淺埋暗挖法在某鐵路隧道淺埋段施工中的應用

潘 艷 軍， 蔡 曉 斌

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

淺埋暗挖法在某鐵路隧道淺埋段施工中的應用

潘 艷 軍， 蔡 曉 斌

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

介紹了淺埋暗挖法在鐵路隧道淺埋段施工中的基本應用，闡述了淺埋暗挖法的施工原理、適應范圍和施工原則，對淺埋暗挖施工方法中各道工序的施工要點、施工參數(shù)進行了詳細說明，可為今后類似工程提供一定的借鑒和參考。

淺埋暗挖工法；鐵路隧道；應用

在我國，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各種用途的隧道不斷修建，隧道工程施工技術水平也在不斷地提高與發(fā)展。隧道施工應用淺埋暗挖工法，一方面是為了保護山區(qū)自然植被，不破壞生態(tài)環(huán)境；另一方面解決了線型工程戰(zhàn)線長、點多面廣、構筑物繁雜及征地拆遷的難題。淺埋暗挖法作為鐵路隧道施工的主要方法，在國內(nèi)隧道工程施工中應用非常廣泛，極大地推動了隧道工程的快速發(fā)展。

1 工程概述

某鐵路隧道全長1 200 m。DK216+750～DK216+850、DK217+330～DK217+380、DK217+416～DK217+476段分別處于淺埋地段，隧道最大埋深約20 m，最小埋深約8 m，洞身段地層巖性為全-強風化砂巖，局部為弱風化砂巖，全-強風化層厚度分別為7～11 m、4～12 m，其下為弱風化砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，淺埋偏壓，圍巖級別為Ⅴ級，輔助加固措施采用Ⅲ型超前小導管進行支護。

2 淺埋暗挖法施工原理

淺埋暗挖法沿用新奧法的基本原理，創(chuàng)建了信息化量測反饋施工的新理念；采用先柔后剛復合式襯砌新型支護結構體系，初期支護按承擔全部基本荷載設計，二次模筑襯砌作為安全儲備；初期支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。應用淺埋暗挖法施工時，同時采用多種輔助措施，超前支護，改善并加固圍巖，調(diào)動部分圍巖的自承能力；采用不同的開挖方法及時支護、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系；在施工過程中應用監(jiān)控量測、信息反饋和優(yōu)化設計，實現(xiàn)不塌方、少沉降、安全施工。

3 淺埋暗挖法在施工中的應用

3.1 淺埋暗挖法的適用范圍

該隧道屬于軟弱圍巖淺埋地層中的山嶺隧道。而淺埋暗挖法主要用于不宜明挖施工的土質(zhì)或軟弱無膠結的砂、卵石等第四紀地層。該隧道由于結構埋置淺、現(xiàn)場采用明挖法無交通運輸條件、沿海地區(qū)雨季長對工期影響嚴重且考慮到安全因素，施工對地面沉降要求嚴格，故采用淺埋暗挖法施工更為適用。

3.2 淺埋暗挖法的施工原則

(1)根據(jù)地層情況、地形特點及機械配備情況，選擇對地層擾動小、經(jīng)濟、快速的開挖方法。該隧道設計為雙線鐵路，開挖斷面大，地層條件較差，在施工中采用了經(jīng)濟合理的輔助工法和相應的分部多臺階開挖法。

(2)重視輔助工法的選擇，當?shù)貙虞^差、開挖面不能自穩(wěn)時，在采取輔助施工措施后，仍應優(yōu)先采用大斷面開挖法。

(3)選擇能適應不同地層和不同斷面的開挖、通風、噴錨、裝運、防水、二次模筑襯砌作業(yè)的配套機具，使施工程序化，為快速施工創(chuàng)造條件。

(4)現(xiàn)場施工過程中的監(jiān)控量測與反饋在淺埋暗挖法施工中非常重要，必須在施工組織設計中作為重要的工序進行規(guī)劃和實施。必須采用先進的量測設備、方法和相應的處理量測資料的軟件。

(5)工序安排要突出及時性，尤其是在開挖后，要認真做到及時噴射混凝土、及時量測、及時反饋、及時修正。地層較差時，應嚴格執(zhí)行“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的十八字方針。

(6)提高職工素質(zhì)，組織協(xié)調(diào)好各工序之間的關系，動態(tài)調(diào)整各工序作業(yè)時間以提高施工質(zhì)量和速度。當前，許多施工隊伍嚴重缺乏管理，施工質(zhì)量差，極易造成塌方和大幅度沉降。

3.3 工法的選擇與介紹

采用淺埋暗挖法施工時，根據(jù)地表沉降要求、地層條件及開挖斷面大小，常用的典型方法為全斷面法、臺階法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)等。該隧道淺埋段開挖根據(jù)圍巖情況對Ⅴ級圍巖洞段采用四步CD法施工，將每循環(huán)進尺控制在60 cm。

(1)CD工法的基本概念。

CD工法是指在軟弱圍巖大跨度隧道施工中，將隧道斷面左右一分為二，先開挖一側并在隧道斷面中部架設一道臨時支撐隔墻，待先開挖的一側超前一定距離后，再開挖另一側隧道的施工方法。通過隧道斷面中部的臨時支撐隔墻，將斷面跨度一分為二，減小了開挖斷面跨度，使斷面受力更合理，從而使隧道開挖更安全、可靠。

(2)適用范圍。

CD工法主要適用于地層較差、可采用人工或人工配合機械開挖的Ⅳ、V級圍巖地層、不穩(wěn)定巖體和淺埋段、偏壓段、洞口段且地面沉降要求嚴格的隧道工程施工。

(3)施工方法。

采用CD工法施工時，每步的臺階長度都應控制，一般為5～7 m。為了穩(wěn)定工作面，往往與預注漿等輔助施工措施配合使用，采用人工鉆爆開挖、機械出渣的方式。

3.4 淺埋暗挖施工方法

(1)主要輔助加固措施為超前管棚(注漿)支護或超前小導管(注漿)支護、臨時仰拱或臨時支護、注漿加固。

(2)超前小導管施工參數(shù)。

①小導管采用φ50鋼管制作，鋼管一端做成錐狀，管體部分梅花型開設φ10孔徑的擴散孔。

②小導管單根長度為5 m，外徑50 mm，壁厚5 mm，縱向搭接長度為1.5 m，工字鋼鋼架間距為60 cm。

③小導管的安設采用鉆孔打入法，打設需從工字鋼鋼架腹部穿過，沿拱部120°范圍布設，環(huán)向間距30 cm，外插角(仰角)約5°～10°范圍。

④小導管注漿材料為水泥漿液，水灰比(重量比)為1∶1。

⑤小導管注漿前，必須進行試注以確定注漿參數(shù)，注漿壓力為0.5～1 MPa，擴散半徑不小于0.25 m。

(3)管 棚。

①管棚采用每節(jié)長4～6 m的熱軋無縫鋼管以絲扣連接而成，直徑108 mm，壁厚6 mm，鋼管中心間距為80 cm。

②根據(jù)該隧道地質(zhì)情況及設計要求，長管棚長度一般為10～60 m，搭接長度為5 m。

③管棚通常采用水平液壓頂管機或水平導向鉆機施做。

3.4.1 隧道淺埋段開挖

(1) 隧道淺埋段開挖時，應先行對開挖輪廓范圍進行加固并做好初期支護。

(2) 隧道開挖時，必須保持各開挖階段圍巖及支護的穩(wěn)定性。

(3)開挖作業(yè)要嚴格按設計輪廓線進行，輪廓線要圓順。開挖斷面的中線、高程應符合設計要求。

(4)對于隧洞超挖、塌方必須采用耐久、耐腐蝕的材料回填，并認真做好回填注漿。

(5)在地層條件較差時，開挖后應及時噴射混凝土封閉掌子面。如遇特殊情況、暫停作業(yè)時間較長時，必須采取加強封閉措施。

3.4.2 噴射混凝土

(1) 噴射混凝土使用的攪拌機、噴射機、空壓機、輸料管及供水系統(tǒng)在混凝土噴射前應調(diào)試正常。

(2) 噴射混凝土配合比須準確，外加劑摻量滿足設計和施工需要并應拌和均勻，隨伴隨用。

(3) 噴射混凝土應緊跟開挖工作面及時施作，縮短開挖面暴露的時間，使其與工作面圍巖密貼。

(4) 噴射混凝土應從低向高均勻分層噴射，不宜太快或太慢。噴射效果應達到表面平整、圓順、光滑、無干斑或流淌滑墜現(xiàn)象。

(5) 噴層分層厚度按設計要求嚴格執(zhí)行，噴射應密實，不得有空鼓、漏筋、脫落、裂縫等，滲漏水處必須進行處理。

3.4.3 型鋼鋼架

(1)型鋼鋼架的加工必須符合設計要求的強度、剛度及結構尺寸。

(2)首榀型鋼鋼架加工完成后應進行試拼，當各部尺寸符合要求后，方可進行批量生產(chǎn)。

(3)型鋼鋼架安裝應穩(wěn)固、準確、對稱。

(4)型鋼鋼架的環(huán)向連接一般采用連接鋼板對拼螺栓，縱向連接采用鋼筋搭接方式。

(5)鋼筋網(wǎng)通常選用φ6～φ8鋼筋制作，鋼筋網(wǎng)格間距宜為20 cm，網(wǎng)片搭接長度不得小于20 cm，網(wǎng)片與型鋼鋼架聯(lián)結應牢固。

(6)初期支護的背后注漿。

①初期支護的背后注漿是為了填充初期支護背后的空隙及加固圍巖，從而減少洞頂沉降，控制拱部變形，封堵洞頂滲水。

②注漿鋼管一般選用φ32鋼管，管長0.8 m，在拱頂預埋或打孔埋管，起拱線以上環(huán)向布設。

③初期支護的背后注漿應緊跟開挖面，一般宜距5 m進行。背后注漿終壓為0.5 MPa，漿液擴散半徑為1.4～1.8 m，注漿速度不小于50 L/min。

④初期支護的背后注漿一般選擇水泥砂漿與普通水泥漿。

(7)防水層。

①防水層的施工應在初期支護基本穩(wěn)定并經(jīng)驗收合格后施作。

②防水層的鋪設必須在無水條件下進行，如有滲水，應采取有效措施予以處理。

③防水層的鋪設沿隧道環(huán)向由拱頂向兩側依次鋪貼平順并與基面固定牢固，其搭接長度不應小于15 cm。

④混凝土施工縫和變形縫的施工以及穿墻管的處理等必須符合設計要求。

(8)二次襯砌混凝土。

①二次襯砌混凝土灌注采用定型鋼模臺車。

②拱頂模板應設置混凝土灌注口，并應預留10～30 mm沉降量。

③二次襯砌混凝土的坍落度、和易性必須滿足配合比設計要求。

④側墻和拱頂混凝土泵送過程中需密切關注混凝土對模板的沖擊影響，以防爆管或脹模，兩側應對稱澆筑，輔以附著式振搗器振搗。

(9)二次襯砌的背后注漿。

①二次襯砌的背后注漿是填充二次襯砌與初期支護之間的空隙，同時封堵滲水。一般在二次襯砌混凝土強度達到設計強度75%后進行。

②二次襯砌混凝土結構施工時，應在拱部預留注漿孔。

③注漿孔一般沿隧道拱頂布設，縱向間距以5 m為宜。

④注漿材料一般選用微膨脹水泥砂漿或自流平水泥漿。注漿壓力一般不大于0.2 MPa，漿液擴散距離為2～3 m。

4 結 語

筆者以淺埋暗挖法在某鐵路隧道淺埋段施工中的應用為例，對淺埋暗挖法施工技術加以介紹，主要內(nèi)容包括淺埋暗挖法施工原理、施工原則、各工序關鍵施工技術要求、施工參數(shù)。同時，闡述了淺埋暗挖法的主要輔助加固措施，對淺埋暗挖工法施工技術要領進行了簡要的解析。

(責任編輯：李燕輝)

2017-02-06

U215.1;U215.7;U215.3;[U25]

B

1001-2184(2017)02-0041-03

潘艷軍(1985-)，男，甘肅隴南人，項目工程部副部長，工程師，從事鐵路工程施工技術與管理工作；

蔡曉斌(1988-)，男，四川岳池人，安質(zhì)部副部長，助理工程師，從事鐵路工程施工技術與管理工作.