高原鐵路隧道洞口淺埋段施工技術

李家宇

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

1 引言

隧道施工現場地質條件錯綜復雜， 部分隧道存在淺埋偏壓破碎地段，增加了施工難度，加之開挖不規范、防護不到位等原因，易引起塌方冒頂事故，危及施工人員的人身安全。 因此，深入研究隧道洞口淺埋偏壓段的施工技術具有重要意義，可提高隧道施工水平，促進隧道事業的長遠發展。

2 工程概況

某高原鐵路隧道， 為普通中長隧道， 左右線設計間距為18～32 m，左線起訖里程ZK14+590～ZK15+687，長1 097 m，右線起訖里程K14+571～K15+676，長1 105 m。 隧洞為端墻式斷面，開挖尺寸5 m×4 m，支洞樁號0+000～0+020 段屬于埋深為5～30 m 的淺埋段，是本隧道的重難點施工部位。

3 結構設計

在隧道進口段設置淺埋偏壓式明洞襯砌。 隧道左線進口端采用端墻式洞門， 邊仰坡設置長度為3 m 的φ22 mm 砂漿錨桿，統一呈梅花形布置，間距為1 m×1 m；設置網格間距為25 cm×25 cm 的φ8 mm 鋼筋網；噴射C20 混凝土，厚度為10 cm。明洞段襯砌采用C30 鋼筋混凝土結構，結合防水要求，在明洞外沿鋪設“土工布+防水板+土工布”；偏壓擋墻施工現場地基的基礎采用C20 混凝土施工成型， 承載力不低于250 kPa；明洞回填部分，采用的是“M7.5 漿砌片石（下部）+碎石土（上部）+黏土隔水層和種植土（頂部）”的結構組成方式。 偏壓明洞拱頂中心的填土作業以分層、對稱的方法依次進行，填土高度不超過3 m，壓實度不低于90%[1]。

4 淺埋偏壓隧道施工技術

4.1 淺埋偏壓處理

淺埋偏壓隧道洞外處理的常用方法為：

1）削坡排水法：此法適用于土質圍巖，挖除偏壓側邊坡土體，減輕土體重量，并采取排水措施，降低側滑力。

2）減載反壓法：此法適用于山體偏壓程度不大的隧道，通過邊坡減載和明洞反壓回填的方法抵抗山體側滑。

3）支擋加固法：支擋結構包含抗滑樁、抗滑擋墻、預應力錨索等，通過特定的結構起到支擋作用，在處理淺埋偏壓地段時的應用效果良好，但成本偏高。

4）地表注漿法：此法適用于極破碎、穩定性差的圍巖，操作簡單，通過注入的漿液即可改善現場地質條件，但難以準確地預估注漿量，可能影響處理效果。

在本高原鐵路隧道工程中， 考慮到現場洞口石質圍巖的特性以及偏壓強度，從技術可行性、操作便捷性、成本可控性多個方面進行分析， 認為采用C20 混凝土抗滑擋墻進行支擋加固的方案具有可行性，可減輕明洞受到的偏壓力，阻止邊坡下滑，且成本較低[2]。

4.2 施工技術

4.2.1 截水天溝施工

測量人員根據水溝中心線距邊仰坡開挖線5 m 以上的要求進行測量放樣，確定水溝的施工位置，清理水溝與邊仰坡開挖線間的原植被。 截水天溝采用坐漿法砌筑， 砌塊的大面朝下，砌體保持穩定，溝底縱坡不低于0.3%，斷面尺寸為60 cm×60 cm，壁厚為30 cm，材料采用M7.5 漿砌片石，根據截水天溝施工進度及時拌制砌筑砂漿，隨拌隨用，防止因長時間不使用而固結。上、下豎縫的錯開寬度不少于10 cm，砌縫寬度統一在2 cm 以內。 每隔8～10 m 設置一道沉降縫，用泡沫板填充，待截水天溝的強度達標后，取出縫內的泡沫板，填充瀝青麻絮至密實狀態。 截水天溝砌筑結束后， 覆蓋濕草簾并灑水養護7～14 d，使截水天溝有效成型。

4.2.2 土石方開挖

根據“由外向里、自上而下、分層、開挖和支護同步進行”的原則進行土石方開挖作業。 開挖前測量放線， 控制開挖范圍，避免超挖、欠挖。 人工和挖機配合，從上部開始向下分層清理表土。 邊仰坡土石方爆破采用淺孔臺階爆破開挖的方法，在設計爆破方案時，根據現場地質、地形確定最小抵抗線方向。開挖完成后，若滿足質量要求，則隨即采取支擋防護措施。

4.2.3 出渣運輸

為保障施工安全，加快出渣速度，出渣運輸時采取如下措施： 加強洞內排水與照明； 注重裝運渣設備的日常維護和保養，根據設備運行特性，準備足量的易損配件，以備不時之需；加強通風，使洞內保持清新的空氣；及時向施工便道灑水，避免揚塵。

4.2.4 邊仰坡開挖及防護

按自上而下的順序分層開挖洞口邊仰坡，每層高度為3～5 m，每層開挖后檢測邊坡坡度，并在開挖過程中預留核心土。 局部邊坡較厚，先用挖掘機開挖，預留20～30 cm 由人工修坡，再清理開挖過程中產生的雜物。 局部邊坡圍巖較硬，常規開挖方法的可行性差，采用風洞鑿巖機鉆眼，松動爆破，既保證開挖的有效性，又避免邊坡因爆破開挖而缺乏穩定性。 土石方用挖掘機裝渣，由自卸汽車運輸出渣。

邊仰坡開挖過程中及時采取防護措施，采用噴錨網防護的方法處理臨時邊仰坡、明暗分界處掌子面，按1.2 m×1.2 m 的間距梅花形布置長度為3.5 m 的φ22 mm 砂漿錨桿，掛設網格尺寸為25 cm×25 cm 的φ8 mm 焊接鋼筋網，噴射厚度為10 cm 的C20 混凝土，全面防護開挖部位。隧道分界里程至洞門里程處設置C20 片石混凝土擋塊，擋墻頂部用M10 漿砌片石進行防護。

4.2.5 仰拱施工及填充

全面清理隧底的虛渣和浮土， 用同級混凝土回填超挖部位，禁止用原土回填。 仰拱混凝土澆筑時，采用曲模技術，搭配自制鋼棧橋，一次澆筑成型。 待仰拱混凝土終凝后，開始填充混凝土。

4.2.6 偏壓擋墻施工

偏壓擋墻的基礎高度為155 cm，擋墻頂寬為60 cm，墻身高度為970 cm，采用C20 混凝土施工成型。 根據基礎寬度和墻身高度搭設雙排腳手架， 配套鋼管和拉桿， 用于穩固腳手架，由施工人員在腳手架上進行二次立模。 根據擋墻施工用料要求，在攪拌站拌制混凝土，通過檢驗后，用罐車運輸至施工現場，分層澆筑且各層高度不可超過2 m。 施工中在縱向每隔2 m 及時預埋DN100 的PVC-U 泄水管，方便排水。 經過偏壓擋墻施工后，待其實測強度達到設計值的75%時，可拆模，覆蓋草袋并灑水養生至少7 d，使偏壓擋墻固結成型。

4.2.7 明洞襯砌施工

以全斷面液壓臺車整體模筑鋼筋混凝土的方法施工明洞襯砌，采用C30 防水鋼筋混凝土，配筋方式為φ22 mm 環向主筋、φ16 mm 縱向鋼筋、φ8 mm 連接鋼筋。拱圈混凝土強度達到設計強度的70%后才可進行二次襯砌的拆模作業， 拆模后檢查拱圈的背部，用砂漿找平不平整的部位，再鋪設土工織物和防水板，鋪設時搭接長度≥10 cm，采取錯縫搭接的方法。 土工布和防水板向隧道內拱背延伸≥50 cm[3]。

4.3 洞門施工

攪拌站拌制C20 混凝土，用罐車運輸至施工現場，泵送入模，每次澆筑層高為2 m，澆筑過程中用插入式搗固器進行振搗。 為保證洞門的成型效果，洞門模板縫應滿足“橫平豎直”的要求。

4.4 超前支護

超前支護的基本流程是：首先用風動鑿巖機鉆孔，成孔后檢驗鉆孔質量，再由人工安裝超前小導管，外插角為12°，將其與鋼架焊接至一體，最后采用注漿泵注入水泥單液漿。 注漿參數根據試驗結果而定，未經許可不得隨意調整注漿參數。

小導管前端為尖錐形， 除管口500 mm 范圍內的管壁不鉆孔外，其他部分均按15 cm 的間距交錯鉆眼，眼孔直徑均為8 mm。

鉆孔后，向孔中插入小導管，尾端與鋼架焊接至一體，形成預支護體系。 施工現場存在軟弱圍巖地質段時，用鑿巖機將小導管沿鋼架打入孔中，對于地質條件較差的淺埋段，進行雙層小導管注漿加固。 注漿前，在現場進行壓入稀漿試驗，根據試驗結果確定地層的吸漿能力以及漿液在地層中的擴散能力，選擇合適類型的漿液，設定注漿量、注漿壓力等參數，按照試驗確定的方案進行注漿。 若現場施工條件發生變化，視實際情況靈活調整注漿參數。 地下水較大時，按照水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.5 拌制水泥-水玻璃漿液，及時注漿。

注漿前，向掌子面噴射厚度為5～10 cm 的混凝土，形成止漿墻。 注漿初期，注漿壓力相對較低，若注漿初期無異常，隨著注漿的進行而逐步增加注漿壓力，達到設計終壓（1 MPa）后，穩壓注漿10 min，保證注漿飽滿。 注漿結束時，進漿量明顯減少，通常在20～30 L/min。

5 拱頂下沉量的監控量測與分析

根據工程要求，累計最大沉降量不超過17 mm、每日拱頂下沉量不超過2 mm、連續3 d 監測結果無變化時，拱頂沉降趨穩，可結束拱頂下沉量監控量測。 隧道洞口淺埋段施工結束后，連續監控拱頂下沉量，結果如表1 所示。

表1 拱頂下沉量監控量測結果

根據表1 可知，監控量測到第11 d 時，拱頂下沉量為0，且此后連續多日的拱頂下沉量均為0，滿足連續3 d 下沉量為0 的要求；隧道洞口總沉降量為8.5 mm，滿足總沉降量不超過17 mm 的要求；每日監測的沉降值均＜2 mm，滿足每日沉降量控制要求。 總體上，各項拱頂下沉監控指標均符合要求，拱頂穩定可靠，在采用本文設計的施工方案后，有效控制拱頂下沉量，能夠以安全的方式順利完成隧道洞口淺埋段施工作業，實踐表明本工程采用的隧道洞口淺埋段施工技術具有可行性[4]。

6 結語

綜上所述，隧道施工條件復雜，隧道洞口可能存在淺埋偏壓的情況，施工單位應考慮到施工條件的特殊性，根據現場地質、地形、水文等基礎條件采取合理的施工方法，規范進行開挖、支護、填充各項工程活動。 在本文中，結合實例分析了高原鐵路隧道洞口淺埋段施工要點，有效控制了拱頂沉降量，提高了洞口淺埋段的施工質量。 工程采用的施工技術可為類似工程提供參考。