“蓋挖法”在鐵路隧道下穿既有公路施工中的應用

吳曉華

（山西省文水公路管理段，山西 呂梁 032100）

近年來，我國高速鐵路建設突飛猛進，施工技術也快速提升，但鐵路隧道下穿技術應用過程中，受周邊自然生態環境的局限，鐵路與公路交叉工程在施工中存在諸多技術難題。同時，由于鐵路隧道施工周期性長，施工過程中會對公路交通帶來一定影響，降低高速公路通行能力和行車安全。因此，根據具體隧道的施工特點，研究安全可行的下穿技術具有十分重要的作用和意義。

1 下穿技術特點及研究現狀

鐵路公路交叉時，需通過下穿技術實現其空間上的平行運營，所以下穿技術是鐵路隧道與公路交互運行的有效保障措施[1]。由于隧道項目工程措施復雜,影響因素較多，直接暗挖下穿具有較大安全隱患。同時隧道施工過程中對公路正常運營的無干擾具有一定難度，需綜合隧道現場地質、水文、氣候等多方面的因素，采取針對性技術手段，結合數值模擬計算，現場監測等多方面因素，才能展開施工。下穿隧道對施工管理要求、施工人員技術水平要求也較高。為提高施工安全性，往往需要加強超前支護，同時降低掘進速度，以保證施工安全。

“蓋挖法”施工可較好地解決上述問題，目前該技術在地鐵和高鐵與公路交叉處的項目施工中得到了一定的應用，效果顯著。如張黨平等人針對上覆巖土體厚度為4.5 m的石林隧道，提出先拱部明挖施作蓋拱，后洞內暗挖通過的施工方法[2]；侯建軍等人針對岢臨（岢嵐—臨縣）高速公路王家溝隧道蓋挖段，采用先架設導坑型鋼架再澆筑護拱混凝土的方法形成蓋拱[3]；周恒等人結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定與強度[4]。

2 蓋挖法施工的優勢

2.1 蓋挖法工藝原理

“蓋挖法”施工方法是先用連續墻、鉆孔樁等形式做圍護結構和中間樁，然后做鋼筋混凝土蓋拱，在蓋拱保護下進行土方開挖和襯砌結構施工[5]。該方法保證了交叉公路的正常運營，最大限度地減少對既有公路的擾動。

施工時首先從地表明挖至蓋拱拱腳底板設計標高，基坑采用臺階放坡法開挖，坡面采用錨噴支護；再修筑土拱模并施作蓋拱模板，達到強度要求后對拱部進行土方回填；然后采用左右分幅錯臺暗挖法進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，施作排水設施并進行地面綠化。

2.2 蓋挖法施工優勢

“明挖法”與“暗挖法”是山區隧道淺埋段通常采用的施工方法，但二者均存在一定缺點與局限性。“蓋挖法”兼具了“明挖”與“暗挖”的施工優點，能在保證支護安全穩定的基礎上最大程度減少對周圍環境的影響。

相比傳統隧道施工工藝，“蓋挖”施工具有以下優點：

a）開挖斷面較小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降。b）支護結構變形小，可省去隧道的邊坡支護，節約施工時間成本。c）有利于保護臨近已有構筑物，不影響交叉公路正常運營。d）可減少土方開挖量，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。

3 蓋挖法工程案例分析

3.1 工程概況

某高速鐵路隧道長460 m，隧道進、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營。為了減少邊坡開挖量及對既有公路的影響，該隧道進口采用蓋挖法施工。

該隧道位于黃土丘陵區，地形溝壑縱橫，隧道位于第三系粉質黏土，硬塑-堅硬，具弱膨脹性，隧道進、出口淺埋段圍巖分級為V2級，隧道中部相對深埋段圍巖分級為V1級，隧道進出口邊坡穩定性較差。項目區地表水主要為大氣降水地表徑流，無常年流水。隧道進口、出口位于溝谷底部，易受降水匯集沖擊。

“民以食為天”。一個國家的食品工業發展狀況，在一定程度上反映著該國社會生產、科學技術與百姓生活水平的高低。

3.2 隧道蓋挖法設計

普通明洞與蓋挖段明洞開挖邊、仰坡采用相同的臨時噴錨支護方式：10 cm厚C20混凝土+Φ6鋼筋網，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，內部設有Ⅰ18工字鋼，間距75 cm。在蓋挖法蓋拱兩側設置寬210.5 cm，高150 cm的托梁基礎。為保證隧道進出口范圍內邊仰坡的穩定性，在托梁基礎下設置直徑為80 cm的樁基礎，縱向間距2 m。在蓋拱、托梁、樁基等框架結構的支撐下，隧道的整體穩定與安全性得到了較好的保證。具體襯砌結構如圖3所示。

圖3 蓋挖襯砌結構斷面圖

3.3 隧道蓋挖法施工

3.3.1 施工準備

該隧道位于溝谷底部，易受降水匯集沖擊，施工前應先對地表排水系統進行處理，合理設置地面臨時排水設施，并與原自然排水系統順接，保證排水順暢且不沖刷坡面。排水系統設置完畢，應在合適位置安裝地表測量點位，監測施工中地表下沉及邊坡位移量。

3.3.2 邊、仰坡開挖

邊坡開挖應遵循“邊開挖，邊支護”，邊坡自上而下，分級開挖，及時修整邊坡，并對邊坡進行噴射混凝土防護。

3.3.3 護拱施工

當基坑開挖至護拱設計標高時，形成弧形土胎，預留10 cm變形量，為保證二次襯砌不侵入建筑限界。當基坑開挖至設計樁號時，開始施作60 cm厚C20鋼筋混凝土大管棚護拱，大管棚護拱主要起導向墻和支撐作用。大管棚護拱施工完畢后，開始施工80 cm樁基礎，然后澆筑蓋梁，最后施作60 cm厚的護拱。

3.3.4 開挖暗洞與初期支護

蓋板下暗挖與正常暗挖施工工藝相同，采用臺階法開挖施工，施工流程為：a）開挖上臺階（全部開挖或留核心土）；b）施工上臺階錨桿、鋼筋網、鋼架、噴混凝土；c）上臺階完成支護后，開挖核心土或開挖下臺階，并在兩側預留馬口支撐拱部支護結構；d）單側超前開挖下臺階馬口，并及時施工邊墻支護結構成環。施工中嚴格遵循新奧法施工理念，充分保護、利用圍巖自身的承載能力形成自穩，其承載體系為復合式襯砌。

3.3.5 仰拱與二次襯砌施工

開挖并施工完成初期支護后，隧道圍巖已基本穩定，此時可將仰拱工字鋼與下臺階工字鋼采用螺栓螺母進行連接。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，可對蓋拱進行覆土至設計標高，然后進行防排水與綠化施工。

4 結語

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，結合地形、水文、隧道設計參數等分析了蓋挖法的施工特點與優勢。蓋挖法施工可保證新建項目安全順利通過既有高速公路，減少對周邊環境的干擾，降低了施工成本。該施工技術靈活、適應性強，具有項目周期短、安全性較高和性價比高等優點，得到了國內外鐵路、隧道施工人員的廣泛關注與認可。項目隧道蓋挖施工技術總結，可為鐵路、公路工程中隧道與路基交叉施工作業起到一定參考作用。