洞口淺埋段施工技術(shù)具有可行性[4]。

6 結(jié)語

綜上所述，隧道施工條件復(fù)雜，隧道洞口可能存在淺埋偏壓的情況，施工單位應(yīng)考慮到施工條件的特殊性，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)、地形、水文等基礎(chǔ)條件采取合理的施工方法，規(guī)范進(jìn)行開挖、支護(hù)、填充各項工程活動。 在本文中，結(jié)合實(shí)例分析了高原鐵路隧道洞口淺埋段施工要點(diǎn)，有效控制了拱頂沉降量，提高了洞口淺埋段的施工質(zhì)量。 工程采用的施工技術(shù)可為類似工程提供參考。