淺埋客運(yùn)專線隧道下穿河道施工技術(shù)

肖偉良

摘要：貴廣鐵路巖山隧道下穿寨蒿河段由于埋深淺、地質(zhì)條件差容易導(dǎo)致開挖困難和河水滲漏，施工方案的重點(diǎn)是保證安全開挖的同時(shí)防止地表沉降和河水滲漏。通過(guò)改移河道、加固公路擋墻、進(jìn)行河底地表加固處理等措施保證了隧道開挖的順利進(jìn)行，然后采用三臺(tái)階七步開挖法、洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)和地表沉降觀測(cè)相結(jié)合，成功地穿過(guò)寨蒿河底段，既確保了施工安全又降低了施工成本，可為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：下穿；改移河道；地表處理；監(jiān)控量測(cè)。

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

鐵路隧道需要下穿河流時(shí)，施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)很大，一方面如何防止河流水下滲，避免施工作業(yè)面發(fā)生突泥突水等工程災(zāi)患；另一方面隧道開挖施工將不可避免導(dǎo)致地層變形，當(dāng)變形過(guò)大時(shí)將危及地表建筑物的安全和正常運(yùn)營(yíng)。因此，如何采取有效的措施和科學(xué)的手段來(lái)保證施工環(huán)境和周圍環(huán)境的安全，是此類隧道施工亟待解決的現(xiàn)實(shí)難題。

1 工程概況

巖山隧道位于貴州省黔東南州榕江縣，為貴陽(yáng)至廣州雙線客運(yùn)專線隧道，其中DK219+405～DK219+462段斜交下穿寨蒿河，隧道與溪溝相交約60度，最淺埋深約3m。根據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料，河底為松動(dòng)卵、礫石層，厚約5～12m；線路右邊緣就在山體坡腳與溪溝邊相交處，存在偏壓現(xiàn)象。河溝位于靠山側(cè)，河水寬約3m，深約1m。在河岸的另一側(cè)有省道S308，公路走向與河流方向平行。

由于隧道下穿寨蒿河段埋深淺，河底土層強(qiáng)度低且透水性強(qiáng)，采用常規(guī)暗挖施工很難保證隧道施工安全，如果隧道施工不慎造成河水下滲及地表沉降，從而對(duì)公路的運(yùn)營(yíng)也帶來(lái)危險(xiǎn)。因此，該段隧道施工方案的確定尤為重要，施工方通過(guò)多方案比選和優(yōu)化處理，在獲得業(yè)主及設(shè)計(jì)方的同意后，采用了改移河道、地表加固和隧道暗挖施工的施工方案，最終取得了較好的效果。

2 施工方案

在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，為確保施工及道路行車安全，必須考慮以下因素：

1）該段人工填筑土及卵礫石土總厚5～12m，河道常年流水，據(jù)調(diào)查，枯水季節(jié)水深都會(huì)在1m深以上，隧道最淺埋深在3m左右，隧道開挖后極易加劇河水沖刷、下滲造成圍巖失穩(wěn)坍塌，且對(duì)今后的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)存在極大安全隱患；

2、寨蒿河流域匯水面積大，雨季洪水頻繁，施工過(guò)程中可能受到季節(jié)性突發(fā)性洪水的威脅，施工安全隱患大；

3、寨蒿河下游及匯入的寨蒿河流域村鎮(zhèn)人口稠密，環(huán)保要求高。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，確定先進(jìn)行河道改移，挖除拱頂松軟土然后進(jìn)行水泥土回填，同時(shí)進(jìn)行公路加固防護(hù)，待隧道通過(guò)河段后再進(jìn)行蓋板部分施工。隧道過(guò)河段采用超前支護(hù)、三臺(tái)階七步法施工。施工平面布置如圖1所示：

3 地表處理

3.1 河道改移

河道疏通、改移：將原有河道進(jìn)行疏通，河道疏通方向?yàn)檠咏厮畨畏较虿⒕嘟厮畨位A(chǔ)約1m，以防止河水直接對(duì)截水壩基礎(chǔ)的直接沖刷；清理出的河道土石置于內(nèi)側(cè)截水壩處，作為截水壩的反壓回填之用?？绾蛹庸虆^(qū)上游15m處施作攔水土壩，將原靠山（貴陽(yáng)）側(cè)河道改移至靠公路（廣州）側(cè)，施作引水渠A。

3.2 S308省道坡腳防護(hù)施工

主要設(shè)置加強(qiáng)肋及擋墻，加強(qiáng)肋位置設(shè)Φ42注漿小導(dǎo)管加固，導(dǎo)管長(zhǎng)3m，間距1.0x1.5m，外露不小于0.5m且與片石混凝土澆筑為一體；加強(qiáng)肋共兩道，厚1.5m，高6.5m，采用C20片石砼，基礎(chǔ)埋置深度設(shè)計(jì)為1.0m。在基礎(chǔ)施工時(shí)必須確保公路擋墻的穩(wěn)定，如果基礎(chǔ)承載力小于150Kpa，需打入Φ42間距50cm*50cm小導(dǎo)管，梅花型布置，長(zhǎng)度為3m，外露50cm與片石混凝土一起澆注。兩肋間排水溝以下不設(shè)注漿小導(dǎo)管，施作M10漿砌片石擋墻，斷面同加強(qiáng)肋。

3.3 DK219+405～DK219+420段地表處理

清除地表碎卵石層厚約2.5m（拱頂以上1.7m），開挖范圍為隧道中線左右側(cè)10m；已挖出的孤石采用解炮破除，以利于洞身開挖后的穩(wěn)定；利用挖出砂卵石摻20%水泥進(jìn)行水泥土回填，回填厚度30-50cm每層，松鋪厚度不得大于50cm，人工配合挖機(jī)填筑、夯實(shí)；在前后側(cè)各施工一個(gè)集水井，要求井底低于拱頂以便于排除積水。

過(guò)河段順利通過(guò)洞身后施工蓋板部分，然后將河道恢復(fù)至原位置，最后用砂、碎卵石回填，標(biāo)高以現(xiàn)流水面底為準(zhǔn)。

4 隧道暗挖施工

在地表處理加固后，為保證隧道施工的安全，洞內(nèi)暗挖在雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)下采用三臺(tái)階七部法施工。

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

該地段地表為河床，巖層與洞軸大角度斜交，傾角較緩，隧道埋藏淺，洞身從強(qiáng)風(fēng)化巖體中通過(guò)，圍巖破碎，施工時(shí)易塌方，可能發(fā)生地表塌陷，同時(shí)存在洞內(nèi)大面積出涌水的可能，采取超前水平鉆作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段。

DK219+350～DK219+500處每30米循環(huán)施作超前水平鉆孔，每次鉆孔長(zhǎng)度30米，取出芯樣進(jìn)行分析，判斷前方圍巖情況、地下水情況。鉆孔個(gè)數(shù)為5個(gè)，分別為拱頂、兩側(cè)拱腳、兩側(cè)墻腳，鉆孔時(shí)由作業(yè)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目部超前預(yù)報(bào)負(fù)責(zé)人、超前預(yù)報(bào)單位技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)旁站、收集分析鉆孔各過(guò)程的參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供準(zhǔn)確的地質(zhì)情況。

4.2 監(jiān)控量測(cè)

DK219+408～DK219+465.5該段隧道最淺埋深約3m，根據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料可知，河底為松動(dòng)卵、礫石層，厚約5～12m；線右邊緣就在山體坡腳與溪溝邊相交處，存在偏壓現(xiàn)象。由于覆蓋層薄，開挖后圍巖難以自穩(wěn)，地表易沉陷，為了確保洞口段的施工安全，施工過(guò)程中進(jìn)行了地表沉降監(jiān)測(cè)。在地表DK219+408～DK219+465.5處地表每間隔10米處布設(shè)地表監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)。地表下沉量測(cè)在開挖面前方隧道埋置深度與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。

洞內(nèi)DK219+350～DK219+500加強(qiáng)洞內(nèi)圍巖檢測(cè)，每5米布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位布設(shè)原則為：沿隧道軸向每隔5m布設(shè)，同時(shí)在橫向依據(jù)實(shí)際情況，選定主斷面，沿主斷面布設(shè)測(cè)點(diǎn)，以了解地表沉降的橫向影響范圍。橫斷面方向在隧道中心及兩側(cè)間距2～5m施設(shè)下沉測(cè)點(diǎn)，每斷面施設(shè)7個(gè)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)在隧道開挖影響范圍以外。

拱頂下沉及凈空變位收斂量測(cè)， 根據(jù)圍巖類別、隧道尺寸和埋深等，沿隧道縱向在拱頂和墻中布設(shè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距5m，凈空變位量測(cè)在開挖后盡早進(jìn)行，初讀數(shù)在開挖12小時(shí)內(nèi)且在下一循環(huán)開挖前讀取，采用無(wú)尺量測(cè)法。淺埋地段洞內(nèi)外量測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一橫斷面內(nèi)。如發(fā)現(xiàn)圍巖變化異常及時(shí)報(bào)告相關(guān)部門決定施工方案。

4.3 三臺(tái)階七部法開挖施工

4.3.1 工序

1）、Ⅰ超前支護(hù)；

2）①上部弧形導(dǎo)坑開挖；

3）Ⅱ上部初期支護(hù)；

4）②③中部?jī)蓚?cè)開挖；

5）Ⅲ、Ⅳ下部?jī)蓚?cè)初期支護(hù)；

6）④⑤下部?jī)蓚?cè)開挖；

7）Ⅴ、Ⅵ下部?jī)蓚?cè)初期支護(hù)；

8）6-1、6-2、6-3上、中、下部核心土開挖；

9）⑦仰拱開挖；

10）Ⅶ、仰拱初期支護(hù)；

11）Ⅷ、仰拱及填充混凝土；

12）Ⅸ、拱墻二次襯砌。

4.3.2 臺(tái)階設(shè)置

1）、臺(tái)階高度：上臺(tái)階高度設(shè)置為4.58m，其中核心土預(yù)留高度約3.0m；中臺(tái)階高度2.96m，下臺(tái)階高度3.05m。施工時(shí)預(yù)留核心土（斜型）。

2）、臺(tái)階長(zhǎng)度：上、中、下臺(tái)階長(zhǎng)度為3～5m，中下左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2～3m；仰拱循環(huán)開挖長(zhǎng)度為2～3m，仰拱襯砌分段長(zhǎng)度為4～6m。

3）、安全距離：掌子面距離仰拱不大于35m，掌子面距離襯砌面不大于70m。

4.3.3 開挖施工注意事項(xiàng)

1）隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤測(cè)量”的原則。

2）鎖腳錨桿根據(jù)臺(tái)階位置按設(shè)計(jì)要求設(shè)置，并與鋼架連接牢固，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。錨桿均應(yīng)使用砂漿錨桿，嚴(yán)禁采用藥卷錨桿。

3）鋼架之間縱向連接鋼筋應(yīng)及時(shí)施作并連接牢固。

4）拱墻腳超挖部分采用噴射混凝土回填。

5）根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，確定灌注二次襯砌的時(shí)機(jī)及調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

6）采用短臺(tái)階法施工，每次開挖進(jìn)尺長(zhǎng)度：拱部不超過(guò)0.6m（1榀工字鋼架），邊墻及仰拱不超過(guò)1.2m（2榀工字鋼架）。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程已經(jīng)順利竣工，在隧道開挖過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)獲得地表下沉和隆起量都較小，說(shuō)明掘進(jìn)對(duì)河底和地表的擾動(dòng)較?。煌瑫r(shí)，監(jiān)測(cè)的隧道拱頂下沉和水平收斂值較小，均在允許值范圍內(nèi)，且變化小。在隧道施工采用了一系列的防水設(shè)計(jì)和施工措施后，隧道防水質(zhì)量較好，說(shuō)明河水沒(méi)有滲漏。因此，該方案的施工既實(shí)現(xiàn)了快速有效的目標(biāo)，又取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。