鐵路隧道下穿高速公路淺埋段的施工技術(shù)淺談

李強(qiáng)

【摘 要】本文結(jié)合昆玉鐵路擴(kuò)能改造工程新哨坡隧道D3K52+970-D3K53+050段的具體施工情況，就軟弱圍巖淺埋段隧道施工的相關(guān)問題作了簡(jiǎn)單的分析和探討。

【關(guān)鍵詞】隧道；下穿；淺埋；施工技術(shù)

1.引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，鐵路建設(shè)也得到了快速的發(fā)展，鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目一般線路長，路線既定，在建設(shè)過程中難免要穿越各種各樣的地質(zhì)巖層，其中淺埋軟弱地層隧道由于地層埋藏較淺，多為風(fēng)化破碎的隧道圍巖，受力情況復(fù)雜，易發(fā)生圍巖坍塌、地表下沉或坍至地表等情況，施工較為困難。以昆玉鐵路擴(kuò)能改造工程新哨坡隧道D3K52+970～D3K53+135段為例，其穿越的地質(zhì)巖層為弱膨脹土，圍巖級(jí)別全部為V級(jí)，且隧道于D3K53+100處下穿玉元高速公路，高速公路與鐵路隧道交角約420，鐵路隧道拱頂和高速公路路面高差2～3米，存在著極高的安全隱患。在進(jìn)行施工時(shí)，處理不當(dāng)極有可能導(dǎo)致較大的安全事故，帶來不必要的損失，因此，了解和掌握軟弱圍巖隧道淺埋段的相關(guān)施工技術(shù)，提高施工技術(shù)水平，對(duì)保障施工安全順利進(jìn)行，保證工程質(zhì)量有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.工程概述

2.1工程概況

昆陽至玉溪鐵路擴(kuò)能改造工程新哨坡隧道位于玉溪市紅塔區(qū)境內(nèi)，為雙線單洞隧道，進(jìn)口里程為D3K52+450，出口里程為D3K54+420，全長1970m，全隧道為3‰人字形坡。隧道于D3K53+100處下穿玉溪至元江高速公路，下穿長度52.85米，高速公路與鐵路隧道交角約420，隧道拱頂和路面高差2～3米。

2.2總體施工方案

為了保證高速公路的安全通行以及新哨坡隧道的安全修建，對(duì)玉元高速公路進(jìn)行臨時(shí)過渡，施工順序：修建施工便線——將高速公路改移到施工便線通行——進(jìn)行D3K53+050～D3K53+135段暗洞施工——復(fù)原高速公路——進(jìn)行D3K53+050～D3K52+970段暗洞施工。

2.3工程特點(diǎn)

由于隧道洞頂為高速公路，且隧道斷面較大，開挖寬度達(dá)14.5米，開挖高度達(dá)12.2米，施工時(shí)需嚴(yán)格控制下沉量，確保高速公路路面不被破壞。

高速公路管理單位給出的施工時(shí)間僅為3個(gè)月，要完成高速公路改移、隧道開挖支護(hù)及二襯、高速公路復(fù)原的所有工作，時(shí)間緊迫。

3.淺埋段隧道施工技術(shù)

3.1支護(hù)技術(shù)

在下穿高速公路施工時(shí)，隧道拱部144°范圍采用超前Φ60mm（d=6mm）中管棚注漿加固，單根長9m，縱向間距3.0m，環(huán)向間距0.3m，中管棚預(yù)留注漿孔，按梅花型布置，注漿采用M20水泥漿，水灰比0.5：1～0.8：1，注漿壓力為0.5～1MPa。

初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，具體參數(shù)如下：全環(huán)設(shè)I20b型鋼鋼架，間距0.5米，噴射C25砼厚度為27cm，上臺(tái)階拱腳設(shè)Φ42鎖腳錨管，每處4根，中、下臺(tái)階每處設(shè)2根，每根長4m，各臺(tái)階拱腳均設(shè)28a縱向槽鋼，并焊接牢實(shí)，形成縱梁，鎖腳錨管與鋼架之間增加“L”型鋼筋，提高錨管端部和鋼架的連接強(qiáng)度。上臺(tái)階初支按3米（縱）╳1米（環(huán)）預(yù)留注漿孔，在鋪設(shè)防水板之前對(duì)初支進(jìn)行注漿，以防止隧道初支背后脫空造成高速公路路面在通車后下沉。

3.2開挖方法

結(jié)合本隧道下穿高速公路的特點(diǎn)，施工時(shí)決定采用三臺(tái)階七步法進(jìn)行施工，開挖時(shí)嚴(yán)格按上臺(tái)階不超過一榀拱架間距、中下臺(tái)階一次不超過兩榀拱架間距、仰拱一次開挖時(shí)不超過3米進(jìn)行開挖。

三臺(tái)階七步法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

施工空間大，方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)。部分軟巖或土質(zhì)地段可以采用挖掘機(jī)直接開挖，工效較高；在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，便于靈活、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法；在臺(tái)階法開挖的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，左右錯(cuò)開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定；當(dāng)圍巖變形較大或突變時(shí)，在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間；三臺(tái)階七步開挖法規(guī)避了CRD法需要拆除臨時(shí)支護(hù)及受力轉(zhuǎn)換造成不安全的因素，能及時(shí)調(diào)整閉合時(shí)間，方便機(jī)械施工，利于施工工序轉(zhuǎn)換。

由于淺埋隧道的圍巖地質(zhì)條件較差，因此要盡量減小對(duì)其震動(dòng)，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。特別是開挖時(shí)，能用人工或機(jī)械開挖的盡量不用爆破，本段隧道施工時(shí)，在仰拱地段局部較硬地段采用破碎錘施工。

3.3地表水處理

在上臺(tái)階開挖之前，根據(jù)施工的進(jìn)度，對(duì)D3K53+050～D3K53+135淺埋段周邊30m范圍內(nèi)低洼地段進(jìn)行處理，在外圍用砂漿設(shè)置臨時(shí)排水溝，確保地表排水的順暢；對(duì)高速公路漿砌排水溝進(jìn)行修補(bǔ)，防止?jié)B漏水。

3.4步距控制

嚴(yán)格控制各臺(tái)階長度，實(shí)際施工時(shí)按微臺(tái)階控制，臺(tái)階長度在3～4米，確保初支封閉成環(huán)位置距離掌子面不超過15米，二襯距離掌子面距離不超過40米。

3.5勞動(dòng)力及機(jī)械組織

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析，對(duì)施工組織進(jìn)行調(diào)整：維持原三班倒的作業(yè)形式，開挖班、噴漿班、立架班各班組增加2～3人，同時(shí)噴漿機(jī)由2臺(tái)增加至3臺(tái)，管棚鉆機(jī)由1臺(tái)增加至2臺(tái)，這樣每循環(huán)作業(yè)時(shí)間由10小時(shí)縮短至8小時(shí)。

3.6監(jiān)控量測(cè)

根據(jù)本隧道特點(diǎn)，量測(cè)項(xiàng)目選用了四項(xiàng)，分別為地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察描述、周邊位移；收斂和拱頂下沉量測(cè)；地表下沉量測(cè)；地表路面、水溝結(jié)構(gòu)物裂縫觀測(cè)。量測(cè)間距5m，每個(gè)斷面布置7個(gè)點(diǎn)，拱頂一個(gè)，各臺(tái)階左、右對(duì)稱各一個(gè)。地表下沉量測(cè)與洞內(nèi)側(cè)點(diǎn)間距一致，其布置為沿?cái)嗝鏅M向每2m布一點(diǎn)，共布15點(diǎn)。通過測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)整理及拱頂下沉值與時(shí)間曲線圖的分析，可以看出隧道開挖及初期支護(hù)后，拱頂下沉值隨時(shí)間的增長逐步趨于穩(wěn)定。仰拱施工后拱頂下沉速率就基本趨于穩(wěn)定，小于0.1mm/d，拱頂最大累計(jì)下沉量為15mm，地表最大累計(jì)下沉量為10mm，均位于高速公路側(cè)溝處。

4.本隧道淺埋段隧道施工注意事項(xiàng)

軟弱圍巖隧道的施工比一般的隧道施工難度更大，因此更應(yīng)當(dāng)注意施工中的一些問題，控制施工質(zhì)量，以保證施工安全順利進(jìn)行。

4.1施工前注意事項(xiàng)

工程施工前，應(yīng)當(dāng)全面了解和掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，通過實(shí)地勘察等掌握隧道工程的地質(zhì)、周圍自然環(huán)境、圍巖特點(diǎn)、淺埋土層地下水深度等具體的情況，以確保施工設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理可行。

4.2施工過程中注意事項(xiàng)

由于軟弱圍巖的巖體強(qiáng)度地，巖層荷載力小，在進(jìn)行超前支護(hù)工作時(shí)，支護(hù)管的長度、管徑等須根據(jù)穿越長度、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及隧道上部上覆土層等具體的施工情況來確定；注漿前，須進(jìn)行壓水試驗(yàn)，同時(shí)需對(duì)使用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，確保其性能可靠；檢查管路的連接情況，以保證其符合設(shè)計(jì)的要求。

隧道開挖時(shí)，通常采取弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉和及時(shí)支護(hù)的措施，盡可能少用爆破開挖，減少爆破對(duì)隧道周圍巖層的影響；合理安排施工時(shí)間，淺埋段一般盡量趕在冬季或雨季前完成；在各臺(tái)階拱腳設(shè)置大拱腳，以減少拱頂下沉速率。隧道洞口的排水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與洞外排水系統(tǒng)連為一體；洞內(nèi)排水溝內(nèi)須有一定的防拱腳浸泡的措施。

加大管理力度，實(shí)行嚴(yán)格的獎(jiǎng)懲措施，要求工人嚴(yán)格按照施工技術(shù)交底的有關(guān)要求進(jìn)行施工，減少人為因素對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響，同時(shí)，加強(qiáng)過程監(jiān)控機(jī)制，對(duì)關(guān)鍵部位、關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)行全程跟蹤旁站。

5、結(jié)語

經(jīng)過采取一系列的措施后，整體工期控制在80天，比原計(jì)劃90天節(jié)約了10天，同時(shí)，初高速公路局部漿砌片石水溝需用砂漿修補(bǔ)外，高速公路路面得到較好保護(hù)，這證明，軟弱圍巖淺埋段采用此種開挖及初期支護(hù)方法是可行的，隧道施工是安全的，穩(wěn)定的。通過上述施工實(shí)例，我們看出，對(duì)于淺埋隧道，只要根據(jù)實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的施工技術(shù)和工藝，運(yùn)用科學(xué)的監(jiān)控量測(cè)手段，并通過數(shù)據(jù)分析來指導(dǎo)施工，就能保證施工安全、穩(wěn)妥、順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭峰.淺埋軟弱地層盾構(gòu)隧道施工建筑物沉降分析[J].天津建筑科技，2012，（4）

[2]陳維建.淺埋、偏壓、軟弱圍巖中隧道進(jìn)洞施工技術(shù)[J].港工技術(shù)與管理，2012，（4）.

[3]黃勝平.高速鐵路大斷面隧道淺埋段軟弱圍巖施工方法優(yōu)化研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2012，（6）