李家塔1號隧道進口淺埋段下穿地表民房施工技術研究

周石平 (中國中鐵五局集團第一工程有限責任公司,湖南 長沙 410004)

李家塔1號隧道進口淺埋段下穿地表民房施工技術研究

周石平 (中國中鐵五局集團第一工程有限責任公司,湖南 長沙 410004)

山西中南部鐵路通道李家塔1號隧道進口淺埋段下穿地表重點民房，經多方努力無法拆遷，無法采用設計的臺階法爆破施工。民房與隧道中心線水平距離8m，隧道埋深15m，屬灰綠色砂巖地層。施工采用銑挖法三臺階開挖，上臺階環形銑挖設臨時仰拱加豎撐支護，中下臺階周邊銑挖、中間核心土采取微震弱爆破，Ⅰ20a工字鋼全環強支護，洞內及地表及時監控測量指導施工，二襯緊跟，保證民房安全。并重點介紹了銑挖法的施工工藝。

李家塔1號隧道；三臺階臨時仰拱法；銑挖法

1 工程概況

李家塔1號隧道進口改DK144+803～改DK144+963長160m為淺埋段，在改DK144+866處隧道頂部地表線路右側有一民房，民房與隧道中心線水平距離8m(此處隧道埋深15m)，屬陳氏住宅，居民以住宅地是風水寶地為由，不愿拆遷。該段淺埋段隧道洞身地層為灰綠色砂巖，全-強風化，節理裂隙發育，巖體較破碎，呈角礫碎石狀松散結構。襯砌類型洞口設計7m明洞，接50mⅤ級偏壓+140mⅤ級加強復合式襯砌。該段位于半徑為1200m的左偏曲線上，線路坡度為4.9‰上坡。該段曲線加寬均為150cm，最大開挖斷面121m2。

2 施工情況

李家塔1號隧道2011年3月開工，由出口進洞向進口方向開挖，施工采用臺階法爆破開挖。同年9月掌子面施工到改DK144+866時，接近陳氏宅院，住戶以爆破施工影響房屋安全為由，阻止施工，要求無振動開挖。施工單位根據業主及設計的意見，優化開挖方法，采用銑挖法開挖隧道，確保陳氏宅院安全。

3 施工方案

隧道掌子面里施工至陳氏宅院下方時，為確保房屋安全，向前20m范圍內不再采用爆破工法，改為機械銑挖配合破碎錘施工，以減少對房屋的擾動。20m過后剩余洞口淺埋地段36m采用銑挖法配合微震弱爆破方法貫通。

3.1銑挖機選型

選用盤道嶺隧道使用過的德國艾卡特ER1500-3型標準橫向(XL型)銑挖機。銑挖頭轉速75r/min，可破碎80MPa以下硬度的巖石。ER1500-3型銑挖機銑挖頭直徑?670mm、長1000mm、配有48個破碎錘，整機自重1750kg。銑挖機作業是由工作母機挖掘機在大臂前端通過一塊特制的連接鋼板將挖掘機大臂與銑挖機連接，銑挖頭上方裝有液壓馬達，破碎錘液壓主管路承受的工作壓力不能低于38MPa，在20MPa的壓力下需在達到300L/min的流量，最大不能超過320L/min的流量。按照銑挖機進油流量要求，選擇VOLVO EC460B履帶式大功率液壓挖掘機作為工作母機。

3.2超前地質預報

隧道進入淺埋段前進行超前地質探測，采用TSP 203PLUS地震波地質預報系統，對開挖段前方進行地質預報，進一步核實地質資料，完善施工技術方案。在TSP 203PLUS地震波地質預報后，再采用水平鉆探對淺埋段工程地質和水文地質進行了復核，為施工提供可靠的地質資料。

3.3施做超前小導管

拱部140°范圍內設置?42超前小導管，每根長3.5m。環向間距3根/m，每1.5m施做一環。鋼管沿隧道開挖外輪廓線布置，外插角10～15°打入圍巖。超前小導管注漿采用水泥砂漿。

3.4施工工藝

施工采用三臺階臨時仰拱法，上臺階加臨時豎撐開挖。三臺階臨時仰拱法開挖順序自上而下，單工序施工，即先開挖支護上臺階再進行中臺階、后下臺階開挖支護，中下臺階2側馬口邊墻開挖支護完一側，再進行另一側施工(見圖1)。

圖1 三臺階臨時仰拱加豎撐法開挖支護工序圖

三臺階開挖斷面適用于VOLVO EC460B履帶式挖掘機ER1500-3(XL)型銑挖機作業，施工先在上臺階開挖輪廓線內銑挖，上臺階銑挖完成后，對中下臺階周邊進行銑挖，對于中下臺階中部較硬砂巖采用破碎鍾破碎，離開房屋20m以外配合微震弱爆破，不會對隧道與民房淺埋層間產生較大擾動。初支鋼架分3步形成，開挖過程中能及時控制圍巖變形，緊急情況時采取加強支護應急措施。

施工中分部開挖、分層切削、及時支護，二襯緊跟。嚴格按照“管超前、短開挖、弱爆破、強支護、早封閉、快成環、緊仰拱、勤測量、速襯砌”的施工原則組織施工，確保安全通過。

3.5銑挖法工作流程

隧道拱部周邊采用銑挖機環狀銑挖，縱向銑挖寬度100～150cm，預留核心土，然后初噴C25砼厚4cm，安裝拱部Ⅰ20a型鋼鋼架支撐，間距0.6m/1榀。施作系統錨桿L=3.5m，復噴21cm厚C25砼。初支后銑挖配合機械開挖核心土。上中下臺階均先銑挖周邊，離開房屋20m后對中間強度較高的巖石配合微震弱爆破，開挖每循環進尺一次一榀鋼架，控制在60cm長度以內。

銑挖法施工步聚如下：①開挖上臺階,上臺階高3.5m，先對上臺階放樣后對周邊(縱向寬度1.0～1.5m)進行銑挖，每次進尺0.6m，然后找頂修整初噴C25砼4cm，安裝Ⅰ20a型鋼鋼架，間距0.6m。施作系統錨桿、安裝鋼筋網，打鎖腳錨管，再復噴C25砼至設計厚度25cm。②開挖上臺階核心土，每2榀鋼架施作1榀臨時仰拱加立撐，噴射C25砼封閉臨時仰拱。為方便銑挖機作業，上臺階長度控制在2～3m內。③中臺階2側邊墻采取左右錯開方法先銑挖，寬度1.2m,初噴4cm厚砼。然后對邊墻鋼拱架進行接長，復噴砼至設計厚度后再微震弱爆破開挖中臺階核心土。左右邊墻錯開不得大于1m,開挖支護完一側再施工另一側，中臺階長度控制在2～3m范圍內。④下臺階2側邊墻先銑挖，寬度1.2m,初噴4cm厚砼。然后對邊墻鋼拱架進行接長至邊墻腳，復噴砼至設計厚度后再弱爆破開挖下臺階核心土。下臺階左右邊墻開挖錯開不得大于1.5m,開挖支護完一側再施工另一側，下臺階長度控制在2～3m范圍內。⑤開挖隧底仰拱施作鋼拱架噴砼進行封閉成環，每次開挖支護長度不得大于3m。⑥綁扎仰拱鋼筋施作仰拱混凝土及填充，采用仰拱棧橋施工，每次施工長度不得大于6m。⑦施作防水層并進行矮邊墻混凝土施工。⑧二次襯砌一次澆筑長度6～9m，二襯后拱頂及時注漿充填密實。⑨每日3次對隧道洞內拱頂、周邊收斂進行監控測量，根據測量結果及時指導施工。

3.6工作面通風灑水降塵

ER1500-3型銑挖機未配備灑水降塵裝置，銑挖機的銑挖頭在工作時產生大量的粉塵，銑挖作業時采用水幕降塵和人工降塵相結合的方法，由人工手持高壓水管向銑挖機破碎鍾和工作面澆水，工作面通風采取1臺風量為1000m3/min、功率為2×110kW的對旋式低噪音軸流通風機壓入式通風，保證工作面空氣質量。

3.7隧道襯砌

隧道進口淺埋段二次襯砌設計為Ⅴ級加強復合式襯砌。考慮鐵路隧道運營后振動影響，二次襯砌由設計?20mm主筋改為?25mm鋼筋，間距20cm。二襯拱部預留注漿孔，二襯后及時注漿充填，保證拱頂及邊墻背后密實。仰拱及填充采用棧橋施工，每次開挖支護長度不得超過3m，澆筑長度不得超過6m。襯砌采用9m全斷面鋼模全液壓襯砌臺車整板襯砌。

4 監控測量

結合隧道淺埋段施工的實際情況，將地表下沉、地質與初期支護觀察、水平凈空收斂測量、拱頂位移測量、周邊位移測量、圍巖與支護間接觸應力測量、鋼架和格柵主筋應力測量、錨桿軸力測量作為施工監控測量項目，同時配備選測項目所需的設備。

4.1監控測量點布置

為保證隧道施工及地表民房安全，施工中必須對隧道和地表進行監控測量。洞內在拱頂及左右邊墻設5個沉降收斂變形監控測量點，洞外在隧道左右2側及民房附近設38個沉降觀測點。施工期間對地表位移、沉降及爆破振動每天進行觀測，做好觀測紀錄。根據隧道及地表下沉變形量，調整施工支護參數，及時反饋指導施工，保證施工安全及民房安全。

4.2地表監控測量成果

經施工期間2012年10月5日～11月25日對地表38個觀測點監控測量數據統計，地表最大沉降為21mm，全部集中在隧道中線2側，民房附近沉降最大7mm，沉降變形正常，滿足隧道地表及民房沉降限值要求，施工安全通過，民房無因震動或沉降造成坍塌和開裂。

5 結 語

隧道下穿民房淺埋段施工，在民房無法拆遷時，采取銑挖法配合破碎錘及微震弱爆破開挖，能減少淺埋層圍巖的震動，有效地控制地面變形，保證民房沉降開裂和隧道施工安全。通過機械對隧道周邊環形銑挖開槽，使隧道周邊與外圍巖體分離，形成一個支護作業空間，減少了爆破對隧道周邊圍巖的擾動。銑挖機選型經濟合理，使用方便，工效高，滿足工程需要，對類似工程有借鑒作用。建議在以后選型中選用有自動噴水降塵裝置的銑挖機，以改善洞內作業環境，提高空氣質量。

2013-07-10

周石平(1974-)，男，工程師，現主要從事工程管理方面的研究工作。

U213.15

A

1673-1409(2013)28-0085-03

[編輯] 洪云飛