鐵路淺埋偏壓隧道護拱法技術研究

候金鵬

(中鐵十八局集團 市政工程有限公司,天津 300222）

1 引言

修建鐵路隧道時經常遇到淺埋、偏壓等特殊地段。在遇到類似工程情況時，及時選取合理、經濟、有效的解決方案至關重要。

2 案例分析

2.1 工程概況

玉磨鐵路某隧道縱斷面見圖1。該隧道為標段重難點工程，起訖里程為DK261+615～DK265+085。本隧道為雙線隧道，隧道全長3470m，其中Ⅲ級圍巖193m，Ⅳ級圍巖1187m，Ⅴ級圍巖2046m，隧道設進口、出口2個施工單元，2個工作面。

圖1 隧道縱斷面圖

洞身穿越白堊系下統曼崗組（K1m）砂巖、泥巖、礫巖，強風化，以軟質巖為主，地質構造較發育，受區域性構造影響，節理裂隙發育，巖體較破碎，圍巖穩定性較差，為Ⅴ級圍巖。該段屬于淺埋段，拱頂以上埋深7～10m。隧區屬中山地貌，山間淺溝發育，地形波狀起伏，地面高程1280～1480m，最大高差200m，自然橫坡15°～45°，進出口邊坡較陡。丘坡上覆土層較薄，基巖部分裸露，植被茂密。

隧區上覆第四系全新統人工填土層（Q[4](ml)）碎石土、滑坡堆積層（Q[4](del)）、坡洪積層（Q[4](dl+pl)）、坡殘積層（Q[4](dl+el)）粉質黏土，下伏基巖為白堊系下統曼崗組（K[1]m）砂巖、泥巖、礫巖、景星組（K[1]j）泥巖夾粉砂巖、石英砂巖及斷層角礫（Fbr）。

隧區位于青藏滇緬印尼“歹”字型構造中段的東支哀勞山西側及永平-思茅槽地的東南部，構造行跡屬于經向構造體系。段內構造發育，發育有正興向斜、白廟斷層。受構造影響，隧區巖石節理發育，巖體破碎，牽引褶曲較發育，產狀變化較大。隧區內地表水主要為地表季節性溝水，均屬瀾滄江水系，由大氣降水補給，流量受季節控制明顯，雨季水量較大，旱季相對較小。

該隧道DK265+045～DK265+085段為淺埋偏壓段，襯砌頂部露出地表最大值約為5m，屬于“地形偏壓”；詳見圖2。

圖2 淺埋段埋深最淺（DK265+080）橫斷面圖

2.2 方案比選

對于淺埋偏壓隧道，目前國內外對偏壓邊坡的加固處理方法較多，常見處理方法有:削坡減載法、護拱法、回填反壓法、地表注漿法、設置抗滑樁、預應力錨桿和混凝土擋墻等，本隧道“地形偏壓”段原設計采用6%水泥土回填反壓，暗洞法施工，線路左側高邊坡采用錨索加固防護[1]。

通過對施工安全風險、工期、環境影響及費用進行對比分析，削坡減載法及地表注漿法安全風險較大，而抗滑樁及擋墻加固措施不僅成本較高，且施工難度大，所以均不適合[2]；進一步對護拱法（回填反壓及錨索加固輔助）與水泥土反壓回填法（錨索加固輔助）作對比分析，最終確定采用“護拱法（回填反壓及錨索加固輔助）+三臺階臨時仰拱”的解決方案，見圖3。

圖3 護拱法（回填反壓及錨索加固輔助）+三臺階臨時仰拱防護方案圖

2.3 護拱方案

護拱段施工工序：施工準備→地表清理、截水溝施工→拱腳地基夯實→護拱施工→護拱段隧道開挖、初支施工→仰拱、二襯施工[3]。

（1）護拱厚60cm，采用C30混凝土；在護拱內側設I18工字鋼，保護層厚5cm，鋼架間距1m/榀，縱向利用Φ22鋼筋連接，環向間距80cm；兩側護拱基礎為C35鋼筋混凝土擴大基礎（寬1m，厚30cm），并采用2m長Φ22砂漿錨桿（按0.5×0.5m的梅花型布設）將其錨入基巖。護拱橫斷面圖見圖4。

圖4 護拱橫斷面圖（長度/cm）

（2）護拱基礎地基承載力[4]不小于500kPa。

（3）施工作業期間加強邊仰坡的監控，每日測量不少于2次；

（4）邊仰坡防護及排水措施按照設計先行施工完成。

2.4 護拱方案的實施

依據設計坡率對邊坡定位放線，由上至下開挖，并施作錨網噴臨時防護。開挖至護拱拱腳擴大基礎平面后，按設計要求對線路左側邊坡施作錨索防護，錨索為3φl5.24mm，長18m，按3×3m的梅花型布設，及時進行錨墩施工并張拉錨索，錨索設計噸位40OKN[5]，見圖5。

圖5 錨索圖

2.4.1 護拱施工

（1）在護拱范圍進行初支施工，采用I22鋼架，間距0.6m/榀，縱向Φ22鋼筋連接，在每榀鋼架的拱腳位置布設2根φ42mm×3.5mm×4m的無縫鋼管進行鎖腳，噴射28cm厚的初支混凝土，見圖6。

圖6 淺埋段初支圖（鋼架及噴砼）

（2）護拱外模骨架鋼架施工時（I18工字鋼，間距1m/榀），拱腳落于擴大基礎上，鋼架由Φ22鋼筋縱向連接牢固，鋼筋環向間距80cm；施作護拱外模環向骨架鋼筋，鋪設木模板;分兩段澆筑DK265+045～DK265+085段護拱（60cm厚C30混凝土，保護層厚5cm）。

2.4.2 護拱段開挖、二次襯砌及時施作

護拱段隧道采用“三臺階+臨時仰拱法”開挖及支護[6]，施工步序圖見圖7，開挖斷面見圖8。嚴格執行“弱爆破，短進尺，強支護,早封閉，勤量測”的原則；及時施作二次襯砌，拱墻及仰拱分別采用65cm、70cm的C35鋼筋混凝土澆筑。

2.4.3 回填及地表處理

（1）護拱襯砌外表面涂刷2mm厚水泥基滲透結晶涂料，之后施工5cm水泥砂漿保護層[7]；

（2）施作護拱段排水體系（布設縱橫向波紋管，施作無砂混凝土反濾層），之后采用改良土分層回填及夯實（回填至拱頂以上100cm）,人工夯實每層厚度不大于25cm，機械夯實每層厚度不大于30cm；在回填面表層設置50cm的粘土隔水層，由線路左側向線路右側設置斜向排水坡；

（3）施作鋼筋混凝土排水溝，順接至原沖溝。

2.4.4 監控量測

按設計及規范要求，對淺埋段洞內外進行監控量測，該段洞內每3m設置一個監測斷面，每個斷面布設7個相鄰間距為3m的監測點；洞口地表部位設置5個環向監測斷面，斷面相距3m，每個斷面布設7個相鄰間距為2m的觀測點[8]。

監測工作從正洞開挖到該段二次襯砌施工完成為止，其中沉降最顯著的監測點位于DK265+080的位置，其日沉降最大值為3mm,累計最大沉降值為35mm,對應沉降散點布置圖見圖11；在施工過程中，該淺埋段無預警情況發生。

圖7 三臺階臨時仰拱法施工步驟圖

圖8 三臺階臨時仰拱開挖斷面圖

圖9 累計沉降值-量測時間散點線圖

3 結語

(1)隧道淺埋段已順利完成二次襯砌，隧道監控量測數據正常，實踐證明，采用“護拱法”處理“地形偏壓”是可行的；

(2)該段護拱發揮的功能有：防落石；防沖溝流水滲入到隧道洞內；與邊坡錨索配合抵抗圍巖偏壓；節約施工時間，加快施工進度；

(3)雖然護拱技術在理論上能夠抵抗偏壓，但可能由于拱腳擴大基礎的尺寸或布設位置不到位，導致其喪失此功能，并且也可能引起在正洞暗挖過程中，因護拱拱腳脫空致使護拱傾覆的情況發生，所以護拱技術特別是護拱基礎工藝仍需根據實際工程狀況進一步完善。