超淺埋暗挖隧道下穿河道施工技術研究

高偉強

【摘 要】雙線鐵路隧道超淺埋下穿山谷河道時施工安全風險極高，主要有大斷面、富水、地質條件差、超淺埋的特點。采用三臺階七步開挖和拱部護拱備用方案相結合的施工方法，加強超前支護和初期支護，最大限度減少對圍巖的擾動，安全順利地通過超淺埋段。論文對格魯吉亞現代化鐵路項目新建T7隧道下穿超淺埋河道施工進行了介紹，為今后同類型隧道施工提供參考。

【Abstract】The construction safety risk of the double line railway tunnel is very high when it is buried under the valley and river channel， which mainly has the characteristics of large cross-section， rich water， poor geological conditions and super-shallow burial. The construction method of three-step and seven-step excavation combined with the spare plan of arch protection is adopted to strengthen the advanced support and the initial support， minimize the disturbance to the surrounding rock， and safely and smoothly pass through the ultra-shallow buried section. This paper introduces the construction of new T7 tunnel under the ultra-shallow buried channel in the modern railway project of Georgia， and provides reference for the same type of tunnel construction in the future.

【關鍵詞】超淺埋;大斷面;富水;地質條件

【Keywords】super-shallow buried; large cross-section; rich water; geological conditions

【中圖分類號】U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）04-0150-02

1 引言

超淺埋隧道下穿河道，施工最大的風險就是安全風險。合理的施工方案需因地制宜，本文就格魯吉亞現代化鐵路項目T7隧道下穿河道段超淺埋、地表水豐富、斷面大、地質條件差的特點，闡述了采用三臺階七步開挖法配合拱部護拱備用方案順利通過了河道段的應用實例。

2 工程概況

T7隧道位于格魯吉亞現代化項目，起止里程為Km17+100～Km19+233，隧道全長2133m，雙線隧道，設計坡度13.1‰。隧道Km17+702～Km17+775段下穿河道，該段隧道位于半徑R=470m右偏曲線上，長度73m，埋深3～5m，屬于超淺埋隧道。

T7隧道下穿河道段埋深淺，地質條件差，溪流常年流水。為了更充分地了解隧道下穿段的地質情況，在下穿段進行了地質鉆孔，分別于里程Km17+716和Km17+756，孔深15m。

3 施工風險分析

3.1 隧道超淺埋

隧道埋深距頂部溪流僅3～5m，隧道開挖過程中的震動容易引起隧道塌方。

3.2 大斷面

該隧道開挖斷面為138m2，隨著隧道的開挖，對隧道圍巖影響巨大，極易造成隧道垮塌。

3.3 地質條件差

通過兩個地質鉆孔調查可見，地表以下8m均為飽和性砂礫層，8～15m為淤泥和全風化的灰色粗粒砂巖，開挖過程中自穩性很差，遇水將全面崩解。

3.4 河道常年流水

隧道下穿的河道常年流水，流量隨季節變化為2～30m3/s。施工過程中豐富的地表水非常容易造成塌方突水事故。

4 下穿方案研究

4.1 河道改移

無論采用哪種方案，都需要將河道進行改移。根據現場測量調查，將既有河道從上游改移延小里程山體坡腳經Km17+690處與下游連接。施工在河道水流量最小的季節進行。

4.2 開挖方案的選定

開挖方案擬定了3種：①整段采用明挖法施工，明挖長度73m，施作永久性混凝土水溝約200m。優點：安全風險低。缺點：工程造價大，工期長，附近村道中斷。②采用先護拱后暗挖的綜合施工方法。對超淺埋段隧道拱頂120°范圍進行護拱施工，護拱施工完成后進行暗挖施工。采用機械開挖，減少對圍巖的擾動。優點：施工安全系數高，工程量相比方案①少。缺點：護拱需要施作至少90m，工程造價仍然較大，村道仍需中斷。③主要采用三臺階七步開挖，護拱方案作為備用方案。開挖采用機械開挖，加強超前支護，對拱頂進行注漿固結，增強初期支護。若掌子面出現塌方冒頂，再進行護拱施工。優點：不破壞原地表，工期最短，工程量造價最小。缺點：雖然有塌方冒頂風險，但埋深很淺，即便是發生塌方，塌方量會很小，安全風險可控。最終，經過經濟分析和施工模擬比對，選用了方案③。

5 施工過程控制

5.1 加強超前支護

掌子面開挖施工前，需在拱頂及兩側拱腰進行5m長的超前地質鉆孔，如果探孔發現前方出現不飽和性砂礫層，將進行超前小導管注漿、固結，超前小導管采用？準42花鋼管，每環35根，每根長4m，由原設計每2.4m施作一環改為每2m施作一環，然后進行注漿，待到地表或者洞內開挖面有漿液冒出時停止注漿。

5.2 開挖及支護

開挖采用破碎頭施工，減少圍巖擾動。開挖進尺控制在0.5～1.0m，滿足1～2榀鋼拱架安裝即可。出渣后對掌子面進行排險、噴射混凝土封閉，厚度不低于5cm，封閉后立即進行初期支護。初支參數：I20a鋼拱架，拱架間距0.5m，雙層？準8鋼筋網片，鎖腳錨桿由原設計？準25增強為？準32鋼筋，以增加鋼拱架的承載力，噴射混凝土厚度25cm。二襯設計為？準30鋼筋混凝土，主筋？準25雙層鋼筋，拱墻55cm，仰拱60cm。

5.3 圍巖變化應對措施

若圍巖變差，拱頂出現下沉時，對兩側拱腳設置擴大拱腳，以增加鋼拱架的承載力，防止拱頂下沉;若圍巖進一步變差，初支兩側出現較大收斂時，增設臨時仰拱，以控制初支收斂;若初支或掌子面圍巖松散，發生局部坍塌時，對坍塌區域打入注漿管進行注漿固結并噴錨，防止進一步坍塌[1]。

5.4 備用護拱施工

隧道暗挖時若上臺階掌子面出現塌方冒頂，待塌方穩定后，于塌方處往大里程方向開挖護拱邊坡，開挖后進行噴錨支護。邊坡開挖完成后在隧道拱部以上120°范圍施作鋼筋混凝土護拱，護拱厚度40cm，采用25鋼筋混凝土澆筑并做防水處理，護拱兩側施作2m寬擴大拱腳。護拱施工長度根據塌方范圍確定。拱架地基承載力檢驗不合格時，對地基進行注漿固結處理。護拱施作完成后進行分層回填壓實。

5.5 隧道安全距離控制

隧道開挖過程中要控制好安全距離，上中臺階之間要保持在10m左右的距離，中下臺階之間要保持在20m左右的距離，下臺階距離仰拱位置4m左右，襯砌與仰拱之間保存兩板襯砌的距離在20m左右。

6 監控量測

6.1 洞內監控點布置方案

隧道內的監控量測點設置距離為5m，布置的點位主要在隧道拱頂，拱腰及仰拱位置（見圖1）。

6.2 監測周期

在初期支護完成后，需要立即按照埋設點位埋設監控量測點，監控量測周期為每天2次，待二襯施工通過后，控制點每天監測1次并連續監測1周，1周后數據無變化，可停止監測，若監測點數據仍有變化則持續監測，并分析原因同監理和設計單位商討解決辦法。

6.3 監測結果分析

下穿施工從開工至安全通過共用時71天，監測工作持續進行。通過監控數據得知，隧道拱頂沉降數據非常穩定，從數據來看都是測量誤差;隧道收斂平均發生了1.3～3.8mm收斂值，施工安全風險得到了有效控制。

7 結語

新建雙線鐵路隧道在淺埋下穿既有線施工時最重要的就是安全問題。從T7隧道安全順利地通過超淺埋段施工總結出以下幾點內容：①充分分析施工風險，做好地質調查，明確施工方案。②施工前首先要解決地表水對施工的影響，減少外部施工影響，加強超前支護施工，增強圍巖的自穩性，有助于開挖時減少對地層的擾動。③三臺階起步開挖法預留核心土，全程破碎錘開挖，最大限度減少對巖層的擾動并控制了超欠挖，開挖進尺嚴格控制在0.5～1.0m，加強初期支護拱架間距0.5m，鎖腳錨桿增強為？準32，噴射混凝土快速封閉成環。各臺階、仰拱、二襯保證嚴格控制安全距離使施工穩步進行，施工進度達到平均1m/d。此方案造價最低，安全風險可控，對外部影響最小，施工進度最快。④監控量測為施工方案變化提供依據，施工全程不可或缺。

【參考文獻】

【1】石鈺鋒，陽軍生，邵華平，等.超淺覆大斷面暗挖隧道下穿富水河道施工風險分析及控制研究[J].巖土力學，2012，33（S2）：229-234.