厚強(qiáng)風(fēng)化復(fù)雜地層鐵路隧道洞口施工技術(shù)

羅一鑫

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司,山西太原 030000）

鐵路隧道的洞口段施工既是整個(gè)工程的首要環(huán)節(jié)，同時(shí)也對(duì)后續(xù)的洞身施工產(chǎn)生了直接影響，施工單位必須要給予高度的重視。洞口段施工內(nèi)容主要包括支護(hù)處理、洞口開挖、防排水及洞門襯砌等幾部分?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員一方面要按照流程順序，把握好每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)；另一方面，還要做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括洞口變形監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等。一旦發(fā)現(xiàn)有明顯變形或沉降，應(yīng)當(dāng)立即采取措施，保障現(xiàn)場(chǎng)人員安全和工程質(zhì)量安全。

1 工程概況

某鐵路隧道全長(zhǎng)10859m，起止里程為D3K279+820 ～DK290+666。經(jīng)地質(zhì)勘察，該工程區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，其中IV、V級(jí)圍巖占比超過(guò)了85%。洞身穿過(guò)1 條高烈度地震及活動(dòng)斷裂帶，面臨高溫?zé)崴?、突泥突水、危巖落石等不良地質(zhì)。最大埋深達(dá)1215m，屬厚強(qiáng)風(fēng)化地層。

2 鐵路隧道洞口施工技術(shù)

2.1 邊仰坡施工

邊仰坡開挖作業(yè)遵循“自上而下”的順序，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，開挖前需要做好兩項(xiàng)準(zhǔn)備工作：其一是布置截水天溝，起到攔截、排出雨水的作用，防止形成積水并向下滲透，保證邊仰坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。其二是做好邊仰坡的防護(hù)加固。在洞口明暗分界處，對(duì)稱布置4 條預(yù)加固樁。樁體澆筑完畢，并且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，再繼續(xù)下一步的施工。在隧道洞口的拱部處，安裝一條總長(zhǎng)度為35m、直徑為100mm 的超前管棚，沿著洞口上拱內(nèi)部固定，同時(shí)配合使用鋼筋籠完成加固。洞口外部的碎石土邊坡，由于植被較少加上常年雨水沖刷、風(fēng)化作用影響，坡體穩(wěn)定性不理想。在此處通過(guò)布置錨桿框架梁的方式，構(gòu)筑永久邊仰坡防護(hù)體系。在框架梁的格子內(nèi)噴播草種，起到綠化、固結(jié)水土的效果。在本次工程中，于洞口上方支護(hù)了長(zhǎng)70m，高4m 的被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。

2.2 進(jìn)洞施工

考慮到該隧道洞口穿越富水全風(fēng)化花崗巖地層，為保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)順利開展，選擇貫通平導(dǎo)超前降水。在降水完成后，再使用直徑為100mm 的鋼管，進(jìn)行大管棚超前支護(hù)。管棚的環(huán)向間距設(shè)置為40cm，為提高支護(hù)效果還使用了鋼筋籠進(jìn)行輔助加固。在大管棚施工流程中，管棚制作與漿液制備同時(shí)進(jìn)行，在制作基本材料的過(guò)程中，利用鉆孔機(jī)在標(biāo)記好的孔位點(diǎn)上，完成鉆孔并進(jìn)行成孔檢查。經(jīng)檢查鉆孔的直徑、深度、孔斜率等指標(biāo)符合要求后，進(jìn)行清水沖洗。然后在形成的鉆孔上安裝棚管，并設(shè)置止?jié){塞。之后將現(xiàn)場(chǎng)制作好的漿液注入到鉆孔間隙內(nèi)，待漿液凝固后起到加固效果。經(jīng)檢查合格后，完成管尾墊板和縱連構(gòu)件的安裝。整個(gè)流程如圖1 所示。

圖1 大管棚施工流程

2.3 洞口開挖作業(yè)

在邊仰坡處理完畢和洞口管棚超前支護(hù)結(jié)束后，可以進(jìn)行洞口開挖。作業(yè)前，安排專人對(duì)邊坡坡度進(jìn)行復(fù)核，并做好邊坡修整。將坡面松散的土石等清理干凈，營(yíng)造良好的洞口開挖作業(yè)環(huán)境。對(duì)于石質(zhì)邊坡，開挖前要先在合適位置鉆出炮眼，采用爆破方式將大體積的堅(jiān)硬巖石爆破，然后使用挖掘機(jī)、運(yùn)輸車，將石塊運(yùn)出。洞口邊坡要按照分層開挖順序，依次完成。每層開挖時(shí)，都要做好深度觀測(cè)，盡量防止出現(xiàn)超挖的情況。在本次工程中，機(jī)械開挖預(yù)留出20cm 左右，然后替換成人工開挖，解決了超挖問題。

2.4 明洞支護(hù)與防排水

開挖形成洞口后，就需要做好洞門支護(hù)。該工程中采用的是掛網(wǎng)噴錨支護(hù)的方式。為了節(jié)約工期，采用的是一邊開挖、一邊支護(hù)的模式。使用的是直徑為20mm 的砂漿錨桿，每根長(zhǎng)度為4.8m。現(xiàn)場(chǎng)采用梅花形布置，砂漿錨桿的間距為2.0m。在錨桿全部插入后，安排人員對(duì)固定效果以及位置進(jìn)行復(fù)核，確定不存在問題后開始掛網(wǎng)。使用的是直徑為6mm 的鋼筋編制形成的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為16×16cm。掛網(wǎng)之后，使用鋼絲綁扎的方式，將砂漿錨桿與鋼筋籠相接部位固定。做好洞口防水，在錨噴網(wǎng)防護(hù)內(nèi)設(shè)置直徑為150mm，長(zhǎng)度為12m 的傾斜排水孔，斜率為15°，孔口連接長(zhǎng)度為10cm 的打孔波紋管，外包無(wú)紡布，起到過(guò)濾作用，防止排水管堵塞。

2.5 明洞襯砌施工

在明洞仰拱施工時(shí)，要注意預(yù)留一定的空間，滿足襯砌施工的需要。洞口襯砌時(shí)，將洞口表面處理干凈，然后現(xiàn)場(chǎng)布置拱圈鋼筋。所用鋼筋均為現(xiàn)場(chǎng)裁切，然后采用焊接方式加以固定。搭接焊縫的長(zhǎng)度不低于5cm。鋼筋框架安裝完畢，在模板臺(tái)車的輔助下，將準(zhǔn)備好的模板進(jìn)行拼裝。除了做好模板加固外，還應(yīng)注意檢查模板拼接部位以及拐角等處，是否有明顯裂縫。如果排除是模板本身質(zhì)量問題，采取夾塞止水膠條的方式填補(bǔ)裂縫。最后澆筑拱部混凝土，泵送過(guò)程中同時(shí)做好振搗，在提高混凝土強(qiáng)度、保證襯砌效果的同時(shí)，還有助于解決蜂窩、麻面、裂縫等質(zhì)量缺陷。

3 鐵路隧道洞口施工監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)的目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道洞口的微量變化，從而為加強(qiáng)工程管理和提高洞口施工效果提供幫助。在本次工程中，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有3 項(xiàng)，即拱頂下沉監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)和凈空變化監(jiān)測(cè)，所用設(shè)備及監(jiān)測(cè)要求如表1 所示。

表1 隧道洞口施工監(jiān)測(cè)

在開展監(jiān)測(cè)過(guò)程中，還要對(duì)照行業(yè)內(nèi)制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)值進(jìn)行分級(jí)，從而為現(xiàn)場(chǎng)施工提供參考。例如，地表沉降監(jiān)測(cè)中，根據(jù)實(shí)際下沉量（S）合格允許值（S0）之間的對(duì)比關(guān)系，施工要求也有明顯變化。具體關(guān)系如表2 所示。

表2 地表沉降量對(duì)施工的影響

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

在明確監(jiān)測(cè)要求和準(zhǔn)備監(jiān)測(cè)儀器的基礎(chǔ)上，還要根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案，在隧道洞口處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本次工程中采用的是雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖作業(yè)，因此在布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，于每個(gè)測(cè)量斷面處設(shè)置2 個(gè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)，4 個(gè)水平凈空收斂測(cè)點(diǎn)，在地表沿著隧道中線，左右對(duì)稱分別設(shè)置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)之間間隔距離為2m。然后按照觀測(cè)頻次，每隔一定時(shí)間采集一次各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并做好記錄。

3.3 結(jié)果分析

觀測(cè)時(shí)間從4 月9 日至7 月1 日。將這一周期內(nèi)收集到的所有數(shù)據(jù)，按照時(shí)間與變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系繪制曲線。分別可以得到“洞口段拱頂沉降量隨時(shí)間的變化曲線圖”、“洞口段地表沉降量隨時(shí)間的變化曲線圖”、“洞口段凈空收斂值隨時(shí)間的變化曲線圖”。圖2 為本次工程中拱頂沉降在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期的變化情況，從該圖中可以發(fā)現(xiàn)，在前8 周（6 月4 日前），隨著時(shí)間推移，拱頂在不斷沉降。到第8 周的時(shí)候，沉降量變化不明顯，逐漸成為一條水平直線，說(shuō)明沉降停止。

圖2 洞口段拱頂沉降量隨時(shí)間的變化曲線圖

結(jié)束語(yǔ)

在鐵路隧道的洞口施工時(shí)，如果遇到厚強(qiáng)風(fēng)化這類復(fù)雜地質(zhì)，施工前必須要做好全面、細(xì)致的地質(zhì)勘測(cè)，并結(jié)合勘察資料做好施工設(shè)計(jì)。在洞口施工時(shí)，要提前做好邊仰坡支護(hù)，以及降水處理等措施。然后在開始洞口開挖、洞門襯砌。在施工期間，還要做好沉降、變形監(jiān)測(cè)，防止意外發(fā)生。通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)完成洞口施工，為后續(xù)工程開展創(chuàng)設(shè)良好條件。