超前加固支護技術在改建鐵路隧道洞門施工中的應用

黃 華，張永厚

(1.烏魯木齊鐵路局 調度所，烏魯木齊 830011;2.中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

隧道洞口所處地段的地質條件往往較差，巖層破碎、松散、風化嚴重，洞口施工或路塹開挖時破壞了山體原有的平衡，極易產生坍塌、順層滑動、古滑坡復活等現象。既有鐵路隧道改建工程中，這些現象尤為突出，直接影響到隧道的穩定性和施工安全。經過多年探索，應對不良地質條件，積累了包括超前長管棚支護、超前小導管支護、超前鋼格柵支護、超前錨桿支護等多種施工技術。根據各種支護方法自身的特點、作用機理和適用條件的不同，在實際工程中，往往需要結合所在工程的具體地質條件，采用一種或幾種支護方法的結合，以取得更好的效果。本文將結合既有鐵路達成線擴能改造工程渠江四號隧道洞口施工實例，對格柵鋼架結合超前小導管進行不良地質處理進洞的設計和施工技術進行介紹。

1 工程概況

渠江四號隧道是既有鐵路達成線擴能改造工程中需進行全斷面改擴建的一座客貨混合單線電氣化隧道，設計行車速度160 km/h。隧道全長256 m，縱坡為4.7‰單向坡。改擴建方法為對該既有隧道的原有襯砌采用爆破拆除的方法逐段拆除，然后重新進行開挖、支護和襯砌，將其斷面擴大，形成較大的行車空間，以滿足擴能后新的列車限界要求。

隧道位于川中平緩構造含油氣區及須家河含煤地層上部，基巖裂隙中可能有瓦斯等有害氣體逸出，需對瓦斯等有害氣體進行探測、監測和防爆控制。

2 洞門超前加固支護方案的提出

渠江四號隧道洞身穿越侏羅系中統上沙溪廟(J2S)泥巖夾砂巖，巖層傾角平緩，局部輕微扭動，產狀變化較小，未見斷裂構造形跡。地層局部含脈狀石膏，地下水不發育，洞身191 m位于Ⅳ級圍巖地段。隧道出入口位于剝蝕丘陵地貌，丘坡分布坡殘積粉質黏土，入口長34 m、出口長31 m位于Ⅴ級圍巖地段。

按照達成線改建總體部署要求，渠江四號隧道主體改建工期為2個月。如果實行原定由隧道中部向兩端先拱后墻爆破開挖方案，按每天施工進度計算，不能滿足總體工期要求。為此，根據隧道圍巖狀況、各工作面的安全距離，決定采用由隧道中部向進出口兩端各一個工作面，進出口洞門向隧道中部各一個工作面，共計四個工作面同時開挖的方案進行平行交叉作業，在保證安全的前提下達到總體工期的要求。

由于進出口地段均為Ⅴ級圍巖地段，且進口段洞頂仰坡防護區域有注漿加固痕跡，原有襯砌背后的空洞及充填不密實情況不明，原始爆破對圍巖的影響程度不明，圍巖穩定情況不明，如果直接采用爆破手段，勢必造成洞頂仰坡滑塌，直接威脅隧道施工安全，對施工進度也將產生嚴重影響。基于以上幾種不確定因素，為保證施工安全、質量和工程進度，經過技術分析比較，決定采用格柵鋼架結合超前小導管進行既有洞口開挖施工。

3 超前加固支護方案

3.1 設計方案

對于軟弱破碎Ⅴ級圍巖的洞口淺埋地段，為確保進洞安全，又能增開工作面，滿足工期要求，在開挖邊線緊貼洞門端墻，先立格柵鋼架一榀，鋼格柵以超前小導管架立，然后再按1 m間距于洞外立第二榀格柵鋼架，格柵鋼架間同樣以超前小導管進行架立，格柵鋼架間及注漿小導管間掛鋼筋網片，用C20噴射混凝土形成早期護拱。

格柵鋼架由8個單元組成，格柵主筋采用HRB335φ22 mm，聯接鋼筋采用 HPB235φ10 mm、φ8 mm，每個單元由焊接組成，單元間由螺栓進行連接。

超前小導管采用φ42 mm熱軋無縫鋼管，壁厚3.5 mm，環向間距40 cm，每根長3.5 m，外插角控制在10°左右。鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接上 φ6 mm加筋箍，尾端支撐于鋼架上，每排小導管縱向間距為2 m，每排至少搭接1.0 m。管壁四周鉆φ6 mm壓漿孔，尾部1 m長范圍內不設壓漿孔。圖1為格柵鋼架結合超前小導管支護布置圖。

圖1 格柵鋼架結合超前小導管支護布置(單位:cm)

隧道初期支護噴射混凝土采用摻加RMA耐腐蝕劑的耐腐蝕混凝土，耐腐蝕劑摻量為水泥用量的6%，每方噴射混凝土水泥用量不小于400 kg，水泥采用普通硅酸鹽水泥。為提高噴射混凝土的力學性能，噴射混凝土摻入ZYPF改性聚丙烯微纖維，摻量為每方噴射混凝土0.9 kg。

3.2 施工方案

在既有洞門端墻上放出開挖輪廓線，在開挖輪廓線上按超前小導管環向間距定出小導管位置。超前小導管安設采用鉆孔打入法。由于巖體節理面產狀不同，小導管以平行于中線15°～20°外插角打入端墻，深入圍巖。環向間距40 cm。

定出鉆孔位置、鉆孔，檢查鉆孔的傾斜度和方向。鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5 mm，并用吹管或掏勺清孔。然后，將鋼管用人工或風鉆頂入，并用高壓風將鋼管內的沙石吹出。鋼管現場加工，BW250/50型注漿泵壓注水泥漿。將壓漿管用鐵絲綁扎于鋼管尾端，現場拌制注漿液，用注漿機向管孔內注漿，按由下至上的順序進行。單管注漿量通過現場試驗確定。漿液采用水泥漿，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。

按開挖邊線架設格柵鋼架。安裝時，可根據實際情況調整各個單元的長度，并相應調整接頭的位置。格柵鋼架與小導管尾部焊接成一整體。將鋼筋網片與格柵鋼架及小導管連接成一體后噴射C20混凝土，形成早期護拱。在護拱的保護下，再行爆破拆除既有襯砌。爆破前，對仰坡漿砌坡面進行拆除。每次爆破長度控制在1 m以內。進洞后，即按照先拱后墻法對Ⅴ級圍巖地段設置拱墻格柵鋼架及拱部φ42 mm超前小導管加強支護，鋼架縱向間距1.0 m，超前小導管縱向間距2.0 m，環向間距0.4 m，每環20根，每根長3.5 m。

4 結語

渠江四號隧道改建施工，地質條件復雜，不可預見性多，工期要求緊，給施工增加了較大難度。在施工中，根據地質條件，通過每日施工情況不斷總結，及時調整施工方案，增加工作面，采取不同的超前支護加固方案，嚴格按照“管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌”的原則進行施工，保證了隧道開挖等工序的順利進行。雖然提前進洞加長了隧道長度，增加了工程造價，但由于方案得當，確保了整體施工的安全和工程進度。隧道自2009年4月初施工，于2009年6月初改建完成。整個施工過程沒有出現任何安全和質量問題，說明施工中采取超前支護的必要性和正確性，為既有鐵路改建隧道的施工提供了可借鑒的經驗。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB10204—2002 鐵路隧道施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.