軟弱圍巖隧道淺埋段施工技術(shù)在鐵路隧道工程中的應(yīng)用

吳禮亮

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 工程概況

東源隧道位于廣東省河源市東源縣黃田鎮(zhèn)，止于東源縣義合鎮(zhèn)古屋廠，線路近西南走向（約233°）。隧道全長5066.5m，隧道進出口里程分別為DK250+685、DK255+751.5。線路穿越丘陵區(qū)，沿線地形標(biāo)高90.05～250.75m，測區(qū)最高標(biāo)高250.75m，地形起伏較大，最大相對高差約160.7m。隧道DK254+724.877～出口位于左偏曲線上，隧道從進口至出口設(shè)置“人”字坡，變坡點里程DK254+550。本隧道按進口、出口組織施工，共2 個分部2 個工作面組織施工。隧道進口位于丘陵區(qū)一條沖溝內(nèi)，縣道X154 至洞口約1km 需新修便道，洞口距離黃田鎮(zhèn)高速出口1.5km；隧道出口位于縣道X154 外2km，一鄉(xiāng)村道路可達，交通較為便利。

2 軟弱圍巖隧道淺埋段施工特點與難點

2.1 施工特點

針對隧道圍巖薄弱、地表軟弱堆積物和地面風(fēng)化帶等多類地質(zhì)環(huán)境，只能選取軟弱圍巖隧道淺埋段的施工技術(shù)，而且在實際施工過程中會面臨地表裂縫、開挖困難、凈空收縮、地面拱頂下落等問題，要想保證隧道施工的高質(zhì)量和工程順利開展，需要借助掌子面穩(wěn)定技術(shù)和地表下沉控制技術(shù)展開操作。對于埋深較淺的隧道，在施工時容易出現(xiàn)地面下沉現(xiàn)象，為了預(yù)防該現(xiàn)象的發(fā)生應(yīng)利用垂直錨桿和液壓柱等裝置。此外，隧道施工會受到地表構(gòu)造物、地表水及地表載荷的影響，因此需要加大監(jiān)管力度，制定對應(yīng)措施消除以上因素的干擾。

2.2 施工難點

1） 在軟弱圍巖隧道淺埋段施工中，由于軟弱圍巖自身的穩(wěn)定性不好，必須依據(jù)外在支護方式進行加固，需要注意的是，在選取支護方式時一定要分析實際工程特征，選擇最佳支護方式以強化圍巖的穩(wěn)定性[1]，一旦選取錯誤的支護方式不但起不到圍巖支護作用，而且會加大隧道坍塌的發(fā)生率，危害施工人員的生命安全。因此，支護方式的選擇也可視為軟弱圍巖隧道淺埋段施工過程的重要環(huán)節(jié)，會在一定程度上強化工程質(zhì)量和節(jié)約工程成本。

2） 地表水也會對圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾，地表水不斷流入隧道會造成圍巖移動和變形，直接性地影響施工進度，基于此，需要在施工前提下及時做好排水體系檢查工作。

3） 軟弱圍巖隧道淺埋段施工的斷面處空間過小，大型施工裝置無法深入隧道內(nèi)部，為此應(yīng)該在隧道內(nèi)部進行支護措施，減小對施工空間的占用面積，保障隧道施工順利開展。

3 軟弱圍巖隧道淺埋段施工技術(shù)在鐵路隧道工程中的應(yīng)用

3.1 洞口工程施工工藝

1）明挖段開挖及防護，洞口土方開挖須避開雨季施工[2]。開挖前先清除坡頂以外的孤石和不穩(wěn)定的崩落堆積體，再施工截水溝、天溝等排水系統(tǒng)，然后進行開挖。洞口段施工大管棚時洞口開挖應(yīng)分層下挖并預(yù)留臺階，臺階高度結(jié)合大管棚施工需要確定，明暗交界處施工大管棚。明挖段開挖應(yīng)自上而下逐層進行，隨開挖隨噴混凝土進行邊、仰坡防護。

2） 截水天溝施工，施工前采用人工逐一排除崩塌、落石等安全隱患，避開雨季施工。在坡頂部平臺修筑截水天溝以攔截地表水，水溝中線離坡口線距離≥5m，排至地勢較低處。水溝采用C25 混凝土現(xiàn)澆，靠近洞口側(cè)高度60cm，遠離洞口側(cè)高度根據(jù)地形而定，最大高度≤150cm。

3） 導(dǎo)向墻施工，隧道口采用混凝土套拱作為長管棚的導(dǎo)向墻，套拱內(nèi)埋設(shè)2 榀I18 工字型鋼鋼架，鋼架與管棚孔口管焊成整體。導(dǎo)向墻縱向?qū)?.0m，厚1.0m，采用C20 混凝土澆筑。進口洞口段明暗交界暗洞設(shè)計為Vc 圍巖，采用HW175 型鋼支護，設(shè)計采用三臺階臨時仰拱法施工；出口洞口段明暗交界暗洞設(shè)計為Vb 圍巖，采用I22a 型鋼支護，設(shè)計采用三臺階臨時仰拱法施工。開挖支護施工工序為：測量放樣→暗洞開挖左上臺階→人工清理導(dǎo)向墻砼面→安裝上臺階鋼架→噴射砼至設(shè)計厚度→下一循環(huán)施工。

4） 洞門及洞口段襯砌施工，本隧道進口由明暗交界DK250+777、出口由明暗交界DK255+735 段進洞，進口明洞、出口洞門于暗洞完成后再進行澆筑。在暗挖段開挖及拱、墻初期支護完成≤35m 前，進行暗挖段仰拱整體澆筑，完成仰拱基底處理后澆筑洞門及洞口明挖段仰拱襯砌混凝土。為確保洞口穩(wěn)定，隧道掘進能得到快速施工的可靠保證，洞口段襯砌施工的總要求是：及早完成洞門和暗洞9～12m 左右的全斷面襯砌混凝土，再按既定工藝順序進行洞身暗挖施工。

5） 洞口襯砌、防排水及回填，洞口明挖段采取分段施工，采用一次性整體澆注，不留環(huán)向施工縫。洞門結(jié)構(gòu)采用多組合防水措施，襯砌外設(shè)置外粘EVA 防水板、用M10 砂漿保護、采用粘土隔水層。洞口明挖段回填采用10%水泥土或碎石土夯填密實，壓實度≥0.8，粒徑≤0.15m，并不得含石塊、灰碴及有機物，也不得采用帶有膨脹性的黏土及全風(fēng)化花崗巖；回填施工均勻?qū)ΨQ進行、分層夯實，兩側(cè)回填高差≤0.5m，人工分層厚度≤0.5m，機械夯實煤層厚度≤0.3m；坡面設(shè)置完整擋水板與骨架圬工形成橫平豎直的流水槽系統(tǒng)，回填土層內(nèi)設(shè)排水孔，直接流入坡面流水槽。

3.2 暗洞施工工藝

此部分為超前小導(dǎo)管施工，具體施工方法為：

1） 導(dǎo)管的加工制作。小導(dǎo)管按設(shè)計要求分別采用Φ42壁厚3.5mm 和Φ50 壁厚5mm 無縫鋼管加工，導(dǎo)管的管口位置設(shè)Φ6 鋼筋加強環(huán)，鋼管前段0.3m 范圍內(nèi)不鉆孔，其余部分每隔15cm 鉆孔，孔徑10mm，梅花形布置，前端加工成錐形。小導(dǎo)管加工詳見圖1 注漿小導(dǎo)管加工圖。

2） 鉆孔與頂進。開挖前沿拱部開挖輪廓線外10cm 標(biāo)出孔位，采用YT-28 風(fēng)槍鉆孔，鉆桿直徑比管徑大3～5mm。I型采用Φ42 壁厚3.5mm 無縫鋼管，環(huán)向環(huán)向140°設(shè)置，布置間距50cm，單根長度4.5m，環(huán)向共37 根，縱向水平搭接≥1m；II 型小導(dǎo)管采用Φ42 壁厚3.5mm 無縫鋼管，環(huán)向140°設(shè)置，環(huán)向布置間距40cm，單根長度4.5m，環(huán)向共47根，縱向水平搭接≥1m；雙層小道管采用Φ50 壁厚5mm 無縫鋼管，環(huán)向設(shè)置59 根，環(huán)向布置間距0.3m，單根長度5m，鋼管外插角分別采用40°和5～10°交錯布置，縱向水平搭接≥1.5m。采用帶沖擊的YT-28 風(fēng)鉆將小導(dǎo)管穿入鋼架頂入孔中，錨桿的外露端支承在隨后安裝的鋼拱架上，與鋼架共同組成預(yù)支護體系。用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出，清孔干凈后用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙。

3） 注漿。注漿前先噴射混凝土3～5cm 封閉掌子面作止?jié){盤，注漿順序原則上遵循“先兩側(cè)后中間”、“跳孔注漿”、“由稀到濃”的原則。為防止串漿和跑漿利用分漿器，同時灌注四個小導(dǎo)管。注漿孔位要準(zhǔn)確，定位偏差＜5cm，孔底偏差≤孔深的1～2%。做好鉆孔、注漿記錄，為分析注漿效果提供依據(jù)。注漿施工示意圖見圖2。

4 結(jié)語

軟弱圍巖隧道淺埋段施工是我國隧道施工的一大難點，在具體的施工過程中很容易出現(xiàn)地面下沉、圍巖穩(wěn)定性差等一系列問題，為了高效預(yù)防該類情況的發(fā)生，我國相關(guān)企業(yè)應(yīng)深入研究軟弱圍巖隧道淺埋段施工技術(shù)，分析各類問題出現(xiàn)的原因，同時提出對應(yīng)解決方案，最終保障隧道工程的高性能。