砂卵石地層暗挖隧道近距離下穿既有線施工技術(shù)

陳皓峰

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山西 太原 030032）

鐵路隧道是指專供火車行駛的隧道。山嶺地區(qū)地形復(fù)雜，為保證行車安全，相關(guān)工程人員選擇開挖隧道來改變行車環(huán)境，提高火車牽引力，確保列車安全、順利完成行駛?cè)蝿?wù)。根據(jù)隧道位置不同，交通部門將隧道分為三大類，分別是山嶺隧道、水下隧道以及城市隧道。針對(duì)不同類型隧道，施工人員會(huì)選擇不同施工技術(shù)，借助暗挖施工方式，確保周圍線路正常運(yùn)行以及人們?nèi)粘Ｉ畈皇苡绊憽?/p>

1 工程概況

任山隧道是位于成昆鐵路“峨眉——沙灣”區(qū)間內(nèi)的一條雙線隧道，總長(zhǎng)度960m，最大埋深175m 左右。為方便施工人員進(jìn)行測(cè)試，選擇測(cè)試地區(qū)復(fù)雜度不高，由平原邊緣出發(fā)，經(jīng)斜坡丘陵，轉(zhuǎn)入高山。地面高程在430～620m 之間，實(shí)際坡度在5°～25°之間，局部地區(qū)坡度較大。所選擇區(qū)域多為被墾旱地，無地表植被，并且溝槽等低洼地帶覆土層深度較大。下文詳細(xì)闡述在DK175+298～+258 區(qū)段進(jìn)行下穿既有線施工時(shí)，采用管幕對(duì)既有鐵路進(jìn)行加固的方法以及既有線工程技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，以期為相關(guān)施工人員提供幫助。

2 實(shí)際施工方案

為保證任山隧道DK175+298～+258 區(qū)段施工順利進(jìn)行，施工前，施工人員要初步了解既有溝和既有涵洞，了解周圍的其他線路，分析施工位置水文地質(zhì)信息，并結(jié)合施工安全要求、施工時(shí)間、成本等信息確定最終施工方案。本次施工人員確定的施工方案具體操作如下：施工人員借助注漿孔向既有運(yùn)行鐵路K177+520～+700 區(qū)段路基進(jìn)行注漿加固，增強(qiáng)地層穩(wěn)定性；因富水砂卵石地層自穩(wěn)性較低，施工人員可以借助降水法提高該地層穩(wěn)定性。暗挖隧道過程中，施工人員可以通過管井降水施工法對(duì)地層進(jìn)行二次穩(wěn)固，同時(shí)，也可以將大管棚與超前小導(dǎo)管結(jié)合在一起，以確保地層穩(wěn)定性符合相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際施工中，施工人員選擇CRD 施工方法，即交叉中隔壁法，將隧道區(qū)段分成若干個(gè)獨(dú)立的、互不干擾的小洞室，方便施工人員可以同時(shí)在洞室施工。施工過程中，施工人員必須嚴(yán)格遵守十八字方針，即“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”，目的在于及時(shí)了解相關(guān)施工情況并發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題，嚴(yán)格控制圍巖變形、既有線沉降、地表沉降的情況，保證施工質(zhì)量與施工效率。

對(duì)此區(qū)域進(jìn)行暗挖隧道的施工可以選擇“微臺(tái)階法+臨時(shí)橫撐”相結(jié)合的方式。施工前，需要完成循環(huán)噴10cm 混凝土，使掌子面處于封閉狀態(tài)，在纖維錨桿附近構(gòu)建支護(hù)設(shè)備。構(gòu)建支護(hù)設(shè)備初期，應(yīng)借助施工仰拱來提高拱墻強(qiáng)度，提高襯砌工作的施工質(zhì)量，以保證初期支護(hù)設(shè)備可以形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)以及線路運(yùn)行安全。具體流程如下：

（1）對(duì)管幕及管幕拱腳進(jìn)行水平旋噴施工。

（2）借助噴錨法對(duì)掌子面進(jìn)行加固。需要注意不同的施工點(diǎn)位，其實(shí)際厚度也會(huì)存在一定差異。比如，上臺(tái)階需要使用孔徑90mm、型號(hào)為M20 的水泥砂漿，而掌子面需要使用型號(hào)為C20 的混凝土。

（3）施工前，要檢查支護(hù)設(shè)備，保證施工人員人身安全。施工過程中，要及時(shí)拆除相關(guān)臨時(shí)支撐，避免影響后續(xù)施工。

3 下穿施工簡(jiǎn)介

DK175+298～+258 區(qū)段下穿既有線施工是該隧道施工中的重點(diǎn)內(nèi)容，隧道于DK175+279 下穿既有成昆鐵路正線（既有線里程K177+635）,位于既有成昆線九里至沙灣區(qū)間，夾角約44°，拱頂至既有成昆線軌面高度約4.8m。

3.1 預(yù)處理方案

進(jìn)行砂卵石地層暗挖隧道施工時(shí)，受卵石自身特點(diǎn)（如實(shí)際含量高、粒徑大小不同等）與實(shí)際情況的影響，要求施工人員根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各項(xiàng)施工參數(shù)，并制定出相關(guān)應(yīng)急方案，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，確保下穿施工順利完成。

3.2 施工階段模擬計(jì)算

為保證施工順利進(jìn)行，施工人員應(yīng)在施工前借助信息技術(shù)構(gòu)建三維模型，模擬實(shí)際施工，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工方案中的不足之處。

3.2.1 地層及支護(hù)參數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)

土層的實(shí)際情況會(huì)對(duì)施工方案造成影響，因此，施工人員需先勘測(cè)土層，其中包括土層密度、彈性模量、粘聚力等多項(xiàng)勘測(cè)內(nèi)容。同時(shí)，模擬時(shí)需要嚴(yán)格遵守相關(guān)法律規(guī)定，以確保施工方案合理性。

3.2.2 施工方案確定

施工階段，施工人員需要將模擬測(cè)試數(shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，優(yōu)化既定施工方案，完成下穿操作后，施工人員應(yīng)借助相關(guān)技術(shù)完成滯后沉降控制，以保證實(shí)際施工效率與施工質(zhì)量。施工方案的選擇直接影響實(shí)際施工效果，一定要慎重選擇。為保護(hù)施工人員的人身安全，可選擇支護(hù)施工技術(shù)，其中較為常見的是管幕施工法。

3.3 管幕施工注意事項(xiàng)

施工人員可以使用管幕加工法加固既有線路，施工時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)際施工可使用螺旋出土導(dǎo)向頂管法，不僅要保證鋼管頂進(jìn)速度，還要控制實(shí)際出土量，降低出現(xiàn)大范圍沉降現(xiàn)象的可能性。此外，還應(yīng)在鋼管頂端安裝角度傳感器，確保施工人員及時(shí)了解工作角度，保證施工質(zhì)量。

（2）進(jìn)行管幕施工時(shí)，需向管內(nèi)澆灌型號(hào)為C20 的細(xì)石混凝土，并在管幕端頭設(shè)置回漿孔，對(duì)管間鎖口進(jìn)行充填注漿 。

（3）施工人員必須按照相關(guān)規(guī)定完成量測(cè)項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目完成結(jié)果優(yōu)化施工方案，保證施工質(zhì)量與施工安全。

（4）為提高最下層管幕穩(wěn)定性，施工人員可以在隧道左、右側(cè)最下層管幕下方設(shè)置3 根φ600 水平旋噴樁。

（5）為確保開挖DK175+298 處時(shí)既有線保持穩(wěn)定，可以在既有線路附近增加固樁，提高路基穩(wěn)定性，避免在進(jìn)行管幕工作時(shí)，出現(xiàn)路基坍塌的現(xiàn)象。

（6）新建隧道施工前，可以采用φ76 鋼管樁對(duì)既有成昆線路基體進(jìn)行注漿加固，工作間距1m×1m。多數(shù)情況下，鋼管樁進(jìn)入地層深度應(yīng)在1m 以上，與新建線路交叉部分加固深度應(yīng)高于管幕埋深。

（7）管幕施工開始前，施工人員必須為既有線制定應(yīng)急施工方案，并將制定方案遞交給有關(guān)部門，得到批準(zhǔn)后，再進(jìn)行施工。

（8）施工過程中，施工人員應(yīng)定期檢查，排除遺留的安全隱患，提高線路質(zhì)量。

4 既有線施工技術(shù)簡(jiǎn)介

4.1 既有線加固

暗挖隧道與周圍區(qū)域的施工同時(shí)進(jìn)行，基于此，施工人員應(yīng)使用注漿孔對(duì)穿越段注漿，并在暗挖開始前5d 完成，通過加固既有線來提高線路整體的穩(wěn)定性。注漿時(shí)，施工人員需要使用長(zhǎng)度340mm、直徑299mm、壁厚10mm 左右的鋼管；所用液體為雙漿液，即注漿液內(nèi)部溶液按水泥∶水∶水玻璃=1 ∶1 ∶1 配比，注漿壓力應(yīng)控制在0.5～0.8MPa 之間。

4.2 降水施工

降水施工可以提高砂卵石穩(wěn)定性和整體施工質(zhì)量，其在實(shí)際施工中占有重要位置。具體施工流程如下：

4.2.1 降水井布置

在砂卵石地層中，降水會(huì)導(dǎo)致細(xì)顆粒流失，地層大范圍出現(xiàn)孔洞，發(fā)生既有線沉降現(xiàn)象。為保證降水井可以發(fā)揮自身作用，確保實(shí)際使用效果，施工人員必須慎重考慮降水井位置、深度、內(nèi)部構(gòu)造以及實(shí)際施工方法等因素，避免因降水施工影響地層。施工人員根據(jù)降水理論計(jì)算得知，在此隧道區(qū)域進(jìn)行暗挖施工時(shí)，應(yīng)布置9 口降水井。結(jié)合實(shí)際條件可知，泥巖與地面相差距離32m 左右，降水井深度應(yīng)在中風(fēng)化巖層下方2.5m 處，實(shí)際深度應(yīng)在35m 左右，施工材料應(yīng)選用D500 混凝土管，并采取旋挖鉆施工法，提高施工效率。

4.2.2 實(shí)際效果測(cè)試

實(shí)際施工過程中，施工人員需要重視水位監(jiān)測(cè)工作，確保降水井水位能長(zhǎng)時(shí)間處于隧道底部以下，定期測(cè)量含砂率，保證實(shí)際降水效果。降水井施工完成后，設(shè)置濾水段與暗挖隧道間距在3m 左右，施工人員應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)濾料，濾水網(wǎng)層數(shù)在2～10 層之間，盡最大可能降低細(xì)顆粒流失量。

4.3 超前地層加固

為保證掌子面開挖工作順利進(jìn)行，在暗挖隧道開始前，施工人員應(yīng)加固超前地層，使用大管棚集合超前小導(dǎo)管施工工藝。施工時(shí)，小導(dǎo)管角度應(yīng)在15°～30°之間，大管棚外插角度應(yīng)在5°～10°之間，施工間距10m 左右。實(shí)際施工流程如下：首先完成大管棚的施工，再進(jìn)行小導(dǎo)管下穿。注漿時(shí)，必須遵守由上到下、左右交叉的施工順序。進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)，必須遵守相關(guān)規(guī)定，保證施工質(zhì)量。

4.4 暗挖施工

進(jìn)行暗挖隧道施工時(shí)，施工人員可以選擇上下臺(tái)階法，結(jié)合人工操作與小型機(jī)械設(shè)備兩種方式，當(dāng)完成一小部分挖掘后，必須在周圍建立支護(hù)措施。使用上臺(tái)階挖法時(shí)，施工人員要借助人工風(fēng)鎬完成翻渣；進(jìn)行下臺(tái)階施工時(shí)，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，按照相關(guān)要求使用機(jī)械設(shè)備。

4.5 監(jiān)測(cè)技術(shù)

為保證施工順利完成，施工單位管理人員必須對(duì)施工流程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足之處，相應(yīng)調(diào)整施工計(jì)劃，避免留下安全隱患，影響后續(xù)使用。

4.5.1 既有線監(jiān)測(cè)

在實(shí)際施工過程中，施工人員需采用斷面監(jiān)測(cè)的方式對(duì)既有線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果繪制成表格，用于后續(xù)的觀察分析。

4.5.2 隧道監(jiān)測(cè)

既有線技術(shù)是一項(xiàng)施工技術(shù)，為保證整體施工質(zhì)量與施工效率，管理人員應(yīng)使用信息技術(shù)制定出整體監(jiān)測(cè)方案，對(duì)暗挖隧道整體實(shí)行監(jiān)測(cè)，擺脫時(shí)間與空間的限制，提高實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率和施工質(zhì)量。

4.5.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析

在監(jiān)測(cè)過程中，施工人員應(yīng)及時(shí)處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，便于后續(xù)工作順利開展，具體整理分析流程如下：

（1）施工人員應(yīng)及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制成相關(guān)圖形，比如變形/位移動(dòng)態(tài)曲線、變形速度時(shí)間曲線等，便于施工人員及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。每次監(jiān)測(cè)工作結(jié)束后，施工人員應(yīng)回顧監(jiān)測(cè)過程，整理記錄工作流程。

（2）完成原始數(shù)據(jù)的核實(shí)后，施工人員可以將其當(dāng)做計(jì)算數(shù)據(jù)，借助計(jì)算結(jié)果繪制相關(guān)曲線，方便施工人員查閱使用。

（3）對(duì)所繪制曲線進(jìn)行綜合分析，判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，分析其發(fā)展趨勢(shì)，優(yōu)化工作計(jì)劃。

4.6 全斷面袖閥管注漿加固地層

暗挖隧道過程中，對(duì)于不同的施工位置，施工人員需要選擇不同的施工方法。例如：對(duì)全斷面進(jìn)行地層加固，可采用袖閥管注漿法。袖閥管由PVC外管、鍍鋅注漿內(nèi)管、橡皮套等多部分組成，其只能向管外排漿，無法完成管內(nèi)返漿，屬于單向閉合裝置。在實(shí)際注漿過程中，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況控制注漿量與注漿次數(shù)。需要注意的是，進(jìn)行注漿時(shí)，施工人員需要嚴(yán)格控制施工壓力，以確保袖閥管穩(wěn)定運(yùn)行。如果施工現(xiàn)場(chǎng)受某些特殊因素限制，施工人員可以使用定向斜孔注漿法，完成土體加固。

5 結(jié)語

在砂卵石地層暗挖隧道施工過程中，使用近距離下穿技術(shù)與既有線施工技術(shù)的目的在于保證施工效率與施工質(zhì)量。但由于這兩項(xiàng)技術(shù)較為復(fù)雜，實(shí)際施工容易受外界因素干擾，因此，要求施工人員使用技術(shù)時(shí)，一定要考慮施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，嚴(yán)格遵守相關(guān)施工流程，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工方案，以保證施工順利完成。