鐵路隧道淺埋偏壓施工技術的應用

岳 嶺, 文 亮， 趙 龍

(中國水利水電第十工程局有限公司 ，四川 成都 610072)

1 概 述

老中鐵路芬果村二號隧道位于磨萬線班發當站-萬榮站區間，設計速度為160 km/h，為單線隧道，全長1 872 m。DK278+856處隧道頂發育有沖溝，初始埋深不足2 m，DK278+885～DK278+980段實測地形與設計相符，埋深2～27 m，該段采用中管棚夾小導管超前支護，襯砌類型為VC復合式。針對所遇到的淺埋偏壓軟弱圍巖等特殊情況，為保證隧道施工安全與質量，必須研究并制定相應的施工技術。

2 隧道淺埋段采用的施工技術

DK278+885～DK278+980淺埋段長95 m,采用“地表處理+隧道內處理”結合的方式處理。

隧道地表的處理：開挖前，對地表發育沖溝淺埋段進行了回填反壓，夯填土石至隧道拱頂以上5 m，其表面夯填0.5 m厚的黏土隔水層，坡底設置C20混凝土擋墻。

隧道內的處理：采用中管棚夾小導管的方式進行處理，中管棚單根長6 m，縱向間距4.2 m，環向間距0.4 m，每環根數為27根。

隧道淺埋段通常處于埋深較淺、圍巖破碎、自穩時間短、固結程度低的地層，若所采用的施工方法不妥，極易發生冒頂塌方或地表沉陷而危及施工安全。遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測、實回填、嚴治水”的原則施工[1，2]。

2.1 超前支護

DK278+885～DK278+980段采用φ60中管棚和φ42小導管進行超前支護，環向每兩根中管棚之間等距設置兩根小導管，其他部位采用中管棚超前支護，其技術參數如下：

(1)中管棚采用熱軋無縫鋼花管制作，孔徑為8～10 mm，孔間距為10～20 cm,梅花形布置，前端成錐型，對其尾部設置長度不小于30 cm的無孔止漿段；

(2)小導管采用熱軋無縫鋼管，外插角為3°～5°。管口位置設φ6鋼筋加強環，防止施工時導管尾端變形；

(3)注漿：注漿采用水泥漿，強度等級不低于M10；注漿壓力一般為0.5～1 MPa。

2.1.1 管棚施工工藝

(1)導管制作。導管集中加工。(2)測量放樣。首先復核線路中線及高程，根椐復核后的控制點在掌子面標出隧道中線及開挖斷面，在開挖輪廓線外10 cm畫出拱弧，在拱弧上用紅油漆按設計要求標出孔位。(3)鉆孔清孔。采用風鉆鉆孔，孔徑72 mm。施工中采用連接套鉆桿。鉆孔前對孔位進行編號，按高孔位向低孔位的順序進行鉆孔。鉆孔完成后應立即清孔，用高壓風管清除孔內的浮渣，確保孔徑、孔深符合要求。(4)安設導管與止漿塞。清孔后下管，以免因坍孔而無法順利安裝。導管采用頂進安裝，以人工頂進為主，必要時輔以機械頂進。在管口插入止漿塞，管口位置用鋼筋加強環緊固，檢查無誤后，將中管棚末端焊接在鋼架外緣，與鋼架組合成預支護系統。(5)注 漿。注漿前，應采用噴混凝土對開挖工作面進行封閉，形成止漿墻，防止漿液回流影響注漿效果。水泥漿的水灰比為0.8∶1～1∶1，注漿壓力為0.5～1 MPa，全孔采用一次性注漿。注漿時先“單”號，再“雙”號孔。注漿順序按由低到高、由下往上，交錯進行。

2.1.2 小導管施工工藝

小導管施工與中管棚施工工藝相同[3]。

2.2 監控量測

監控量測作為隧道施工安全的保障，是判斷圍巖、支護系統穩定性、調整開挖支護參數及確定二襯施作時間的依據。該淺埋段監控量測為地表沉降、拱頂下沉、凈空變化和隧道內外觀察。

(1)地表沉降。地表沉降觀測點按普通水準點于隧道開挖前埋設，與隧道內的觀測點布置在同一斷面。地表沉降采用電子水準儀或全站儀量測，精度為0.5～1 mm。地表沉降基準點設于地表沉降影響范圍之外，觀測點按縱、橫向各3 m布置。地表沉降量測直到襯砌結構封閉、下沉基本停止為止。

(2)拱頂下沉和凈空變化。拱頂下沉測點和凈空變化測點應布置在同一斷面上，監控量測斷面按照縱向間距不大于5 m布設且應與地表沉降觀測斷面對應。當圍巖不穩定數據變化較大時，結合施工方法增設臨時加密觀測點，量測斷面間距可根據圍巖段落的長度適當進行調整，但每種巖層至少設一個量測斷面。每個量測斷面處設置一個拱頂下沉測點，每個臺階設置一條水平測線。

(3)監控量測頻率。一般情況下，考慮測線位移速率、距工作面距離，按表1中的取值確定地表沉降、拱頂下沉、凈空變化量測頻率。當地質條件變差或量測值出現異常時將量測頻率加大，必要時每2～5 h量測一次。當變形穩定時，可適當降低量測頻率。當同一斷面內各測線變形速度不同時，以產生最大變形速度的測線確定全斷面的量測頻率。該淺埋段按最少2次/d進行量測。

表1 量測頻率控制表

(4)資料整理。形成隧道內、外觀察記錄表， 拱頂下沉、凈空變化量測記錄表與地表沉降觀測記錄表，及時進行數據分析，數據異常及出現預警情況時采取相應的措施[4]。

2.3 超前地質預報

由施工圖得知該淺埋段塌方的初始風險極“高”，超前地質預報方法為地質調查、WT1(TSP法)、ZT1和加深炮孔(5孔)幾種，隨時掌握前方地質情況、地下水賦存情況、巖體破碎程度等，用以指導下一步的開挖方法和支護措施。

2.4 開挖施工

該淺埋段巖體為V級圍巖，采用挖掘機開挖，嚴格控制開挖進尺，開挖后及時施作初期支護，盡量少擾動圍巖。

(1)開挖采用三臺階法，上臺階在拱部超前支護后進行，開挖時預留核心土，中臺階長15～20 m，下臺階左右側錯距(2～3 m)同步開挖，循環進尺為1榀鋼拱架間距(60 cm)，施作初期支護，即初噴4 cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，架立鋼架并設鎖腳錨管。鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

(2)開挖仰拱，循環進尺不大于2榀鋼拱架間距(120 cm)，開挖完成立即進行鋼拱架封閉成環，施作隧底噴射混凝土[5]。

2.5 初期支護

初期支護由錨桿、鋼筋網、鋼架和噴射混凝土組成，初期支護的注意事項為：①初期支護緊跟開挖，及時施作，縮短圍巖暴露時間；②巖層開挖完成后，先噴射一層混凝土，再施作錨桿，掛設鋼筋網，能及時有效地控制圍巖的變形，防止巖塊墜落的產生，充分發揮圍巖的自承能力；③鋼拱架必須置于穩固基面上，必要時采取墊鋼板的方式加以穩固；每榀鋼拱架落底后加設一組鎖腳錨管，置于其上50 cm位置,鋼拱架與巖面之間必須噴混凝土密實，嚴禁出現空洞及填充石渣；④對于圍巖軟弱、變形較大及滲水嚴重等部位適當增加系統錨桿；⑤仰拱初期支護應盡早施作，及時封閉成環。施工前，將虛渣、雜物、積水等清除干凈，超挖部分采用與襯砌同等級的混凝土回填[6]。

2.6 防排水施工

隧道圍巖若有較多的滲水將影響圍巖的自穩性，甚至引發坍塌等安全事故。因此，必須重視并做好防排水工作。由拱頂處開始不斷向邊墻下端敷設透水管，待其到達邊墻下端后，按2 m的間距布設橫向泄水管，通過排水溝將水排出隧道外。

在防水板鋪設之前，應處理好初支結構表面，用細石混凝土進行找平。先在初支結構表面固定熱熔墊片，然后將防水板焊接于墊片上，防水板的鋪設必須達到平順且松緊適當。鋪設完成進行檢查合格后方能進行下道工序施工[6]。

2.7 混凝土襯砌

二襯采用C35鋼筋混凝土結構，厚度為45 cm且帶模注漿。二襯施作一般在圍巖和初期支護變形趨于穩定后進行，在淺埋段應盡早施作二襯[6]。

3 結 語

截至目前，該隧道淺埋段施工已經完成，施工中未發生安全問題與事故，經檢驗隧道各項技術指標均達到設計與規范要求，說明在淺埋偏壓軟弱圍巖條件下采用以上施工技術合理可行，能夠在保證安全的基礎上達到較高的質量水平，所取得的經驗值得同類工程參考借鑒。