高速鐵路偏壓隧道出洞方案

盧明軒

摘 要：文章通過對(duì)京沈客專東伍嶺隧道進(jìn)口出洞工程的分析總結(jié)，重點(diǎn)介紹了偏壓式隧道的反壓處理及洞內(nèi)出洞的施工控制技術(shù)和安全注意事項(xiàng)，工程施工后滿足了施工要求，達(dá)到了預(yù)期效果，為今后類似工程的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：反壓混凝土加固 超前大管棚 出洞 監(jiān)控量測(cè)

1.工程概況

京沈客專東伍嶺隧道進(jìn)口位于河北省承德市安匠鄉(xiāng)，緊鄰承唐高速，由于隧道進(jìn)口段山體十分陡峭近乎于直立山體，不具備進(jìn)洞條件，故在線路左側(cè)設(shè)置一條165m的橫洞進(jìn)行輔助施工。隧道進(jìn)口與安匠跨承唐高速公路大橋沈陽(yáng)端橋臺(tái)對(duì)接，洞口段采用偏壓式明洞襯砌+倒斜切式緩沖結(jié)構(gòu)洞門。如圖1所示為東伍嶺隧道進(jìn)口正面圖。

2.隧道出洞總體施工方案

2.1隧道出洞方案比選

2.1.1洞內(nèi)小導(dǎo)洞出洞

從橫洞向東伍嶺隧道進(jìn)口掘進(jìn)，采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法工法進(jìn)行開挖；采用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)措施加固，在開挖至距離明暗分界30m處，采用 5×6m的小導(dǎo)洞開挖貫通。 小導(dǎo)洞采用I22的工字鋼鋼架加固處理，并施做臨時(shí)仰拱，小導(dǎo)洞貫通后，及時(shí)進(jìn)行洞口邊仰坡開挖防護(hù)，并施工作業(yè)平臺(tái)，確保施工安全，同時(shí)利用施工平臺(tái)從洞外進(jìn)行超前大管棚作業(yè)。然后按照三臺(tái)階臨時(shí)橫撐的施工方法整體出洞。

優(yōu)點(diǎn)：洞內(nèi)小導(dǎo)洞直接出洞，可以節(jié)約工期。小導(dǎo)洞斷面較小對(duì)圍巖的擾動(dòng)輕微，開挖作業(yè)的安全性可以保證，洞外施工大管棚作業(yè)難度較小，施工質(zhì)量可控。

缺點(diǎn)：距離明暗分界線5m左右有一處薄弱帶，圍巖厚度只有2m，施工過程中可能有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，山體為偏壓結(jié)構(gòu)，施工過程中可能造成洞身位移。

2.1.2洞外加固后整體出洞

施工洞外反壓混凝土里程至明暗分界處，反壓混凝土高程超過洞頂高程，對(duì)洞身左側(cè)起拱線處最薄弱處圍巖厚度約2m處進(jìn)行包裹加固處理，從橫洞向東伍嶺隧道進(jìn)口掘進(jìn)， 采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法工法進(jìn)行開挖；采用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)措施加固，在開挖至距離明暗分界 30m 處擴(kuò)大開挖面做管棚工作洞室，從洞內(nèi)施工超前大管棚支護(hù)處理，然后按照采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法工法整體出洞。

優(yōu)點(diǎn)：反壓混凝土能平衡整個(gè)山體的側(cè)向壓力，防止山體的右側(cè)壓力過大，對(duì)整個(gè)洞口造成傾斜位移。洞內(nèi)超前大管棚的施工能保證整個(gè)出洞開挖作業(yè)的安全。

缺點(diǎn)：工期過長(zhǎng)，洞外反混凝土的施工周期過長(zhǎng)。需要進(jìn)行先進(jìn)行樁基處理，189根樁施工完畢需要3個(gè)月時(shí)間，反壓混凝土共15層，18000方左右，施工工期需要2個(gè)月，會(huì)造成洞內(nèi)施工的滯后，洞內(nèi)施工長(zhǎng)管棚需要擴(kuò)大隧道半徑作為工作洞室，且從洞內(nèi)施工管棚灰塵較大，管棚角度難以控制，管棚施工質(zhì)量較差。

綜合以上結(jié)論，最后決定采用方案二進(jìn)行東伍嶺隧道進(jìn)口出洞作業(yè)：洞門基底采用樁基+預(yù)應(yīng)力錨索，樁基背后回填C25混凝土，側(cè)方偏壓段采用回填混凝土作為反壓處理，反壓混凝土基礎(chǔ)采用直徑0.8m的樁基進(jìn)行加固處理；洞門仰坡采用預(yù)應(yīng)力錨索+主動(dòng)防護(hù)；洞門及明洞襯砌回填及反壓混凝土均采用C25混凝土。洞內(nèi)采用超前大管棚超前支護(hù)施工，三臺(tái)階臨時(shí)支撐法進(jìn)行開挖，開挖中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，結(jié)合洞內(nèi)圍巖量測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行信息反饋指導(dǎo)施工，及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)措施，使隧道施工始終處于安全控制之中。具體施工流程如下：洞口底板孔樁→逐級(jí)施作錨索及錨固樁→分段施工反壓混凝土→施工平臺(tái)→洞頂臨時(shí)噴錨→正洞小里程大管棚→開挖及支護(hù)→二襯及仰拱施工→暗洞出洞→明洞及洞門→洞口主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)→明洞及洞門回填→擴(kuò)大門洞。

2.2洞外山體加固處理

（1）在山體承壓側(cè)即線路左側(cè)段以及隧道基底與地面間的部分采用C25混凝土進(jìn)行澆筑回填，澆筑區(qū)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)地形緊密結(jié)合并澆筑密實(shí)?；靥罨炷粱撞捎肅25混凝土換填及樁徑80cm的C35混凝土灌注樁灌注樁加固處理。

（2）隧道基地回填混凝土正面設(shè)置一排直徑150cm，間距2.5m的C35混凝土灌注樁，并在樁間設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索。

（3）原則上所有樁樁基礎(chǔ)入弱風(fēng)化凝灰?guī)r≥2m。設(shè)計(jì)的樁底及樁頂高程依據(jù)地質(zhì)填繪的巖層情況確定，實(shí)際位置應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)槽確定。

（4）樁間設(shè)置腰梁及預(yù)應(yīng)力錨索，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置位置詳見橫斷面圖，錨索長(zhǎng)度25m，錨固段10m，設(shè)計(jì)錨固力500kN。

2.3洞內(nèi)出洞實(shí)施方案

由于隧道進(jìn)口山體垂直陡峭，隧道洞口處于半山腰位置距離地面30m，無(wú)法進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行加固處理。故采用先洞內(nèi)大管棚超前預(yù)注漿的超前支護(hù)施工，隧道施工至距離明暗分界里程30m時(shí)停止掌子面開挖，對(duì)掌子面進(jìn)行整修，形成管棚管棚工作室，同時(shí)網(wǎng)噴封閉掌子面及各臺(tái)階，然后進(jìn)行管棚施工。然后三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法施工出洞，同時(shí)保證安全步距緊跟仰拱、襯砌施工。二襯施工距離仰拱為12m，仰拱距離開挖面≤20m，上臺(tái)階出洞后進(jìn)行邊仰坡刷坡處理，形成一個(gè)穩(wěn)定的洞口支撐體系，再?gòu)亩磧?nèi)至洞外施工中下臺(tái)階，貫通隧道。

2.4洞內(nèi)凈空位移量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)

（1）洞內(nèi)凈空位移量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)，主要采用精密全站儀和反射片，凈空變化量測(cè)應(yīng)以水平測(cè)線量測(cè)為主，斜測(cè)線為輔雙結(jié)合的方式進(jìn)行，利用水平測(cè)線和斜測(cè)線形成的三角形更能準(zhǔn)確的了解圍巖的位移變化情況。量測(cè)拱頂測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相應(yīng)高程差，本次所測(cè)高差與上次所測(cè)高差相比較，差值即為本次沉降值。本次所測(cè)高差與初始高差相比較，差值即為累計(jì)沉降值。

（2）洞外圍巖變形監(jiān)測(cè)：因?yàn)闁|伍嶺隧道進(jìn)口出洞為偏壓式結(jié)構(gòu)，故出洞前利用人工在洞外，洞頂、洞口淺埋區(qū)、承壓區(qū)面等四周布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，布設(shè)間距為2m左右，監(jiān)控兩側(cè)點(diǎn)用錨桿嵌入巖石，外貼反射片。共布設(shè)13個(gè)點(diǎn)，觀測(cè)用全站儀免棱鏡測(cè)量。

（3）監(jiān)控量測(cè)結(jié)果：開挖過程中，嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，及時(shí)施作支護(hù)體系。同時(shí)加強(qiáng)圍巖的監(jiān)控量測(cè)，關(guān)注圍巖變形情況，使所有不安全因素均處于受控狀態(tài)中。凈空變化、拱頂下沉量、及洞外圍巖變形情況測(cè)應(yīng)在每次開挖后12h內(nèi)取得初讀數(shù)，且在下循環(huán)開挖前必須完成。經(jīng)過系統(tǒng)量測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)在開挖過程中，單循環(huán)斷面最大收斂值為13mm，單循環(huán)最大沉降值為9mm，但在24h后趨于收斂無(wú)異常變化。噴射混凝土表面無(wú)裂縫或僅有少量微裂縫，圍巖基本穩(wěn)定。

3.隧道出洞安全注意事項(xiàng)

（1）隧道洞洞身支護(hù)施作后及時(shí)進(jìn)行收斂點(diǎn)和沉降點(diǎn)的布設(shè)，并及時(shí)測(cè)量，隨時(shí)掌握支護(hù)的變化情況，指導(dǎo)和確定下一步支護(hù)類型的確定和二次襯砌施作，要做到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)和施工相結(jié)合，確保萬(wàn)無(wú)一失。

（2）洞口段土、石方開挖環(huán)境復(fù)雜，開挖區(qū)臨近京承高速公路，施工便道，及跨承唐高速特大橋的橋臺(tái)位置，下方有橋梁抗滑樁的施工，爆破前需跟相鄰交叉施工作業(yè)人員做好溝通，做好現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)設(shè)施，圈定爆破施工范圍，放置警戒標(biāo)志。

（3）出洞后應(yīng)及時(shí)做好邊仰坡的穩(wěn)定工作，要及時(shí)對(duì)不穩(wěn)定的圍巖做好清危工作，同時(shí)對(duì)周邊圍巖做好臨時(shí)噴錨加固工作，在進(jìn)行后續(xù)施工。

（4）出洞施工過程中要盡塊保證圍巖封閉成環(huán)，要嚴(yán)格控制步距，盡量做到仰拱距離開挖面≤35m，二次襯砌距離開挖面≤47m。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，東伍嶺隧道進(jìn)口出洞工程共歷時(shí)27個(gè)月，順利完成。文章結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)這種偏壓，地形陡峭的高風(fēng)險(xiǎn)隧道出洞方案及過程進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，為類似工程提供了技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)。

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