隧道橋臺長距離進暗洞綜合施工方案探討

李 駿 陽

(四川鐵盛工程勘察設計有限公司，四川 成都 610031)

1 概述

隧道遵循早進晚出，強調隧道洞口施工是整個工程重要的節(jié)點工程，且洞口段埋深一般較淺，地層巖性較差，為施工高風險地帶，施工中易發(fā)生如洞口塌方、地層滑坡等事故，故有必要加強洞口初期支護及二襯結構形式[1]。TB 10003—2016鐵路隧道設計規(guī)范(后文簡稱《規(guī)范》)指出，橋隧相連的洞口設計綜合考慮地形、地質條件、橋梁結構等因素并應符合下列要求，橋臺進洞段隧道內凈空尺寸應滿足橋梁結構、橋梁架設及維修要求；合理設計橋隧連接方式及施工工序等[2]。

2 工程概況

2.1 工程簡介

某隧道為雙線隧道，設計時速為350 km/h，全長約1.7 km，隧道進口端為橋臺進洞大斷面，且洞口段地基基礎位于岸坡穩(wěn)定線以內。

2.2 工程地質概況

3 初始設計方案

3.1 設計思路

該隧道為雙線隧道，隧道洞口因線路高程較長距離位于岸坡穩(wěn)定線范圍內，為保證隧道施工及運營期間安全，擬采用分層放坡開挖方式，邊坡采用錨桿框架梁護坡防護，且地表自然坡度較陡，洞頂上方分布于危巖落石，洞口施工前，對危巖采取清除及嵌補措施。

洞口左側地基基礎部分位于黏土及碎石土，位于岸坡穩(wěn)定線范圍內，存在大斷面開挖、澆筑大體積混凝土、高邊坡以及基礎穩(wěn)定等問題，為解決以上問題，設計綜合考慮給出以下施工方案及建議。

3.2 邊坡防護設計

邊坡采用分層放坡開挖方式，洞口左側臨時邊坡為黏土及碎石土，為確保施工安全，該側臨時邊坡采用φ76鋼管樁注漿加固(如圖1所示)，鋼管樁長5.0 m/根，間距為1.5 m×1.5 m，梅花形布置，漿液為1∶1水泥漿液，注漿壓力擬為0.3 MPa～0.5 MPa，并采用錨噴支護，噴C25混凝土厚12 cm，Φ8鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距20 cm×20 cm，φ22砂漿錨桿長2 m～5 m，間距1.0 m×1.0 m，梅花形并沿高度增長布置。

洞口永久邊坡采用錨桿框架梁防護，框架內噴混植生綠化的防護措施，φ32錨桿長8 m，框架節(jié)點間距3 m，正方形布置。

3.3 大體積混凝土

施工中明洞、暗洞結構及橋臺圬工量較大，施工時應考慮大體積混凝土澆筑的影響，可采取低水化熱混凝土、降低混凝土入模溫度以及預埋冷水管等措施，避免結構開裂。

3.4 地基基礎設計

為滿足地基承載力要求，設計采用35根d=1.25 m的鉆孔灌注樁，按矩形布置，具體見表1,圖2。

表1 鉆孔樁參數(shù)表 m

4 優(yōu)化后方案

4.1 總體方案

結合初始設計方案，未考慮大開挖對地表植被大面積破壞，對地表危巖地層圍巖擾動以及開挖圬工量較大等的影響，不符合隧道“早進晚出”設計原則，且施工風險較大。

結合以上風險因素，考慮明洞洞門結合橋臺進暗洞設計方案，護橋暗洞段采用三臺階法加臨時橫撐施工工序，以減小施工安全風險，具體見圖3，圖4。

4.2 暗洞段優(yōu)化后施工工法

施工時應結合現(xiàn)場實際地質情況，采用弱爆或控爆開挖，具體施工工序如下：

1)進行開挖前，應事先做好超前支護措施，對第①部分進行開挖，對該部分施作鋼架及錨網(wǎng)噴支護：開挖后，首先噴射混凝土，架立鋼架，并清理整平拱腳處，保證鋼架基腳落到實處，及時打設鎖腳錨管并注水泥漿，再按設計要求進行復噴。當鋼架與初噴混凝土沒有達到貼合緊密要求時，可采用混凝土墊塊楔緊空隙處；再進行系統(tǒng)錨桿打設，采用Ⅰ20a型鋼對該部分底部設置臨時橫撐支護(設置方式為每間隔2榀鋼架，底部設Ⅰ20a型鋼臨時橫撐)。

2)對第②部分進行開挖，進行直邊墻初期支護：按設計要求進行混凝土初噴，鋼架架立(必要時采用φ22砂漿錨桿進行定位處理)，及時打設鎖腳錨管并注水泥漿，再按設計要求進行復噴，再進行系統(tǒng)錨桿打設。

3)對第③部分，進行直邊墻初期支護，支護方式及注意事項混凝土第②部分開挖支護，后采用Ⅰ20a型鋼對以上②③部分底部設置臨時橫撐支護(設置方式為每間隔2榀鋼架，底部設Ⅰ20a型鋼臨時橫撐)。

4)對第④部分進行開挖，進行直邊墻初期支護：按設計要求進行混凝土初噴，鋼架架立(必要時采用φ22砂漿錨桿進行定位處理)，及時打設鎖腳錨管并注水泥漿，再按設計要求進行復噴，再進行系統(tǒng)錨桿打設。

5)對第⑤部分進行開挖，進行直邊墻初期支護：按設計要求進行混凝土初噴，鋼架架立(必要時采用φ22砂漿錨桿進行定位處理)，及時打設鎖腳錨管并注水泥漿，再按設計要求進行復噴，再進行系統(tǒng)錨桿打設。

6)開挖至設計底標高后，對開挖斷面底部進行初期支護：按設計要求進行混凝土初噴，鋼架架立(必要時采用φ22砂漿錨桿進行定位處理)，及時打設鎖腳錨管并注水泥漿。

7)在第⑤部分施工完成，并對基底進行清渣處理后，立即灌注(Ⅵ)部底板與邊墻基礎。

8)施工中加強監(jiān)控量測，及時反饋并分析結果，確定何時施作二襯結構，臨時橫撐的拆除對開挖后鋼架穩(wěn)定的影響，最后采用模板臺車，對第(Ⅶ)部分襯砌結構進行澆筑。

4.3 施工注意事項

1)隧道施工應堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則[3]。

2)采用臺階法施工時，上部臺階開挖間隔應按不大于1榀鋼架間距要求嚴格控制每循環(huán)開挖進尺；邊墻開挖間隔，應按不大于2榀鋼架間距要求嚴格控制每循環(huán)開挖進尺；對鋼架進行鎖腳錨桿打設，并注水泥漿液后，方可進行底部底板開挖[4]。

3)鋼架架立應嚴格按設計要求進行施工，拱腳處設置混凝土墊塊或墊板，大邊墻結合現(xiàn)場實際情況，可采用墊槽鋼等方式，保證鋼架穩(wěn)定，以防止鋼架變形破壞等。對洞口段施工時，因埋深淺、圍巖破碎，應合理安排施工步序，盡量避免連續(xù)交叉作業(yè)，防止施工人員作業(yè)時，破壞已完成或完成后待養(yǎng)護的結構，以保證安全。

4)設置Ⅰ20a型鋼為臨時橫撐，其采用鋼墊板與鋼架接頭處可靠連接(鋼墊板尺寸為(長×寬×厚)：26 cm×30 cm×1.6 cm)。

5)當圍巖破碎，開挖后極易造成圍巖失穩(wěn)，可結合現(xiàn)場實際情況，采取三臺階加臨時橫撐法與預留核心土的施工工法相結合的方式進行施工。當初期支護中，鋼架出現(xiàn)基腳下沉或移動時，可在原有臨時橫撐設置的基礎上，適當減小橫撐間距，拱腳處可采取局部擴大處理措施，必要時增設斜向支撐。當拱頂出現(xiàn)拱頂下沉量過大時，結合現(xiàn)場施作條件，可采用雙側壁導坑法增加臨時豎撐，以保證安全。

6)本隧洞口暗挖段均采用復合式襯砌，現(xiàn)場施工時，施工單位應按有關國家、地方規(guī)范、規(guī)定及相關圖紙設計的要求，對地表及洞內加強監(jiān)控量測措施并及時反饋、分析，當監(jiān)測結果異常時，應分析原因，并及時反饋設計及相關各方，以保證安全。并據(jù)此分析二襯澆筑的時機，以及初期支護、加強支護等參數(shù)設置的合理性。對于特殊巖土及危巖落石、斷層及岸坡穩(wěn)定線影響的不良地質地段，嚴禁初期支護長時間暴露，并及時施作二襯結構，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力的同時，保證結構自身的安全和穩(wěn)定。

7)開挖下臺階時不能全部一次性揭完，下臺階應錯位開挖，確保上臺階鋼架穩(wěn)定。

5 結論及建議

1)隧道橋臺進暗洞情況，在工程隧道設計中較為普遍，結合實際工程情況，對于因特殊地質原因且線路調整較為困難，如洞口段地基基礎較差、地表有危巖落石等不良地質因素影響，橋臺進暗洞距離較長，若采用明挖放坡開挖，不經濟，不合理，采用暗挖結合臺階法設臨時橫撐能較好的降低施工成本及減少地表植被破壞，且施工風險相對較低。

2)橋臺進暗洞距離過長時，同時也存在暗洞施工作業(yè)困難，施工步序相對復雜，施工時宜結合隧道實際情況及工期安排統(tǒng)籌考慮，避免連續(xù)交叉作業(yè)，降低施工效率。

3)暗洞包橋臺邊墻一般開挖高度較高，施工風險較高，易造成邊坡失穩(wěn)、圍巖坍塌等災害，施工前需及時做好支護措施，加強暗挖段超前地質預報，提前做好應急措施，以保證安全。

4)護橋明暗洞襯砌結構斷面較大，加強支護采用的鋼架較多，且安裝定位要求較高，施工需注意精確控制，做好鋼拱架接頭連接，及時打設鎖腳，必要時采取注漿措施，以防止鋼拱架下沉。

5)橋臺進暗洞施工，因斷面開挖較大，可考慮采用CRD法代替三臺階法設臨時橫撐工法，此方法在圍巖穩(wěn)定性較差情況，更利于隧道開挖安全，且對于施工交叉干擾較小，但施工前宜結合地質圍巖情況，合理選用施工工法。