“蓋挖法”在鐵路隧道下穿既有公路施工中的應(yīng)用

吳曉華

（山西省文水公路管理段，山西 呂梁 032100）

近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路建設(shè)突飛猛進(jìn)，施工技術(shù)也快速提升，但鐵路隧道下穿技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，受周邊自然生態(tài)環(huán)境的局限，鐵路與公路交叉工程在施工中存在諸多技術(shù)難題。同時(shí)，由于鐵路隧道施工周期性長(zhǎng)，施工過(guò)程中會(huì)對(duì)公路交通帶來(lái)一定影響，降低高速公路通行能力和行車(chē)安全。因此，根據(jù)具體隧道的施工特點(diǎn)，研究安全可行的下穿技術(shù)具有十分重要的作用和意義。

1 下穿技術(shù)特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀

鐵路公路交叉時(shí)，需通過(guò)下穿技術(shù)實(shí)現(xiàn)其空間上的平行運(yùn)營(yíng)，所以下穿技術(shù)是鐵路隧道與公路交互運(yùn)行的有效保障措施[1]。由于隧道項(xiàng)目工程措施復(fù)雜,影響因素較多，直接暗挖下穿具有較大安全隱患。同時(shí)隧道施工過(guò)程中對(duì)公路正常運(yùn)營(yíng)的無(wú)干擾具有一定難度，需綜合隧道現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文、氣候等多方面的因素，采取針對(duì)性技術(shù)手段，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等多方面因素，才能展開(kāi)施工。下穿隧道對(duì)施工管理要求、施工人員技術(shù)水平要求也較高。為提高施工安全性，往往需要加強(qiáng)超前支護(hù)，同時(shí)降低掘進(jìn)速度，以保證施工安全。

“蓋挖法”施工可較好地解決上述問(wèn)題，目前該技術(shù)在地鐵和高鐵與公路交叉處的項(xiàng)目施工中得到了一定的應(yīng)用，效果顯著。如張黨平等人針對(duì)上覆巖土體厚度為4.5 m的石林隧道，提出先拱部明挖施作蓋拱，后洞內(nèi)暗挖通過(guò)的施工方法[2]；侯建軍等人針對(duì)岢臨（岢嵐—臨縣）高速公路王家溝隧道蓋挖段，采用先架設(shè)導(dǎo)坑型鋼架再澆筑護(hù)拱混凝土的方法形成蓋拱[3]；周恒等人結(jié)合北固山隧道工程指出蓋挖法可用于治理隧道洞口段滑坡，保證連拱隧道中巖墻的穩(wěn)定與強(qiáng)度[4]。

2 蓋挖法施工的優(yōu)勢(shì)

2.1 蓋挖法工藝原理

“蓋挖法”施工方法是先用連續(xù)墻、鉆孔樁等形式做圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中間樁，然后做鋼筋混凝土蓋拱，在蓋拱保護(hù)下進(jìn)行土方開(kāi)挖和襯砌結(jié)構(gòu)施工[5]。該方法保證了交叉公路的正常運(yùn)營(yíng)，最大限度地減少對(duì)既有公路的擾動(dòng)。

施工時(shí)首先從地表明挖至蓋拱拱腳底板設(shè)計(jì)標(biāo)高，基坑采用臺(tái)階放坡法開(kāi)挖，坡面采用錨噴支護(hù)；再修筑土拱模并施作蓋拱模板，達(dá)到強(qiáng)度要求后對(duì)拱部進(jìn)行土方回填；然后采用左右分幅錯(cuò)臺(tái)暗挖法進(jìn)行蓋拱下部隧道施工，二次襯砌混凝土施工完畢后回填蓋拱頂部土體，施作排水設(shè)施并進(jìn)行地面綠化。

2.2 蓋挖法施工優(yōu)勢(shì)

“明挖法”與“暗挖法”是山區(qū)隧道淺埋段通常采用的施工方法，但二者均存在一定缺點(diǎn)與局限性。“蓋挖法”兼具了“明挖”與“暗挖”的施工優(yōu)點(diǎn)，能在保證支護(hù)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上最大程度減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

相比傳統(tǒng)隧道施工工藝，“蓋挖”施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a）開(kāi)挖斷面較小，能夠有效控制周?chē)馏w的變形和地表沉降。b）支護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，可省去隧道的邊坡支護(hù)，節(jié)約施工時(shí)間成本。c）有利于保護(hù)臨近已有構(gòu)筑物，不影響交叉公路正常運(yùn)營(yíng)。d）可減少土方開(kāi)挖量，降低邊坡高度，減少安全隱患。e）有效減少施工周期，降低工程造價(jià)。

3 蓋挖法工程案例分析

3.1 工程概況

某高速鐵路隧道長(zhǎng)460 m，隧道進(jìn)、出口位于溝谷底部，且距離此隧道55 m處山坡上有一既有高速公路正在運(yùn)營(yíng)。為了減少邊坡開(kāi)挖量及對(duì)既有公路的影響，該隧道進(jìn)口采用蓋挖法施工。

該隧道位于黃土丘陵區(qū)，地形溝壑縱橫，隧道位于第三系粉質(zhì)黏土，硬塑-堅(jiān)硬，具弱膨脹性，隧道進(jìn)、出口淺埋段圍巖分級(jí)為V2級(jí)，隧道中部相對(duì)深埋段圍巖分級(jí)為V1級(jí)，隧道進(jìn)出口邊坡穩(wěn)定性較差。項(xiàng)目區(qū)地表水主要為大氣降水地表徑流，無(wú)常年流水。隧道進(jìn)口、出口位于溝谷底部，易受降水匯集沖擊。

“民以食為天”。一個(gè)國(guó)家的食品工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，在一定程度上反映著該國(guó)社會(huì)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)與百姓生活水平的高低。

3.2 隧道蓋挖法設(shè)計(jì)

普通明洞與蓋挖段明洞開(kāi)挖邊、仰坡采用相同的臨時(shí)噴錨支護(hù)方式：10 cm厚C20混凝土+Φ6鋼筋網(wǎng)，坡率為1∶0.5。

圖1 蓋挖明洞圖

圖2 蓋挖立面圖

套拱采用Ⅰ20工字鋼作為支撐骨架，界面厚度為60 cm，采用C20混凝土澆筑而成，工字鋼上鋪設(shè)Ф127孔口管；采用Ф25固定鋼筋與孔口管。管棚采用Φ108鋼花管。

蓋挖法施工段：蓋拱采用直徑為670 cm，厚度為60 cm的圓弧鋼筋混凝土，內(nèi)部設(shè)有Ⅰ18工字鋼，間距75 cm。在蓋挖法蓋拱兩側(cè)設(shè)置寬210.5 cm，高150 cm的托梁基礎(chǔ)。為保證隧道進(jìn)出口范圍內(nèi)邊仰坡的穩(wěn)定性，在托梁基礎(chǔ)下設(shè)置直徑為80 cm的樁基礎(chǔ)，縱向間距2 m。在蓋拱、托梁、樁基等框架結(jié)構(gòu)的支撐下，隧道的整體穩(wěn)定與安全性得到了較好的保證。具體襯砌結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 蓋挖襯砌結(jié)構(gòu)斷面圖

3.3 隧道蓋挖法施工

3.3.1 施工準(zhǔn)備

該隧道位于溝谷底部，易受降水匯集沖擊，施工前應(yīng)先對(duì)地表排水系統(tǒng)進(jìn)行處理，合理設(shè)置地面臨時(shí)排水設(shè)施，并與原自然排水系統(tǒng)順接，保證排水順暢且不沖刷坡面。排水系統(tǒng)設(shè)置完畢，應(yīng)在合適位置安裝地表測(cè)量點(diǎn)位，監(jiān)測(cè)施工中地表下沉及邊坡位移量。

3.3.2 邊、仰坡開(kāi)挖

邊坡開(kāi)挖應(yīng)遵循“邊開(kāi)挖，邊支護(hù)”，邊坡自上而下，分級(jí)開(kāi)挖，及時(shí)修整邊坡，并對(duì)邊坡進(jìn)行噴射混凝土防護(hù)。

3.3.3 護(hù)拱施工

當(dāng)基坑開(kāi)挖至護(hù)拱設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，形成弧形土胎，預(yù)留10 cm變形量，為保證二次襯砌不侵入建筑限界。當(dāng)基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)樁號(hào)時(shí)，開(kāi)始施作60 cm厚C20鋼筋混凝土大管棚護(hù)拱，大管棚護(hù)拱主要起導(dǎo)向墻和支撐作用。大管棚護(hù)拱施工完畢后，開(kāi)始施工80 cm樁基礎(chǔ)，然后澆筑蓋梁，最后施作60 cm厚的護(hù)拱。

3.3.4 開(kāi)挖暗洞與初期支護(hù)

蓋板下暗挖與正常暗挖施工工藝相同，采用臺(tái)階法開(kāi)挖施工，施工流程為：a）開(kāi)挖上臺(tái)階（全部開(kāi)挖或留核心土）；b）施工上臺(tái)階錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架、噴混凝土；c）上臺(tái)階完成支護(hù)后，開(kāi)挖核心土或開(kāi)挖下臺(tái)階，并在兩側(cè)預(yù)留馬口支撐拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)；d）單側(cè)超前開(kāi)挖下臺(tái)階馬口，并及時(shí)施工邊墻支護(hù)結(jié)構(gòu)成環(huán)。施工中嚴(yán)格遵循新奧法施工理念，充分保護(hù)、利用圍巖自身的承載能力形成自穩(wěn)，其承載體系為復(fù)合式襯砌。

3.3.5 仰拱與二次襯砌施工

開(kāi)挖并施工完成初期支護(hù)后，隧道圍巖已基本穩(wěn)定，此時(shí)可將仰拱工字鋼與下臺(tái)階工字鋼采用螺栓螺母進(jìn)行連接。之后可安裝模板，澆筑仰拱。

3.3.6 蓋拱覆土綠化

二襯施工完畢后，可對(duì)蓋拱進(jìn)行覆土至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后進(jìn)行防排水與綠化施工。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某高速鐵路隧道下穿既有高速公路工程為例，采用蓋挖法施工交叉段落，結(jié)合地形、水文、隧道設(shè)計(jì)參數(shù)等分析了蓋挖法的施工特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。蓋挖法施工可保證新建項(xiàng)目安全順利通過(guò)既有高速公路，減少對(duì)周邊環(huán)境的干擾，降低了施工成本。該施工技術(shù)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，具有項(xiàng)目周期短、安全性較高和性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外鐵路、隧道施工人員的廣泛關(guān)注與認(rèn)可。項(xiàng)目隧道蓋挖施工技術(shù)總結(jié)，可為鐵路、公路工程中隧道與路基交叉施工作業(yè)起到一定參考作用。