高速鐵路軟弱圍巖隧道明挖法綜合施工技術

常 立 軍

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

高速鐵路軟弱圍巖隧道明挖法綜合施工技術

常 立 軍

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

以新建云桂鐵路平點一號隧道施工為例，通過對隧址處圍巖工程地質、自然環境的勘察，分析出施工所面臨的重難點問題，對比了暗挖法、明挖法、設高路塹邊坡方案存在的施工風險及影響因素，經綜合分析，確定了軟弱圍巖隧道暗挖法改為明挖法的方案，并詳細介紹了明挖法的施工工藝流程及其施工技術要點，以供類似工程參考借鑒。

隧道，明挖法，邊坡防護，明洞

1 工程概況

新建云(昆明)桂(南寧)鐵路(廣西段)平點一號隧道(D1K144+737.5)全長105 m，位于平果—那何區間，雙線隧道，左右線間距為4.6 m，單面下坡5.4‰，進口里程D1K144+685，出口里程D1K144+790，全隧淺埋，最大埋深19 m。進出口均接路基。

2 設計參數

本隧道開挖斷面1 458 cm×1 269 cm(寬×高)，Ⅴ級C型復合式襯砌。全環采用 Ⅰ 20b型鋼鋼架支護，間距60 cm，拱墻采用φ8鋼筋網，網格間距20 cm×20 cm，拱部采用4 m長φ25中空錨桿，邊墻采用4 m長φ22砂漿錨桿，全環采用28 cm厚C25噴射混凝土，拱部每2.4 m設一環φ42超前小導管，環向間距40 cm，每根長4.5 m。

3 施工重難點分析

由不良地質和地質鉆孔取樣可知，本隧道暗挖施工風險高。從該地區同類型隧道開挖后揭示的圍巖分析，該頁巖夾泥質砂巖薄層狀，巖層產狀紊亂，相互擠壓破碎，成拱能力差，具有膨脹性，遇水巖層加速軟化，自行剝落成碎塊狀。預留沉降量多達30 cm～50 cm，初期支護完成后，受機械開挖施工影響后下沉急增，造成局部侵入二次襯砌限界。

4 施工方案比選

本段山體沿隧道橫向延伸，隧道大小里程坡腳處被沖溝阻斷，山體上的降水都匯集于此。在隧址位置處，堆積體發育明顯。針對本段的施工，可考慮采用暗挖法、明挖法、設高邊坡路塹。

1)暗挖法：從隧址所處工程地質條件、地形條件、自然環境分析，本地雨季周期長，降雨量豐富，存在的不良地質、地質構造給施工安全帶來潛在的風險，這種風險發生后將面臨著大范圍內變形、塌方冒頂等，機械、設備、機具、作業人員無法及時安全撤出。2)明挖法：此施工方法把洞內的施工風險轉化到洞外邊坡開挖防護、隧道快速襯砌上，高邊坡的防護以及隧道主體工程的施工具有可連續性，開挖一級邊坡防護一級，穩步推進至隧道仰拱的開挖及混凝土澆筑，在旱季期間組織開挖邊坡風險低，作業面較寬敞，容納多工種作業人員同時交錯展開施工，完成隧道襯砌，混凝土達到要求后接著回填洞頂土石方，施工風險單一，便于施工組織管理。3)設高邊坡路塹：本段以挖方通過，放坡開挖后最大挖深約30 m，路塹坡腳處設樁間擋土墻，樁頂以上邊坡采用錨桿框架梁防護，能滿足規范要求的路基穩定性，但該段地面橫坡較陡，右側山體邊坡較高，根據有關設計文件規定，客運專線及時速200 km客貨共線Ⅰ級鐵路，路塹邊坡高度在土質及風化破碎軟質巖地段不應超過15 m，而本段屬軟質巖路塹邊坡，高度達到30 m。

綜合以上分析對比，無論從地形、工程地質、施工風險、環境因素的影響，還是從現有的施工作業面安全考慮，明挖法更適合本隧址處的各項復雜地質條件，達到施工風險可控的要求。

5 明挖法施工工藝

在開挖斷面設置上，在最大挖深處設三級邊坡防護，回填線以上邊坡采用節點間距3 m×3 m錨桿框架梁灌草護坡防護，錨桿長度左側8 m，右側10 m；以下邊坡采用噴錨網支護，錨桿長度4.0 m，間距1.0 m；在線路右側設置18根1.5 m×2.0 m抗滑樁，樁長15 m，樁中心距5 m～6 m。

5.1 監控量測點布設

邊坡開挖前在明洞開挖影響范圍內建立地表監測網，主要用于施工期間對邊坡穩定性監測。監測斷面按5 m間距布設，監測點間距按5 m設置，從明洞兩側開挖坡面以外各10 m處連續布設。開挖范圍外的監測點在明洞開挖前設置，開挖面上的監測點在坡面開挖后及時布設。觀測的數據主要用于分析邊坡穩定性以及施工開挖對邊坡穩定性的影響，參照數據及時調整爆破規模、開挖量，以及各種臨時支護等參數的確定，保證施工安全。

5.2 表層土開挖

按開挖路塹邊坡的施工方法開挖一級防護一級，逐級做好防護。清理征地界范圍內的地表植被及果樹，測量放出開挖邊界，開挖前先將邊坡兩側天溝挖出，防止零星雨天影響邊坡的穩定。從隧道出口開始順坡面修便道進入開挖區，從坡頂按坡比挖除表層粉質黏土覆蓋層，此開挖部分約6 m深，主要采取小松360挖掘機開挖。

5.3 基巖松動爆破

下伏基巖采用深孔微差松動爆破技術，根據開挖后的斷面，從線路橫向、縱向分別布置炮孔，一次性爆破深約6 m，取炮孔深度為6.5 m，炮孔直徑90 mm，最小抵抗線3 m，炮孔間距3.5 m，排距3 m，采用2號巖石乳化炸藥φ70藥卷，單孔裝藥量35 kg。爆破后開挖松動的土石方，直接裝車運輸至棄渣場。根據臨空面的大小，再爆破左右兩側邊坡處的巖層。

5.4 邊坡防護

5.4.1 打設錨桿

按坡比開挖出一級邊坡后，人工清理修整坡面表層浮渣，組織人員、機械展開框架梁錨桿的打設。由測量人員根據圖紙測量放出孔位，各孔用紅油漆做好標記，調整潛孔鉆機鉆桿與坡面角度，保證孔位與水平面的夾角25°，鉆孔直徑110 mm，采用干鉆法鉆進。遇有破碎巖層時，采用套管跟進鉆進，使鉆孔完整不坍孔。成孔后通過高壓風吹出孔內浮渣，將制作好的Φ32 HRB400螺紋鋼帶三角支架錨桿沿孔壁放入孔內。配制M35水泥凈漿，并添加抗侵蝕性添加劑，漿液攪拌均勻，自孔底向上一次有壓注漿，注漿壓力不小于0.2 MPa。孔內注漿必須飽滿密實，在初凝前進行二次補漿。注漿完成后的錨桿養護7 d以上，在此期間嚴禁敲擊、搖動錨桿或在桿體上懸掛物體。待錨桿孔內水泥漿強度達到設計強度的70%后，進行框架梁施工。

5.4.2 澆筑框架梁

沿縱向、橫向錨桿孔位置掛施工線分別在坡頂、坡腳、大小里程兩端固定，整個坡面的框架梁縱橫向中心位置確定，由此再放出框架梁開挖邊線，按照土質、石質邊坡要求，沿施工開挖邊線人工挖槽。框架梁鋼筋沿縱梁、橫梁整體布置，在節點位置處互相穿過。在坡面上沿框架梁斷面立木模板，模板兩側打設鋼筋樁設三角架支撐。框架梁混凝土采用SY5382THB型45 m輸送泵車澆筑混凝土，并在梁體混凝土初凝前立擋水緣模板，由人工提升混凝土澆筑擋水緣。

5.4.3 抗滑樁施工

邊坡開挖到抗滑樁樁頂標高后，同時安排邊坡防護和抗滑樁開挖展開施工，為避免上下層作業面受干擾，在同一斷面上錯開施工。利用挖掘機平整抗滑樁施工場地后，由測量班放出抗滑樁的四角開挖線，并用石灰撒出開挖外輪廓線，由人工手持風鎬開挖，遇有較硬巖層時，鉆孔松動爆破，達到人工清土的要求。施工完鎖口后，在靠山坡側利用鋼管和竹膠板做三面圍擋支護，防止坡面上滾落碎石塊傷到井內作業人員。當樁挖到設計標高后，及時綁扎樁身鋼筋，設串筒澆筑混凝土，完成抗滑樁的施工。

5.4.4 噴錨網防護

回填線以下的邊坡主要采用噴錨網防護，邊坡按坡比開挖后，清理表層松散浮土碎石，表面有出水時鉆孔設置PVC排水花管引出。坡面清理后先噴4 cm～5 cm厚C20混凝土，用紅油漆在初噴的混凝土面上按間距1.0 m×1.0 m標注孔位，用φ49風槍鉆孔，要求鉆孔深度比錨固深度深5 cm，利用高壓風將孔中巖粉吹干凈，插入4 m長φ18錨桿，灌注M30水泥砂漿，使錨桿處于錨孔中心，錨桿露出巖面的端頭做成10 cm彎鉤，鉤住掛設的鍍鋅鋼絲網。掛網固定后立即進行第二次噴射混凝土施工，厚度6 cm～5 cm。

5.5 明洞襯砌施工

5.5.1 襯砌臺車拼裝

當開挖到仰拱填充面標高處時，在隧道洞口附近選一塊場地，平整場地后，按臺車走行軌道間的距離兩側外放1.5 m，采用15 cm厚C20混凝土硬化場地，待混凝土強度達到設計值的70%時，由25 t吊車吊裝臺車架拼裝模板。本隧道采用6 m長臺車，經過15 d時間，整個臺車組拼完畢，由測量人員按襯砌斷面尺寸校核，各項檢查均在允許誤差范圍內。

5.5.2 仰拱及填充混凝土施工

仰拱按弧線形開挖出口段10 m工作區間，人工清理基底浮渣，由試驗人員用動力觸探儀對基礎底面測地基承載力，并與圖紙上標明的地質核對，其承載力數據、地質情況與圖紙對應時，將加工成型的主筋、輔助鋼筋運至施工現場，在縱橫向按3 m×2 m間距打設定位鋼筋，作業人員在該范圍內綁扎、固定鋼筋。鋼筋驗收合格后，利用定型鋼模板作為仰拱內模，兩端及兩側邊可使用5 cm厚木模板拼接成型，縱橫向均使用鋼管支撐。檢查合格后澆筑仰拱C35混凝土，待混凝土終凝后拆除仰拱內模，再立中心水溝側模，預埋洞口段過軌管、兩側中埋式鋼邊止水帶，并固定牢靠，澆筑C20填充混凝土。至此完成本段混凝土的澆筑作業，終凝后按時灑水養護，使混凝土表面保持濕潤狀態，強度達到設計值的70%后進行二次襯砌施工準備工作。

5.5.3 二次襯砌施工

利用自制作業臺車架分層綁扎加工成型的二次襯砌鋼筋，按先外層后內層的順序作業，每2 m設一處內外層和縱向定位構造鋼筋，測量定出鋼筋線形輪廓位置，以兩端拉施工線為基準，嚴格控制內外層鋼筋保護層厚度，按每平方米不小于4塊布置鋼筋保護層墊塊。綁扎成型后的鋼筋骨架經測量復核驗收合格后，鋪設鋼軌將自行式襯砌臺車就位，根據放樣的隧道中心線位置粗調襯砌臺車輪廓線，隨后架設全站儀對襯砌臺車端頭里程位置、標高、斷面尺寸校核，臺車定位準確后，加固鎖定臺車，保證施工過程中不發生位移或變形。外側模、端頭模均采用5 cm厚木板拼接安裝，二次襯砌內設定位鋼筋支撐外側模，外部采用φ16鋼筋按1 m每道沿環向箍緊模板，并與定位鋼筋焊接。整個模板封閉后，混凝土由拌合站拌合，混凝土罐車運料至地泵投料口處，從地泵出料口處接長管道沿左右兩側臺車窗口逐級送料，保證兩側混凝土面高差在50 cm之內，振搗密實，澆筑完畢后強度達到設計拆模要求時，拆模覆蓋土工布澆水保濕養護。

5.6 洞頂土石方回填

明洞混凝土強度達到設計要求時，在外側面抹1 cm厚水泥砂漿找平層，鋪設防水板和無紡布，再抹5 cm厚水泥砂漿保護層。兩側回填M10漿砌片石，在頂面設置50 cm厚碎石反濾層。在棄渣場內挑選土石符合要求的填料運至施工現場，先對稱回填拱背土石并夯實，每層厚度控制在30 cm內，兩側回填土石面高差在50 cm內，回填至拱頂齊平后，再分層滿鋪至設計高度，夯填的土石方高度超過拱頂1 m以上后機械可在上面行走，洞頂填方可大范圍展開施工，在填方頂面設置50 cm厚黏土隔水層壓實，防止地表水滲入填方體內，增加洞頂的荷載。

6 結語

本項施工技術在相鄰平點二號隧道得到了應用，通過分析圍巖工程地質、隧址處地形地貌后把70 m淺埋暗挖段改為明挖法施工，解決了高速鐵路淺埋順層偏壓軟弱圍巖隧道開挖施工中碰到的難題，避免了不良地質帶來的安全隱患，為今后類似工程提供了借鑒與參考。

[1] 鐵建設[2010]241號，高速鐵路隧道工程施工技術指南[S].

On open cut method’s comprehensive construction technique of weak surrounding rock tunnel on express railways

Chang Lijun

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway14thBureauGroup,Jinan250002,China)

Taking Flat Spot No.1 Tunnel construction of newly-built Yunnan-Guangxi Railway as the example, the paper analyzes the construction difficulties and main points by the exploration for surrounding rock engineering geology and natural environment, compares the construction risks and influence factors in the undercutting method, open cut method, road cutting slope scheme, identifies the undercutting method of soft surrounding tunnel can be replaced by the open cut method by comprehensive analysis, and introduces the craft procedure and its construction technical points of the open cut method construction, so as to provide some reference for similar projects.

tunnel, open cut method, slope protection, open cut tunnel

2014-11-28

常立軍(1978- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)04-0156-03

U455

A