淺析鐵路大斷面隧道穿越斷層及地表多種構(gòu)筑物的施工方法

陶 威（中鐵二十二局集團(tuán)公司，北京 100043）

淺析鐵路大斷面隧道穿越斷層及地表多種構(gòu)筑物的施工方法

陶 威
（中鐵二十二局集團(tuán)公司，北京 100043）

隨著我國鐵路客運專線和擴(kuò)能改造工程的大規(guī)模上馬，雙線大斷面隧道施工越來越普遍。在穿越斷層及地表構(gòu)筑物時，對地表的擾動更大，采取合理的措施尤為重要。筆者結(jié)合昆陽至玉溪鐵路寶峰隧道施工的成功經(jīng)驗，簡要論述了該隧道穿越斷層及地表多種構(gòu)筑物的施工方法，供相似地質(zhì)的隧道施工參考和借鑒。

大斷面隧道；穿越斷層及地表構(gòu)筑物；施工措施

1 工程概況

寶峰隧道位于我國云南省，是昆陽至玉溪擴(kuò)能改造工程全線的控制性工程，該隧道全長7377m，設(shè)4座斜井，正洞設(shè)計為單洞雙線，全隧道均為V級軟弱圍巖，溶洞密布、斷層發(fā)育，施工中突泥突水多發(fā)，被原鐵道部評定為極高風(fēng)險隧道。其中1號斜井施工的玉溪方向DK12+000～DK12+400段，長400m穿越溫水營平移斷層。設(shè)計斷層破碎帶寬約320m，由斷層角礫組成，成分為砂質(zhì)板巖夾砂巖、泥巖、白云巖，膠結(jié)性差。正洞V級圍巖斷面根據(jù)加寬不同，為129m2上標(biāo)至139m2上標(biāo)。

該段隧道左側(cè)580m為大春河水庫，與隧道通過溫水營平移斷層相連，水庫水位比隧道拱頂高72m。該隧道在穿越斷層段，同時還下穿水塘、大春河引水渠、道路、自來水管及辦公樓等多種地表構(gòu)筑物，詳見表1及圖1。寶峰隧道作為全線的控制性工程，在穿越斷層時，該工作面日掘進(jìn)1m才能滿足進(jìn)度要求，如何在滿足安全的前提下達(dá)到進(jìn)度指標(biāo)成為該作業(yè)面的施工難題。

2 施工實際狀況

該作業(yè)面進(jìn)入斷層后，實際掌子面揭示地質(zhì)為泥質(zhì)板巖、白云巖，膠結(jié)性極差，DK12+020處超前探孔掌子面總水量為3L/S，圍巖極其破碎無自穩(wěn)性，實際地質(zhì)情況與設(shè)計基本相符。進(jìn)入斷層前50m施工并未采取特殊措施，掌子面多次發(fā)生溜坍現(xiàn)象。從測量數(shù)據(jù)分析，各斷面沉降數(shù)值均較大，其中最大累計沉降352mm，最大沉降速率56mm/d。最大累計水平收斂104mm，最大收斂速率11mm/d，施作仰拱后趨于穩(wěn)定。如果不采取特殊措施，必將沉降過大造成初支開裂，進(jìn)一步危及地面構(gòu)筑物安全，甚至影響水庫蓄水安全，將造成無法估量的損失。

表1 地表構(gòu)造物情況一覽表

圖1 隧道地表構(gòu)筑物位置關(guān)系示意圖

3 施工中采取措施

3.1 對地表及結(jié)構(gòu)物沉降位移監(jiān)測

根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，現(xiàn)場對地表水塘及結(jié)構(gòu)物進(jìn)行布點監(jiān)測，便于根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時采取措施。測點布置從DK12+132（地表為水塘邊墻）開始，至DK12+315（苗木公司辦公樓圍墻外側(cè)邊），沿線路方向按照每5m/排的間距布置，每排設(shè)6個觀測點，各點距離3m，觀測頻率為2 次/天。

3.2 地表防水及加固措施

DK12+129～DK12+149段下穿水塘，水塘水面寬15m，最大水深1m，采用排水疏干塘內(nèi)積水的措施，并清除塘內(nèi)淤泥，回填灰土并封閉表層，同時設(shè)置水泵抽水。DK12+153～DK12+160段下穿大春河水庫引水渠，水渠寬2.6m深2.3m，為防止引水渠內(nèi)流水下滲至隧道范圍內(nèi)，采取水渠底鋪設(shè)防水板的措施。對地表公路、自來水管周邊及房屋基礎(chǔ)等采取注漿加固措施。加固范圍：橫向為隧道開挖線25m范圍內(nèi)，注漿深度為地表至隧道開挖線外。

3.3 洞內(nèi)加固及施工措施

3.3.1 超前支護(hù)措施

由于本隧道斷面跨度大，開挖上臺階寬度達(dá)到11m，且圍巖軟弱，為盡可能減小圍巖開挖后的收縮，對前方掌子面采用Φ42雙層注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)，每循環(huán)長5m，搭接長度2.4m。

3.3.2 隧道開挖工法

隧道開挖采用三臺階七步流水作業(yè)法，在中臺階設(shè)置臨時仰拱。隧道上臺階開挖時，中下臺階錯開作業(yè)，每次開挖進(jìn)尺0.8m（1榀）。核心土距拱頂高度控制在2.5m以內(nèi)，核心土長度7m左右，總臺階長度15m左右。

隧道開挖上臺階時，采用小型挖機(jī)配置松土器開挖，并及時噴射混凝土進(jìn)行封閉，控制上臺階暴露時間不超過1小時。拱腳部位采用小型挖斗，并人工清理，盡量減少對圍巖的擾動。開挖中下臺階時設(shè)置移動集水箱，確保拱腳部位不積水。

DK12+147～DK12+300段下穿苗木公司辦公樓，隧道距離地表埋深最淺為26m，該辦公樓基礎(chǔ)距隧道開挖邊緣26m，地質(zhì)為全風(fēng)化泥質(zhì)板巖，極易坍塌引起地表下沉危及辦公區(qū)安全。為確保施工順利，旁穿此區(qū)段時采用了φ108mm大管棚及徑向注漿的綜合措施通過。

3.3.3 掌子面加固措施

為進(jìn)一步保證掌子面開挖的穩(wěn)定性，對開挖面采用了Φ70mm玻璃纖維錨桿加固（間距50cm，長度10m），區(qū)別于普通鋼質(zhì)中空錨桿，此種錨桿注漿加固后易于開挖。預(yù)加固如圖2所示。

3.3.4 防止拱腳下沉措施

為防止拱腳下沉及收斂變形過大，采用Φ76大直徑鎖腳錨管進(jìn)行加固，長度為5m，并通過鋼板與拱架牢固焊接。拱腳采用20cm×30cm×1cm的鋼板進(jìn)行墊腳，詳見圖3。為增強(qiáng)縱向連接措施，除按照設(shè)計設(shè)置連接型鋼以外，還采用20cm寬的縱向鋼板作為加強(qiáng)連接。

3.3.5 徑向補(bǔ)償注漿措施

隧道初支沿徑向打設(shè)5m長，Φ42鋼花管進(jìn)行周邊注漿加固，漿液采用純水泥漿，滲水時壓注雙液漿。鋼管末端用鋼板與型鋼拱架連接固定，進(jìn)一步提高了拱架的承載能力。具體布置圖如圖3所示。

圖2 超前預(yù)加固示意圖

圖3 拱腳加固及拱架縱向連接意圖

3.3.6 安全步距要求

為了順利通過斷層，安全步距的控制十分關(guān)鍵，由于隧道斷面大，圍巖軟弱，地表沉降控制嚴(yán)格，更要確保外力在拱圈內(nèi)均勻傳導(dǎo)。現(xiàn)場在滿足鐵建設(shè)2010[120]號文件的前提下，對安全步距做了更嚴(yán)格的要求：二襯距離掌子面不超過50m，仰拱及填充距離掌子面不超過20m，從掌子面開挖至仰拱封閉時間不超過10d。

3.3.7 預(yù)測水層及水處理措施

由于上游有大春河水庫，且隧道埋深約30m，施工時為確保水庫及洞內(nèi)施工安全，對前方水層的探測和洞內(nèi)滲水給予了高度重視：采用地質(zhì)雷達(dá)和物探法預(yù)報前方富水情況，每循環(huán)掌子面設(shè)9個長5m的探水小導(dǎo)管。治水采用“以堵為主，排堵結(jié)合”的原則，對于掌子面的局部出水點采用注漿堵水；大面積散水時采取開挖后徑向注漿的措施。

通過上述各種施工措施，有效控制了隧道的沉降及收斂，安全通過了該斷層帶。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示洞內(nèi)拱頂最大累計沉降112mm，最大沉降速率18mm/d，最大累計水平收斂21mm，最大收斂速率6mm/d，且收斂周期明顯縮短。同時地表觀測顯示，房屋、水渠、辦公樓等構(gòu)筑物的沉降均控制在合理范圍內(nèi)。每月進(jìn)度平均達(dá)到33m，滿足進(jìn)度指標(biāo)要求。

結(jié)語

采用地表與洞內(nèi)綜合加固的措施，能夠滿足復(fù)雜條件下大斷面隧道施工安全。地表主要控制滲水對隧道施工的影響；洞內(nèi)一是要減少開挖擾動，嚴(yán)格控制超挖；二是要通過采用大拱腳、剛性連接等各項措施加強(qiáng)主動支護(hù)的剛度和強(qiáng)度，克服三臺階沉降大的缺點；三是采用加固掌子面的措施，提高圍巖穩(wěn)定性；四是減少圍巖的暴露時間，及時封閉成環(huán)；五是注重處理洞內(nèi)滲水處理，采用提前探測、提前治理的措施。經(jīng)過認(rèn)真組織，寶峰隧道順利通過了溫水營平移斷層，該隧道采用的措施可以作為類似隧道施工的參考和借鑒。

[1] TB10121-2007，鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程[S].

[2]關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知[Z].鐵建設(shè)[2010]120號.

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