大跨淺埋粉質粘土富含砂粒段施工

張 龍（中鐵隧道集團一處有限公司，重慶401121）

1 工程概況

1.1 工程地質概況

興旺峁隧道設計為單洞雙線隧道，起訖里程DK350+115～DK361+170，全長11055m，隧道最大埋深219.51m，地處陜北大地毛烏素沙漠，橫跨陜西省靖邊和橫山兩縣；設計凈高9.4米，最大寬度12.2米，內軌頂面以上凈空橫斷面積為85.65m2，為新建特長鐵路雙線隧道。本文論述興旺峁隧道出口洞口段（DK361+170～DK361+100）的施工。

DK361+170～DK361+100施工段區域屬黃土梁峁溝壑區, 洞口左側地勢較平緩，右側為一約50米的沖溝，右側覆蓋層很薄，為2～8米,埋深只有10米左右，屬于淺埋偏壓地段。隧道出口上覆新黃土、第三系粉質黏土，新黃土具自重濕陷性，濕陷系數δs=0.015～0.098，濕陷等級II級(中等)～Ⅲ級(嚴重)，局部為Ⅳ級(很嚴重)濕陷性；下伏白堊系砂巖，全～強風化，呈砂夾碎塊狀，產狀平緩，層理發育，地質成巖作用較差。洞口主要是粉質粘土，且富含砂粒，有一定密實度，所以具有一定的自穩能力，局部出現流砂現象。

1.2 設計參數

興旺峁隧道按照新奧法原理設計，采用復合式襯砌支護，DK361+170～DK361+100設計為Ⅴ級加強段。洞口設置φ108大管棚注漿加固圍巖，大管棚長26m，環向間距30cm；支護參數為：邊墻φ22砂漿錨桿，長度L=4.0m,間距1.0m×1.0m，梅花形布置，鋼筋網φ8＠20×20cm，全斷面設置I20a鋼拱架,間距0.6m，φ22連接鋼筋，環向間距100cm，內外交錯布置，C25噴射混凝土27cm；拱部設置φ42小導管預注漿超前支護,小導管長2.5m,環向3根/m，縱向1.2m設置一環；二次襯砌為C30鋼筋混凝土，拱墻厚度50cm，仰拱60cm。

2 洞口施工方案

2.1 施工原則

安全快速的進洞，采取可靠技術措施，確保洞口段施工安全。

2.2 施工方案

由于洞口屬第三系粉質粘土，圍巖的自支護能力比較弱，甚至沒有，所以在該段施工中最重要的是提高圍巖的自支護能力。提高圍巖自支護能力的基本方法就是控制圍巖的松弛、坍塌，其處理原則是：穩定掌子面、及時閉合成環，控制拱頂下沉和周邊收斂。

根據工程的地質情況，綜合安全、質量、進度、成本各方面因素綜合考慮，決定采用三臺階預留核心土法聯合臨時仰拱、扇形支撐進行開挖支護，其分析如下

在軟弱圍巖段，隧道拱部開挖后，地表會出現不同程度的下沉。根據受力機理分析，上、中臺階拱架受力情況見圖1。

圖1 上、中臺階拱架受力

由于地質條件，圍巖基本無自穩、自承能力，因此上、中臺階拱架承受著較大的垂直壓力和側壓力，容易造成拱頂坍塌和拱腳鋼架扭曲。因此在上、中臺階開挖過程中為了抑制拱頂下沉和周邊收斂，決定對上、中臺階采取扇形支撐及臨時仰拱進行支撐。上、中臺階采取扇形支撐及臨時仰拱進行支撐見圖2。

圖2 上、中臺階采取扇形支撐及臨時仰拱

3 施工步驟

3.1 施工順序

測量放線→洞口邊、仰坡開挖支護（套拱底部）→洞口大管棚施作→洞身開挖支護及明洞開挖。

3.2 洞口邊仰坡

（1）洞頂截水天溝施工

根據設計及結合地形情況，在洞口上邊、仰坡外側設置與地形相應的截排水溝。洞頂截水開溝先按設計進行開挖，砂漿或噴混凝土臨時封閉，待進洞一段距離或洞口變形穩定后，再按設計進行漿砌施工。

（2）洞口邊、仰坡施工

開挖：開挖前先按設計對進洞的各個樁點進行復核，對邊仰坡進行放樣，土石方開挖自上而下順序分層開挖。土方采用人工配合挖掘機開挖；石方開挖優先考慮人工配合挖掘機開挖，在挖掘機無法開挖的情況下，采用風鉆鉆孔，弱爆破。洞頂截水溝必需先行開挖，仰坡坡底做臨時排水溝，防止洞口積水。

邊仰坡隨開挖隨支護，開挖完成后及時進行噴錨作業，封閉巖面。

初期支護：鋼筋網：￠8鋼筋，網格間距20cmX20cm；錨桿：￠22砂漿漿錨桿、噴射混凝土：C25混凝土。

3.3 超前大管棚

大管棚參數：布設于拱部120°的范圍內，φ108熱軋無縫鋼管，環向間距30cm，長26m；

導向墻參數：

H（高）×B（寬）=1.0m×1.0m，R=r（開挖半徑）；

注漿參數：單液水泥漿的水灰比：0.5：1，注漿壓力：0.5～2MPa。

大管棚施工工藝流程圖見圖3。

圖3 大管棚施工工藝流程圖

3.4 洞身開挖

洞身開挖采用三臺階預留核心土法施工，上、中、下臺階長度3～5m。在施工中、下臺階時，左右開挖錯開1.2m（兩榀拱架距離）開挖。三臺階預留核心圖開挖示意圖見圖4。

圖4 三臺階預留核心圖開挖示意圖

3.4.1 上臺階施工

1）超前小導管的施工

按照設計施工φ42超前小導管，進行預注漿加固。采用YT-28風鉆鉆孔，錘擊將小導管從鋼架腹部頂入，并與鋼架焊接在一起，外插角10°～15°，再將管口用彩條布封堵，待上循環初期支護施工完畢后進行注漿，注漿采用單液水泥漿，水灰比為0.5：1，注漿壓力為0.5～2MPa。

2）上臺階開挖的支護

采用人工風鎬結合挖掘機進行開挖，盡量減少對圍巖的擾動。嚴格遵循“短進尺、強支護”的原則，控制每循環的進尺在0.6m以內。開挖后立即噴射4cm混凝土封閉，然后架立鋼架（φ22＠100cm縱向連接筋與鋼架焊接牢固）、掛鋼筋網，最后分層分片噴射混凝土至設計厚度。拱架左右兩個拱腳打設2根φ4m長的φ42鎖腳錨管，錨管注漿，與鋼架焊接牢固。

3）扇形支撐的施工

在退后掌子面兩榀拱架開始施作臨時仰拱及扇形支撐，其中掛網噴射混凝土只進行豎撐和臨時仰拱。豎撐采用一面關模噴混凝土。斜撐只施作連接鋼筋，鋼筋間距100cm，內外交錯布置。

3.4.2 中、下臺階的施工

中下臺階施工依據三臺階預留核心圖開挖示意圖順序依次施工，這樣就可以利用挖機和裝載機進行作業，加快施工進度。

4 保證措施

1）洞口段開挖施工中，派有豐富施工經驗的技術員跟班作業，對開挖面前方3～5m的圍巖地質情況作超前探孔，指導施工，對不良地質段及時采取加強支所措施，防止工作面塌方的發生。

2）每作業班配置一名經培訓合格后上崗的專職安全員，對初期錨噴襯砌面進行定期檢查，對出現變形裂縫的部位做標記并記錄裂縫發展過程，向工程師匯報，由隧道工程師會同監理工程師對裂縫部位進行分析，及時提出補強支護并實施。預防洞身變形過大導致失穩。

3）人工、機械嚴格依測量放線開挖，最大限度地減少超、欠挖；

4）鋼拱架的拱腳要落在實處，必要時在拱腳部位施工混凝土基礎，并打設鎖腳錨桿。

5）管式注漿錨桿、超前鋼插管（鎖口錨桿）注漿控制好水灰比及注漿壓力，確保注漿飽滿；拱頂注漿壓力根據隧道埋深及拱架類型確定，一般情況下拱頂注漿壓力不超過8kg，拱腳注漿壓力不應低于15kg。

6）根據現場圍巖及量測情況，及時進行仰拱施作。對于洞口段，應加強量測工作，地表及洞內量測應每天進行兩次，并及時將量測結果進行分析，以指導施工。

5 效果

施工過程中進行了圍巖監控量測并根據量測數據進行了分析，分析結果表明：該段隧道在開挖后圍巖開始產生位移并逐漸增大，隨著時間推移，位移速率明顯收斂，最終趨于穩定。經統計，量測結果均小于設計容許變形量；洞內初期支護也沒有發現任何裂縫，可見，該施工方法是科學合理、安全有效的。

6 結 語

1）淺埋偏壓軟弱圍巖的施工，技術性較強，施工中一定要堅持“管超前、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則，采取合理的施工方法和可靠的施工技術，提高施工組織和管理水平，才能保證良好的施工質量。

2）重視量測。根據量測結果掌握圍巖的變形情況，及時調整施工方法和支護參數，保證施工安全。

3）在選擇開挖方法時，既要考慮到安全和質量，也要考慮到工法的經濟性。要根據工程自身的特點，充分考證，采取合理的施工方法和可靠的施工技術，保證安全快速施工。

[1]新建鐵路太原至中衛（銀川）線施工圖設計

[2]鐵路隧道施工規范 TB10204-2002 中國鐵道出版社 2002.7