鐵路淺埋偏壓隧道護(hù)拱法技術(shù)研究

候金鵬

(中鐵十八局集團(tuán) 市政工程有限公司,天津 300222）

1 引言

修建鐵路隧道時(shí)經(jīng)常遇到淺埋、偏壓等特殊地段。在遇到類似工程情況時(shí)，及時(shí)選取合理、經(jīng)濟(jì)、有效的解決方案至關(guān)重要。

2 案例分析

2.1 工程概況

玉磨鐵路某隧道縱斷面見圖1。該隧道為標(biāo)段重難點(diǎn)工程，起訖里程為DK261+615～DK265+085。本隧道為雙線隧道，隧道全長3470m，其中Ⅲ級圍巖193m，Ⅳ級圍巖1187m，Ⅴ級圍巖2046m，隧道設(shè)進(jìn)口、出口2個(gè)施工單元，2個(gè)工作面。

圖1 隧道縱斷面圖

洞身穿越白堊系下統(tǒng)曼崗組（K1m）砂巖、泥巖、礫巖，強(qiáng)風(fēng)化，以軟質(zhì)巖為主，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，受區(qū)域性構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅴ級圍巖。該段屬于淺埋段，拱頂以上埋深7～10m。隧區(qū)屬中山地貌，山間淺溝發(fā)育，地形波狀起伏，地面高程1280～1480m，最大高差200m，自然橫坡15°～45°，進(jìn)出口邊坡較陡。丘坡上覆土層較薄，基巖部分裸露，植被茂密。

隧區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q[4](ml)）碎石土、滑坡堆積層（Q[4](del)）、坡洪積層（Q[4](dl+pl)）、坡殘積層（Q[4](dl+el)）粉質(zhì)黏土，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)曼崗組（K[1]m）砂巖、泥巖、礫巖、景星組（K[1]j）泥巖夾粉砂巖、石英砂巖及斷層角礫（Fbr）。

隧區(qū)位于青藏滇緬印尼“歹”字型構(gòu)造中段的東支哀勞山西側(cè)及永平-思茅槽地的東南部，構(gòu)造行跡屬于經(jīng)向構(gòu)造體系。段內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，發(fā)育有正興向斜、白廟斷層。受構(gòu)造影響，隧區(qū)巖石節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，牽引褶曲較發(fā)育，產(chǎn)狀變化較大。隧區(qū)內(nèi)地表水主要為地表季節(jié)性溝水，均屬瀾滄江水系，由大氣降水補(bǔ)給，流量受季節(jié)控制明顯，雨季水量較大，旱季相對較小。

該隧道DK265+045～DK265+085段為淺埋偏壓段，襯砌頂部露出地表最大值約為5m，屬于“地形偏壓”；詳見圖2。

圖2 淺埋段埋深最淺（DK265+080）橫斷面圖

2.2 方案比選

對于淺埋偏壓隧道，目前國內(nèi)外對偏壓邊坡的加固處理方法較多，常見處理方法有:削坡減載法、護(hù)拱法、回填反壓法、地表注漿法、設(shè)置抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨桿和混凝土擋墻等，本隧道“地形偏壓”段原設(shè)計(jì)采用6%水泥土回填反壓，暗洞法施工，線路左側(cè)高邊坡采用錨索加固防護(hù)[1]。

通過對施工安全風(fēng)險(xiǎn)、工期、環(huán)境影響及費(fèi)用進(jìn)行對比分析，削坡減載法及地表注漿法安全風(fēng)險(xiǎn)較大，而抗滑樁及擋墻加固措施不僅成本較高，且施工難度大，所以均不適合[2]；進(jìn)一步對護(hù)拱法（回填反壓及錨索加固輔助）與水泥土反壓回填法（錨索加固輔助）作對比分析，最終確定采用“護(hù)拱法（回填反壓及錨索加固輔助）+三臺階臨時(shí)仰拱”的解決方案，見圖3。

圖3 護(hù)拱法（回填反壓及錨索加固輔助）+三臺階臨時(shí)仰拱防護(hù)方案圖

2.3 護(hù)拱方案

護(hù)拱段施工工序：施工準(zhǔn)備→地表清理、截水溝施工→拱腳地基夯實(shí)→護(hù)拱施工→護(hù)拱段隧道開挖、初支施工→仰拱、二襯施工[3]。

（1）護(hù)拱厚60cm，采用C30混凝土；在護(hù)拱內(nèi)側(cè)設(shè)I18工字鋼，保護(hù)層厚5cm，鋼架間距1m/榀，縱向利用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距80cm；兩側(cè)護(hù)拱基礎(chǔ)為C35鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)（寬1m，厚30cm），并采用2m長Φ22砂漿錨桿（按0.5×0.5m的梅花型布設(shè)）將其錨入基巖。護(hù)拱橫斷面圖見圖4。

圖4 護(hù)拱橫斷面圖（長度/cm）

（2）護(hù)拱基礎(chǔ)地基承載力[4]不小于500kPa。

（3）施工作業(yè)期間加強(qiáng)邊仰坡的監(jiān)控，每日測量不少于2次；

（4）邊仰坡防護(hù)及排水措施按照設(shè)計(jì)先行施工完成。

2.4 護(hù)拱方案的實(shí)施

依據(jù)設(shè)計(jì)坡率對邊坡定位放線，由上至下開挖，并施作錨網(wǎng)噴臨時(shí)防護(hù)。開挖至護(hù)拱拱腳擴(kuò)大基礎(chǔ)平面后，按設(shè)計(jì)要求對線路左側(cè)邊坡施作錨索防護(hù)，錨索為3φl5.24mm，長18m，按3×3m的梅花型布設(shè)，及時(shí)進(jìn)行錨墩施工并張拉錨索，錨索設(shè)計(jì)噸位40OKN[5]，見圖5。

圖5 錨索圖

2.4.1 護(hù)拱施工

（1）在護(hù)拱范圍進(jìn)行初支施工，采用I22鋼架，間距0.6m/榀，縱向Φ22鋼筋連接，在每榀鋼架的拱腳位置布設(shè)2根φ42mm×3.5mm×4m的無縫鋼管進(jìn)行鎖腳，噴射28cm厚的初支混凝土，見圖6。

圖6 淺埋段初支圖（鋼架及噴砼）

（2）護(hù)拱外模骨架鋼架施工時(shí)（I18工字鋼，間距1m/榀），拱腳落于擴(kuò)大基礎(chǔ)上，鋼架由Φ22鋼筋縱向連接牢固，鋼筋環(huán)向間距80cm；施作護(hù)拱外模環(huán)向骨架鋼筋，鋪設(shè)木模板;分兩段澆筑DK265+045～DK265+085段護(hù)拱（60cm厚C30混凝土，保護(hù)層厚5cm）。

2.4.2 護(hù)拱段開挖、二次襯砌及時(shí)施作

護(hù)拱段隧道采用“三臺階+臨時(shí)仰拱法”開挖及支護(hù)[6]，施工步序圖見圖7，開挖斷面見圖8。嚴(yán)格執(zhí)行“弱爆破，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù),早封閉，勤量測”的原則；及時(shí)施作二次襯砌，拱墻及仰拱分別采用65cm、70cm的C35鋼筋混凝土澆筑。

2.4.3 回填及地表處理

（1）護(hù)拱襯砌外表面涂刷2mm厚水泥基滲透結(jié)晶涂料，之后施工5cm水泥砂漿保護(hù)層[7]；

（2）施作護(hù)拱段排水體系（布設(shè)縱橫向波紋管，施作無砂混凝土反濾層），之后采用改良土分層回填及夯實(shí)（回填至拱頂以上100cm）,人工夯實(shí)每層厚度不大于25cm，機(jī)械夯實(shí)每層厚度不大于30cm；在回填面表層設(shè)置50cm的粘土隔水層，由線路左側(cè)向線路右側(cè)設(shè)置斜向排水坡；

（3）施作鋼筋混凝土排水溝，順接至原沖溝。

2.4.4 監(jiān)控量測

按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對淺埋段洞內(nèi)外進(jìn)行監(jiān)控量測，該段洞內(nèi)每3m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面布設(shè)7個(gè)相鄰間距為3m的監(jiān)測點(diǎn)；洞口地表部位設(shè)置5個(gè)環(huán)向監(jiān)測斷面，斷面相距3m，每個(gè)斷面布設(shè)7個(gè)相鄰間距為2m的觀測點(diǎn)[8]。

監(jiān)測工作從正洞開挖到該段二次襯砌施工完成為止，其中沉降最顯著的監(jiān)測點(diǎn)位于DK265+080的位置，其日沉降最大值為3mm,累計(jì)最大沉降值為35mm,對應(yīng)沉降散點(diǎn)布置圖見圖11；在施工過程中，該淺埋段無預(yù)警情況發(fā)生。

圖7 三臺階臨時(shí)仰拱法施工步驟圖

圖8 三臺階臨時(shí)仰拱開挖斷面圖

圖9 累計(jì)沉降值-量測時(shí)間散點(diǎn)線圖

3 結(jié)語

(1)隧道淺埋段已順利完成二次襯砌，隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)正常，實(shí)踐證明，采用“護(hù)拱法”處理“地形偏壓”是可行的；

(2)該段護(hù)拱發(fā)揮的功能有：防落石；防沖溝流水滲入到隧道洞內(nèi)；與邊坡錨索配合抵抗圍巖偏壓；節(jié)約施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度；

(3)雖然護(hù)拱技術(shù)在理論上能夠抵抗偏壓，但可能由于拱腳擴(kuò)大基礎(chǔ)的尺寸或布設(shè)位置不到位，導(dǎo)致其喪失此功能，并且也可能引起在正洞暗挖過程中，因護(hù)拱拱腳脫空致使護(hù)拱傾覆的情況發(fā)生，所以護(hù)拱技術(shù)特別是護(hù)拱基礎(chǔ)工藝仍需根據(jù)實(shí)際工程狀況進(jìn)一步完善。