淺埋客運專線隧道下穿河道施工技術

肖偉良

摘要：貴廣鐵路巖山隧道下穿寨蒿河段由于埋深淺、地質條件差容易導致開挖困難和河水滲漏，施工方案的重點是保證安全開挖的同時防止地表沉降和河水滲漏。通過改移河道、加固公路擋墻、進行河底地表加固處理等措施保證了隧道開挖的順利進行，然后采用三臺階七步開挖法、洞內監控量測和地表沉降觀測相結合，成功地穿過寨蒿河底段，既確保了施工安全又降低了施工成本，可為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：下穿；改移河道；地表處理；監控量測。

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

鐵路隧道需要下穿河流時，施工難度和安全風險很大，一方面如何防止河流水下滲，避免施工作業面發生突泥突水等工程災患；另一方面隧道開挖施工將不可避免導致地層變形，當變形過大時將危及地表建筑物的安全和正常運營。因此，如何采取有效的措施和科學的手段來保證施工環境和周圍環境的安全，是此類隧道施工亟待解決的現實難題。

1 工程概況

巖山隧道位于貴州省黔東南州榕江縣，為貴陽至廣州雙線客運專線隧道，其中DK219+405～DK219+462段斜交下穿寨蒿河，隧道與溪溝相交約60度，最淺埋深約3m。根據設計地勘資料，河底為松動卵、礫石層，厚約5～12m；線路右邊緣就在山體坡腳與溪溝邊相交處，存在偏壓現象。河溝位于靠山側，河水寬約3m，深約1m。在河岸的另一側有省道S308，公路走向與河流方向平行。

由于隧道下穿寨蒿河段埋深淺，河底土層強度低且透水性強，采用常規暗挖施工很難保證隧道施工安全，如果隧道施工不慎造成河水下滲及地表沉降，從而對公路的運營也帶來危險。因此，該段隧道施工方案的確定尤為重要，施工方通過多方案比選和優化處理，在獲得業主及設計方的同意后，采用了改移河道、地表加固和隧道暗挖施工的施工方案，最終取得了較好的效果。

2 施工方案

在設計施工方案時，為確保施工及道路行車安全，必須考慮以下因素：

1）該段人工填筑土及卵礫石土總厚5～12m，河道常年流水，據調查，枯水季節水深都會在1m深以上，隧道最淺埋深在3m左右，隧道開挖后極易加劇河水沖刷、下滲造成圍巖失穩坍塌，且對今后的長期運營存在極大安全隱患；

2、寨蒿河流域匯水面積大，雨季洪水頻繁，施工過程中可能受到季節性突發性洪水的威脅，施工安全隱患大；

3、寨蒿河下游及匯入的寨蒿河流域村鎮人口稠密，環保要求高。

根據現場施工實際情況，確定先進行河道改移，挖除拱頂松軟土然后進行水泥土回填，同時進行公路加固防護，待隧道通過河段后再進行蓋板部分施工。隧道過河段采用超前支護、三臺階七步法施工。施工平面布置如圖1所示：

3 地表處理

3.1 河道改移

河道疏通、改移：將原有河道進行疏通，河道疏通方向為延截水壩方向并距截水壩基礎約1m，以防止河水直接對截水壩基礎的直接沖刷；清理出的河道土石置于內側截水壩處，作為截水壩的反壓回填之用。跨河加固區上游15m處施作攔水土壩，將原靠山（貴陽）側河道改移至靠公路（廣州）側，施作引水渠A。

3.2 S308省道坡腳防護施工

主要設置加強肋及擋墻，加強肋位置設Φ42注漿小導管加固，導管長3m，間距1.0x1.5m，外露不小于0.5m且與片石混凝土澆筑為一體；加強肋共兩道，厚1.5m，高6.5m，采用C20片石砼，基礎埋置深度設計為1.0m。在基礎施工時必須確保公路擋墻的穩定，如果基礎承載力小于150Kpa，需打入Φ42間距50cm*50cm小導管，梅花型布置，長度為3m，外露50cm與片石混凝土一起澆注。兩肋間排水溝以下不設注漿小導管，施作M10漿砌片石擋墻，斷面同加強肋。

3.3 DK219+405～DK219+420段地表處理

清除地表碎卵石層厚約2.5m（拱頂以上1.7m），開挖范圍為隧道中線左右側10m；已挖出的孤石采用解炮破除，以利于洞身開挖后的穩定；利用挖出砂卵石摻20%水泥進行水泥土回填，回填厚度30-50cm每層，松鋪厚度不得大于50cm，人工配合挖機填筑、夯實；在前后側各施工一個集水井，要求井底低于拱頂以便于排除積水。

過河段順利通過洞身后施工蓋板部分，然后將河道恢復至原位置，最后用砂、碎卵石回填，標高以現流水面底為準。

4 隧道暗挖施工

在地表處理加固后，為保證隧道施工的安全，洞內暗挖在雙層小導管超前支護下采用三臺階七部法施工。

4.1 超前地質預報

該地段地表為河床，巖層與洞軸大角度斜交，傾角較緩，隧道埋藏淺，洞身從強風化巖體中通過，圍巖破碎，施工時易塌方，可能發生地表塌陷，同時存在洞內大面積出涌水的可能，采取超前水平鉆作為超前地質預報手段。

DK219+350～DK219+500處每30米循環施作超前水平鉆孔，每次鉆孔長度30米，取出芯樣進行分析，判斷前方圍巖情況、地下水情況。鉆孔個數為5個，分別為拱頂、兩側拱腳、兩側墻腳，鉆孔時由作業隊技術負責人、項目部超前預報負責人、超前預報單位技術人員現場旁站、收集分析鉆孔各過程的參數，為現場施工提供準確的地質情況。

4.2 監控量測

DK219+408～DK219+465.5該段隧道最淺埋深約3m，根據設計地勘資料可知，河底為松動卵、礫石層，厚約5～12m；線右邊緣就在山體坡腳與溪溝邊相交處，存在偏壓現象。由于覆蓋層薄，開挖后圍巖難以自穩，地表易沉陷，為了確保洞口段的施工安全，施工過程中進行了地表沉降監測。在地表DK219+408～DK219+465.5處地表每間隔10米處布設地表監控量測點。地表下沉量測在開挖面前方隧道埋置深度與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結構封閉，下沉基本停止時為止。

洞內DK219+350～DK219+500加強洞內圍巖檢測，每5米布設監控量測點，點位布設原則為：沿隧道軸向每隔5m布設，同時在橫向依據實際情況，選定主斷面，沿主斷面布設測點，以了解地表沉降的橫向影響范圍。橫斷面方向在隧道中心及兩側間距2～5m施設下沉測點，每斷面施設7個測點。監測范圍應在隧道開挖影響范圍以外。

拱頂下沉及凈空變位收斂量測， 根據圍巖類別、隧道尺寸和埋深等，沿隧道縱向在拱頂和墻中布設測點，測點間距5m，凈空變位量測在開挖后盡早進行，初讀數在開挖12小時內且在下一循環開挖前讀取，采用無尺量測法。淺埋地段洞內外量測點布設在同一橫斷面內。如發現圍巖變化異常及時報告相關部門決定施工方案。

4.3 三臺階七部法開挖施工

4.3.1 工序

1）、Ⅰ超前支護；

2）①上部弧形導坑開挖；

3）Ⅱ上部初期支護；

4）②③中部兩側開挖；

5）Ⅲ、Ⅳ下部兩側初期支護；

6）④⑤下部兩側開挖；

7）Ⅴ、Ⅵ下部兩側初期支護；

8）6-1、6-2、6-3上、中、下部核心土開挖；

9）⑦仰拱開挖；

10）Ⅶ、仰拱初期支護；

11）Ⅷ、仰拱及填充混凝土；

12）Ⅸ、拱墻二次襯砌。

4.3.2 臺階設置

1）、臺階高度：上臺階高度設置為4.58m，其中核心土預留高度約3.0m；中臺階高度2.96m，下臺階高度3.05m。施工時預留核心土（斜型）。

2）、臺階長度：上、中、下臺階長度為3～5m，中下左右側臺階錯開2～3m；仰拱循環開挖長度為2～3m，仰拱襯砌分段長度為4～6m。

3）、安全距離：掌子面距離仰拱不大于35m，掌子面距離襯砌面不大于70m。

4.3.3 開挖施工注意事項

1）隧道施工應堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤測量”的原則。

2）鎖腳錨桿根據臺階位置按設計要求設置，并與鋼架連接牢固，以確保鋼架基礎穩定。錨桿均應使用砂漿錨桿，嚴禁采用藥卷錨桿。

3）鋼架之間縱向連接鋼筋應及時施作并連接牢固。

4）拱墻腳超挖部分采用噴射混凝土回填。

5）根據監控量測的結果進行分析，確定灌注二次襯砌的時機及調整支護參數。

6）采用短臺階法施工，每次開挖進尺長度：拱部不超過0.6m（1榀工字鋼架），邊墻及仰拱不超過1.2m（2榀工字鋼架）。

5 結語

該工程已經順利竣工，在隧道開挖過程中，通過監測獲得地表下沉和隆起量都較小，說明掘進對河底和地表的擾動較小；同時，監測的隧道拱頂下沉和水平收斂值較小，均在允許值范圍內，且變化小。在隧道施工采用了一系列的防水設計和施工措施后，隧道防水質量較好，說明河水沒有滲漏。因此，該方案的施工既實現了快速有效的目標，又取得了較好的經濟效果。