短小隧道出洞施工中用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)的施工實(shí)踐

張旭一

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司海外事業(yè)部 北京 100176）

短小隧道出洞施工中用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)的施工實(shí)踐

張旭一

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司海外事業(yè)部 北京 100176）

介紹新建某某客運(yùn)專線沈家?guī)X2號(hào)短小隧道利用雙層小導(dǎo)管作為超前支護(hù)直接出洞，代替大管棚由出口反向進(jìn)洞的施工技術(shù)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。施工經(jīng)驗(yàn)可供同類工程參考。

隧道施工 雙層小導(dǎo)管超前支護(hù) 大管棚施工

新建鐵路線路上一般都有數(shù)量不小的短小隧道。1km以下的短小隧道施工時(shí)，大多采用從下坡一側(cè)的洞口單側(cè)進(jìn)洞，從另一側(cè)出洞。為了確保隧道出洞時(shí)的施工安全，以往的施工中往往會(huì)采用大管棚反向進(jìn)洞的施工方法，與正面開(kāi)挖過(guò)來(lái)的洞身銜接。但是，施做大管棚不但施工成本高，大管棚施工時(shí)需要較大型的管棚施工設(shè)備，需要修建等級(jí)較高的進(jìn)場(chǎng)施工便道，這無(wú)異會(huì)提高短小隧道的工程造價(jià)，增加了對(duì)工程的投入，尤其是出洞一側(cè)洞口外的地形較陡峻時(shí)。今以新建某某客運(yùn)專線沈家?guī)X2號(hào)短小隧道的工程實(shí)例介紹我們采用雙層小導(dǎo)管代替大管棚直接出洞的施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程簡(jiǎn)介

新建某某客運(yùn)專線Ⅳ標(biāo)段沈家?guī)X2號(hào)隧道是一座單洞雙線鐵路隧道，進(jìn)、出口里程分別為

DK254+279和DK254+843，隧道長(zhǎng)度為564m，隧道處于直線段上，隧道縱坡為＋5.8‰的單面上坡，隧道最大埋深約54m，隧道進(jìn)、出口分別設(shè)計(jì)有10m明洞。隧道出口緊鄰沈家?guī)X中橋，中橋0號(hào)臺(tái)臺(tái)尾距隧道出口僅3.7m。

沈家?guī)X2號(hào)隧道地處低山丘陵區(qū)，剝蝕地貌，地勢(shì)起伏較大，山體比較陡峭，溝谷呈“V”字形深切，自然坡度一般在12°～28°。隧道的地表分布著第四系全新統(tǒng)（Q4）洪積層和第四系全新統(tǒng)的坡積、殘積層，巖層破碎，局部有人工堆積層（Q4ml）雜填土，地表以下分布有上、下更新統(tǒng)（Q、Q1）和第三系上新統(tǒng)（βN2）等地層。沈家?guī)X2號(hào)隧道洞內(nèi)Ⅲ級(jí)圍巖段長(zhǎng)371m，Ⅳ級(jí)圍巖段長(zhǎng)173m。

沈家?guī)X2號(hào)隧道施工時(shí)由進(jìn)口單側(cè)進(jìn)洞，出口出洞，單方向施工。隧道的出口處在25°左右的陡峭高坡上，隧道出口的基底距溝底高差約有29m左右，修建施工便道不但困難，工程量也比較大。

2 施工方法的確定

沈家?guī)X2號(hào)隧道正洞的Ⅲ級(jí)圍巖段采用三臺(tái)階法施工，Ⅳ級(jí)圍巖段采用大拱腳臺(tái)階法施工，出洞段采用中隔壁法施工，進(jìn)出口的明洞段采用明挖法施工。

為了取得用雙層小導(dǎo)管代替大管棚出洞的施工經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)谏蚣規(guī)X2號(hào)隧道采用了從洞內(nèi)使用雙層小導(dǎo)管配合鋼支架出洞的施工方法。

3 洞內(nèi)使用雙層小導(dǎo)管出洞的施工方法

使用雙層小導(dǎo)管配合鋼支架出洞的施工方法是在距隧道出口30m（里程為DK254+813）的斷面處開(kāi)始的，先打設(shè)雙層超前注漿小導(dǎo)管，并開(kāi)始采用中隔壁法施工，一直將隧道開(kāi)挖至右側(cè)第三層臺(tái)階底部超過(guò)明、暗洞分界線后停止開(kāi)挖，噴射厚10cm的C25混凝土封閉掌子面和拱、墻，隨后加緊施工后續(xù)工序，一直將仰拱和拱、墻襯砌澆筑到明、暗洞分界線。之后從出口洞外用常規(guī)方法進(jìn)行明洞施工，實(shí)現(xiàn)明、暗洞對(duì)接，完成隧道出洞施工。

3.1 中隔壁法施工程序

中隔壁法施工程序[1]51-53見(jiàn)圖1。

圖1 中隔壁法施工程序圖

中隔壁法施工程序：Ⅰ拱部打設(shè)雙層超前小導(dǎo)管→1左側(cè)上部開(kāi)挖→Ⅱ左側(cè)上部初支→2左側(cè)中部開(kāi)挖→Ⅲ左側(cè)中部初支→3左側(cè)下部開(kāi)挖→Ⅳ左側(cè)下部初支→4右側(cè)上部開(kāi)挖→Ⅴ右側(cè)上部初支→5右側(cè)中部開(kāi)挖→Ⅵ右側(cè)中部初支→6右側(cè)下部開(kāi)挖→Ⅶ右側(cè)下部初支→Ⅷ澆筑仰拱、拱上填充混凝土→Ⅸ澆筑拱、墻混凝土。

隧道中隔壁法按常規(guī)方法施工，本文不再贅述。

3.2 雙層超前注漿小導(dǎo)管的敷設(shè)

（1）雙層超前小導(dǎo)管布置。雙層超前小導(dǎo)管分為兩層打設(shè)：第一層用L＝6.0m、Φ50×5mm熱軋無(wú)縫鋼管按常規(guī)方法加工制做，環(huán)向間距330mm，外插角45°，每2.0m打設(shè)一排，搭接長(zhǎng)度2.4m，其作用是加固拱圈以上約5m范圍內(nèi)的圍巖；第二層用L＝4.0m、Φ45×3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管按常規(guī)方法加工制做，環(huán)向間距330mm，外插角10～15°，每2.0m打設(shè)一排，搭接長(zhǎng)度1.8m，其作用與常規(guī)的超前小導(dǎo)管相同，加固拱圈以上的圍巖，確保隧道開(kāi)挖的安全。

兩層超前小導(dǎo)管在拱部144°范圍內(nèi)敷設(shè)。兩種超前小導(dǎo)管以前后1.0m的間隔分別打設(shè)。即從DK254+813斷面開(kāi)始打設(shè)第一層超前小導(dǎo)管，每2.0m打設(shè)一排；從DK254+814斷面開(kāi)始打設(shè)第二層超前小導(dǎo)管，每2.0m打設(shè)一排。

（2）超前小導(dǎo)管注漿參數(shù)：雙層超前小導(dǎo)管壓注水泥漿和水玻璃雙漿液。注漿漿液中：水泥漿的水灰比為1∶1；所用水泥為PC32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥；水玻璃用40B′e、模數(shù)＝3.2的水玻璃；拌和用水為能夠飲用的自來(lái)水；水泥漿液與水玻璃的體積比為1:0.75。注漿壓力為0.8～1.5MPa。當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.5MPa并保持5min后才能停止注漿。

3.3 隧道出口段開(kāi)挖與襯砌施工

（1）隧道出口段開(kāi)挖與襯砌施工原則。隧道出口段應(yīng)該按照“控制進(jìn)尺，控制爆破，加強(qiáng)支護(hù)，盡早封閉成環(huán)”的原則組織開(kāi)挖與襯砌施工，并要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作。

（2）隧道出口段開(kāi)挖施工。隧道出口段應(yīng)采用人工配合小型機(jī)械的方法進(jìn)行開(kāi)挖，盡量減輕開(kāi)挖工作對(duì)圍巖的擾動(dòng)，必須進(jìn)行爆破時(shí)要用毫秒雷管分段起爆的方法，嚴(yán)格控制每一段的起爆藥量。開(kāi)挖時(shí)每循環(huán)的進(jìn)尺嚴(yán)格控制在1.0m，相鄰臺(tái)階的寬度控制在3.0m左右，左右兩側(cè)臺(tái)階的寬度控制在9.0m左右。每層臺(tái)階開(kāi)挖出來(lái)以后立即對(duì)掌子面和拱、墻噴厚5cm的C25混凝土進(jìn)行封閉，接著施做初期支護(hù)。

中隔壁法施工段的初期支護(hù)按Ⅳb雙線隧道復(fù)合式襯砌參數(shù)設(shè)計(jì)。噴混凝土厚度：拱、墻為25cm，仰拱為15cm；拱、墻部位的鋼筋網(wǎng)：用Φ6盤條加工，@＝200×200mm，單層；系統(tǒng)錨桿：用L＝4.0m、Φ25mm的中空注漿錨桿，環(huán)×縱向間距為1.2×1.2m；支撐鋼架：用I18的工字鋼分段加工制作，縱向間距＝1m，用L＝1.5m、Φ25縱向連接鋼筋連接，@＝1.0m。

隧道出口段分部開(kāi)挖時(shí)，分段的拱、墻支撐鋼架和中間的臨時(shí)豎撐都要準(zhǔn)確對(duì)接、焊牢，及時(shí)焊接縱向連接鋼筋，使初支體系盡早成環(huán)。分段安裝支撐鋼架時(shí)，鋼架分段節(jié)點(diǎn)處和邊墻底腳處兩側(cè)各安裝2根（圍巖破碎時(shí)可增加至4根）L＝6.0m、Φ50×5.0mm熱軋無(wú)縫鋼管制作的注漿鎖腳錨管。鎖腳錨管要及時(shí)打設(shè)，立即注漿，并要與支撐鋼架底部牢固焊接。

（3）隧道出口段襯砌施工

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)提供的數(shù)據(jù)分析及時(shí)進(jìn)行襯砌施工。在圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定后，拆除中間的豎向臨時(shí)支撐鋼架，在完成仰拱和拱上填充混凝土澆筑以后，盡快組織拱、墻襯砌混凝土的整體澆筑，使二襯盡早封閉。

為提高拱、墻襯砌承載能力，隧道暗洞出口段20m范圍內(nèi)（DK254+823～DK254+833）的二次襯砌按Ⅴa級(jí)襯砌類型設(shè)置。

4 隧道出口段明洞施工

當(dāng)隧道出口段襯砌澆筑到明、暗洞分界線以后，停止洞內(nèi)作業(yè)，改由出口從洞外開(kāi)挖明洞。

隧道出口明洞施工程序[1]33-36：出口明洞邊、仰坡清除危石、刷坡→開(kāi)挖截、排水天溝→明洞邊、仰坡坡面掛網(wǎng)、錨、噴混凝土加固→明洞段土石方分層開(kāi)挖→對(duì)開(kāi)挖出來(lái)的邊、仰坡分層進(jìn)行掛網(wǎng)、錨、噴混凝土封閉、加固→仰拱開(kāi)挖→基坑基底加固處理及承載能力檢驗(yàn)→澆筑仰拱鋼筋混凝土及拱上填充混凝土→整體澆筑拱、墻鋼筋混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→施做防水層和保護(hù)層→分層、對(duì)稱地進(jìn)行拱、墻外的土方回填。

明洞施工按照常規(guī)方法施工。

明洞施工必須注意做好以下幾點(diǎn)：

（1）本隧道明洞段土石方采用人工配合小型機(jī)械開(kāi)挖，采用溜槽將棄土溜放到隧道出口陡坡下面的集土倉(cāng)中，再用車輛將其運(yùn)走。土石方開(kāi)挖盡量不實(shí)施爆破，尤其是明、暗洞交界處和邊、仰坡附近。

（2）當(dāng)隧道開(kāi)挖到距暗洞初期支護(hù)上方2m時(shí)，改由人工挖穿初期支護(hù)。施工時(shí)，洞內(nèi)的人員、機(jī)械應(yīng)撤離至安全地帶，明洞施工人員應(yīng)注意施工安全，防止人員墜入預(yù)先開(kāi)挖出來(lái)的洞穴中。

（3）隧道出口緊鄰沈家?guī)X2號(hào)中橋的0號(hào)臺(tái)，應(yīng)該與橋梁施工單位進(jìn)行溝通，相互協(xié)調(diào)，避免發(fā)生安全事故和明洞棄渣影響橋梁施工的情況。

5 監(jiān)控量測(cè)工作

為了保證隧道雙層小導(dǎo)管出洞段的施工安全，我們把監(jiān)控量測(cè)工作[1]129-140，[2]4-19作為關(guān)鍵工序納入了施工程序，制定了監(jiān)控量測(cè)工作的實(shí)施方案，聘請(qǐng)第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，除了按照規(guī)范規(guī)定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、方法、頻次進(jìn)行監(jiān)測(cè)以外，我們還對(duì)監(jiān)控量測(cè)工作進(jìn)行了加密和加強(qiáng)。

（1）需要進(jìn)行的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。隧道出口段的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目按照了規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行。其中洞外的地表沉降、洞內(nèi)的拱頂下沉、凈空變化等為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

（2）需要加密的項(xiàng)目。隧道出口段需要加密監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)點(diǎn)。將隧道出口段的地表沉降觀測(cè)斷面的縱向間距加密到5m，每條觀測(cè)斷面上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的橫向間距加密到5m。洞內(nèi)拱頂下沉和凈空變化觀測(cè)斷面的縱向間距加密到5m，觀測(cè)斷面位置要與地表沉降觀測(cè)斷面布置在同一里程上。每個(gè)斷面上在拱頂布置3個(gè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)臺(tái)階上布置一條水平測(cè)線，兩條斜測(cè)線，用來(lái)觀測(cè)隧道凈空的變化。

（3）在隧道采用中隔壁法施工以后，監(jiān)測(cè)頻率提高到4次/d。通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)控量測(cè)工作，在距明、暗洞交接點(diǎn)20m的范圍內(nèi)，洞內(nèi)拱頂最大沉降實(shí)測(cè)值為26mm，最大水平收斂值為2.7mm，最大地表沉降值為33mm，均未超出規(guī)范規(guī)定的范圍，證明這種隧道施工方法是安全的。

6 結(jié)語(yǔ)

沈家?guī)X2號(hào)短小隧道采用由進(jìn)口單方向進(jìn)洞的方法施工，一般情況下多采用大管棚反向進(jìn)洞的方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出口施工的對(duì)接。如此施工需要使用較大型的管棚施工機(jī)械，需要修筑等級(jí)較高的施工便道。由于沈家?guī)X2號(hào)隧道出口地勢(shì)比較陡峭，修筑施工便道工程量比較大，因而我們嘗試了在洞內(nèi)用雙層超前小導(dǎo)管直接出洞的施工方法。施工實(shí)踐證明這種施工方法是安全的、可行的，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）只需要使用原有的隧道施工機(jī)械，不需要再配備大管棚機(jī)等施工機(jī)械，隧道出口不需要修筑高標(biāo)準(zhǔn)的施工便道和較大的施工場(chǎng)地；

（2）小導(dǎo)管的工、料、機(jī)費(fèi)用遠(yuǎn)低于大管棚的工、料、機(jī)費(fèi)用。本工程用雙層超前小導(dǎo)管代替大管棚施工大約可以節(jié)省施工費(fèi)用16萬(wàn)元左右；

（3）用雙層超前小導(dǎo)管直接出洞的施工方法可以縮短施工工期。以本隧道為例，工期大約可以縮短16d左右。

參考文獻(xiàn)：

[1]TZ204-2008. 鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[s].北京:中國(guó)鐵道出版社,2008

[2]TB10121-2007. 鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[s].北京:中國(guó)鐵道出版社,2007

Application of Double-layer Small Pipe as Pre-Support in the Construction of Short Tunnel Exit

ZHANG Xu-yi

(Overseas Business Department of China Railway 19th Bureau Group Co., Ltd Beijing 100176)

This paper introduces the technique of replacing the using big pipe shed to enter a tunnel reversely from the exit with the using of double-layer small pipes as pre-support to exit the tunnel directly in No.2 short tunnel of Shenjialing section of some newly-built passenger line, which brings good economic benefits. This construction experience can be referenced by similar projects.

tunnel construction double-layer small pipes as pre-support construction with big pipe shed

A

1673-1816(2016)04-0020-05

2016-03-13

張旭一，男，學(xué)士，工程師，研究方向隧道施工。