福州某貨運(yùn)鐵路隧道淺埋暗挖施工處理研究

摘要：隨著國家經(jīng)濟(jì)和鐵路建設(shè)的發(fā)展，隧道工程在鐵路建設(shè)中占比越來越重。然而，鐵路隧道工程由于受地質(zhì)水文、地理位置等因素的影響，給隧道工程施工帶來較大的困難。基于此，以福州某貨運(yùn)鐵路隧道工程為例，探討隧道淺埋暗挖工程施工技術(shù)。對隧道淺埋段開挖支護(hù)過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)與對策進(jìn)行分析，并提出該鐵路隧道淺埋暗挖施工工序控制要點(diǎn)，可以提高鐵路隧道工程整體的施工功效和質(zhì)量，同時(shí)希望可以為類似淺埋暗挖隧道工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道淺埋暗挖偏壓施工風(fēng)險(xiǎn)

StudyonConstructionTreatmentofShallowExcavationofaFreightRailwayTunnelinFuzhou

TANGJin

BeijingTiechengEngineeringConsultingCo.，Ltd.，Beijing，100038China

Abstract：Withthedevelopmentofnationaleconomyandrailwayconstruction，tunnelengineeringaccountsformoreandmoreimportantproportionofrailwayconstruction.However，railwaytunnelengineeringbringsgreatdifficultiestotunnelengineeringduetotheinfluenceofgeology，hydrology，geographicallocationandotherfactors.Basedonthis，thispapertakesafreightrailwaytunnelprojectinFuzhouas anexampletodiscusstheconstructiontechnologyofshallowexcavationintunnels.Itanalyzestherisksandcountermeasuresexistingintheexcavationandsupportprocessofshallowburiedtunnelsection，andputsforwardthecontrolpointsoftheshallowexcavationconstructionprocessoftherailwaytunnel，whichcanimprovetheoverallconstructionefficiencyandqualityoftherailwaytunnelproject，andhopestoprovideanempiricalreferenceforsimilarshallowexcavationtunnelprojects.

KeyWords：Railwaytunnel;Shallowexcavation;Biasvoltage;Constructionrisk

1工程概況

福州某貨運(yùn)鐵路隧道單線，其單洞隧道進(jìn)口臨近G104國道，埋深8.1～10.2m，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隧道進(jìn)口淺埋段主要為粉質(zhì)黏土硬塑，層厚1.2～4.9m，圍巖主要為燕山晚期第二次侵入全風(fēng)化黑云母二長花崗巖，不均勻風(fēng)化現(xiàn)象顯著，風(fēng)化層中多發(fā)育球狀風(fēng)化，洞身地層整體富水性好，開挖過程中易冒頂垮塌。沿線地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。沿線大部分地段環(huán)境水無侵蝕性，局部地段環(huán)境水受附近工業(yè)及居民廢水等污染具有化學(xué)侵蝕性。

2該隧道淺埋段開挖支護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)與改善施工

2.1風(fēng)險(xiǎn)分析

該工程在淺埋段開挖支護(hù)過程中存在以下風(fēng)險(xiǎn)。（1）下穿104國道及軍事管理區(qū)，存在塌方冒頂風(fēng)險(xiǎn)，影響施工安全。（2）淺埋段存在涌水、塌方冒頂和初期支護(hù)沉降變形風(fēng)險(xiǎn)。（3）洞口段山體偏壓，存在初期支護(hù)及二次襯砌偏壓變形風(fēng)險(xiǎn)。（4）開挖過程中存在孤石，部分塊石粒徑過大，影響開挖進(jìn)度和施工過程中安全[1]。

2.2針對風(fēng)險(xiǎn)的改善施工處理

2.2.1超前支護(hù)加固措施——管棚施工

為保證隧道施工及國道行車安全，進(jìn)洞前，先進(jìn)行超前支護(hù)——管棚施工。管棚設(shè)置在隧道拱部140°區(qū)域，采用φ146大管棚注漿加固地層，管棚使用高強(qiáng)不銹鋼管，相鄰鋼管接頭錯(cuò)開不小于1m。采用鉆孔跟管機(jī)械施打，鉆孔經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)達(dá)到要求后放入鋼筋籠，鋼筋籠長度分別為12m和6m，相鄰孔鋼筋籠接頭錯(cuò)開設(shè)置，以確保鋼筋籠搭接錯(cuò)開[2]。

2.2.2冒頂、涌水、初支沉降變形處理措施

對應(yīng)的施工處理可以采取以下幾種措施。（1）短開挖勤支護(hù)。施工過程中，采取短開挖勤支護(hù)，使用I18工字鋼格柵鋼架，間距60cm，鋼架底部采用預(yù)制墊塊支撐，嚴(yán)禁支撐土體上；上、下臺階底部均采用φ50mm鎖腳錨管支撐格柵鋼架，鎖腳錨管使用L連接筋與鋼架焊接連接；采用砂漿注漿，注漿過程中，確保鎖腳錨管內(nèi)砂漿密實(shí)，確保鎖腳錨管具有足夠的支撐力。支護(hù)完成后，掌子面使用噴射C25混凝土快速封閉。（2）勤量測。在隧道施工過程中，按要求進(jìn)行監(jiān)控量測。洞內(nèi)量測的項(xiàng)目包括：拱頂下沉、收斂量測，淺埋地段布設(shè)與洞內(nèi)量測相對應(yīng)的地表下沉測線。必要時(shí)，按設(shè)計(jì)要求增加應(yīng)力量測項(xiàng)目，核對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)異常時(shí)，停工查找原因。必要時(shí)，進(jìn)行地表注漿，防止塌方冒頂。因本隧道存在多種不利因素，加大監(jiān)控量測頻率，一日進(jìn)行4次測量，利于及時(shí)掌握圍巖變化情況，為施工做好指導(dǎo)依據(jù)[3]。（3）加強(qiáng)支護(hù)措施，使用臨時(shí)鋼橫撐。采用臺階臨時(shí)仰拱法施工，使用機(jī)械開挖，盡可能減少對圍巖的擾動。上臺階開挖支護(hù)后，及時(shí)設(shè)置鋼橫撐，鋼橫撐使用I20工字鋼與格柵鋼筋連接采用焊接，每榀鋼架均連接，鋼橫撐設(shè)置于上臺階格柵鋼架底部。（4）提前準(zhǔn)備注漿堵水措施以應(yīng)對特殊不利地質(zhì)因素。按照設(shè)計(jì)圖紙要求，施工中，如出現(xiàn)涌水較大時(shí)，采取徑向注漿或帷幕注漿堵水。施工前，提前準(zhǔn)備好相應(yīng)徑向注漿或帷幕注漿材料及設(shè)備，以備不時(shí)之需[4]。（5）加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。根據(jù)現(xiàn)場特殊不利地質(zhì)情況，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)頻率，10m進(jìn)行一次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以便準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場圍巖內(nèi)情況，為后續(xù)施工提供依據(jù)。同時(shí)，在國道上及邊仰坡處設(shè)置觀測點(diǎn)，對地表變形進(jìn)行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)停止施工，報(bào)設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整措施，確保安全。

2.2.3孤石處理

開挖過程中，孤石處理可以采取人工使用風(fēng)鎬進(jìn)行處理。對于較大的孤石，預(yù)先開挖孤石上部土體，使用風(fēng)鎬在限界輪廓線上打一排釬孔預(yù)裂需要破除的部分，逐層剝落孤石；對于較小的孤石，考慮一次挖除，過程中應(yīng)控制開挖范圍，盡量避免超挖。孤石一次挖除超挖較大時(shí)，應(yīng)在開挖完成后及時(shí)噴射混凝土封閉回填超挖面。下臺階應(yīng)單側(cè)開挖支護(hù)，支護(hù)好鋼拱架后再開挖另一側(cè)，防止鋼拱架懸空時(shí)間過長，存在安全隱患[5]。然而，在該隧道工程中，由于前期對孤石未形成足夠認(rèn)識，孤石處理過程比較原始，耽誤了大量的時(shí)間。開挖過程中，孤石數(shù)量較多，有時(shí)一天僅能完成1榀開挖。后續(xù)采取伸縮切割巖石機(jī)提高作業(yè)效率和減少開挖面積，更大程度上確保作業(yè)過程安全，一天開挖能保證2榀，甚至3榀。隨著孤石破除處理機(jī)械化利用改進(jìn)，同時(shí)，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)變化幅度減小，更大程度上確保了孤石處理過程中的安全和工作成效。

3該隧道工程淺埋暗挖施工工序控制要點(diǎn)

3.1洞口邊仰坡開挖

隧道洞口邊仰坡自上而下、分級開挖，開挖一級，噴錨支護(hù)一級。預(yù)先設(shè)置洞頂截水天溝，截水天溝設(shè)置于放坡線外10m，截水天溝局部坡度大于1：5時(shí)，應(yīng)設(shè)置1m×0.6m（寬×高）的臺階，確保截水天溝穩(wěn)定性，并設(shè)置好水溝面跌水平臺。

3.2導(dǎo)向墻施工

導(dǎo)向墻設(shè)置在隧道拱頂140°區(qū)域，支立導(dǎo)向墻模板，導(dǎo)向墻工字鋼底部提前使用混凝土支撐，工字鋼上埋設(shè)φ180導(dǎo)向鋼管，間距中對中20cm。澆筑混凝土后，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行φ146大管棚打設(shè)工作。因隧道界限范圍內(nèi)有孤石，打設(shè)管棚過程中，應(yīng)隨時(shí)測量管棚上斜角是否超限。采用跟管法施工工藝，跟管施工能保證成孔孔徑及孔周邊土體不會形成坍孔，缺點(diǎn)是遇到孤石等光板巖面易造成鉆孔偏斜，施工過程中，應(yīng)及時(shí)糾偏，防止發(fā)生鉆孔偏斜[6]。

3.3管棚注漿施工

鉆孔完成后，及時(shí)放置鋼筋籠，進(jìn)行注漿，注漿壓力控制在0.5～2MPa。現(xiàn)場注漿過程中，達(dá)到2MPa后，持荷5min。由于注漿壓力過大，造成監(jiān)控量測數(shù)據(jù)中邊仰坡面局部上拱，上拱最大點(diǎn)為1.5mm。后經(jīng)與設(shè)計(jì)交涉后，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整注漿壓力，注漿壓力控制在0.5～1MPa，在下穿104國道段管棚施工中，很好地控制了地表隆起現(xiàn)象。

3.4隧道開挖掘進(jìn)施工

進(jìn)行隧道的進(jìn)洞施工時(shí)，要嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺和安全步距，軟弱圍巖施工應(yīng)嚴(yán)格控制工序，上臺階每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺V級開挖1榀鋼架、IV級開挖2榀鋼架，IV和V級圍巖下臺階每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺為2榀鋼架。下臺階開挖應(yīng)左右錯(cuò)開施工，且在上臺階噴射混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行，下臺階開挖每一循環(huán)不超過2榀格柵鋼架。下臺階開挖后，監(jiān)控量測收斂數(shù)據(jù)變化較大，單日最大沉降量和累計(jì)最大沉降量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5初期支護(hù)施工

鋼架應(yīng)在初噴找平超挖部分后及時(shí)架設(shè)，鋼架底部放置預(yù)制墊塊，鋼架背后不得存在空洞，以保證初期支護(hù)能夠有效承擔(dān)荷載。加強(qiáng)鋼架鎖腳錨管施工，首先鎖腳錨管按設(shè)計(jì)要求打入，鎖腳錨管與鋼架間的L型連接筋密貼焊接；其次，在后續(xù)開挖施工中，加強(qiáng)現(xiàn)場盯控，防止挖掘機(jī)觸碰鎖腳錨管或鋼架，造成鋼架位移或L型連接筋變形脫落。

3.6襯砌施工

襯砌臺車就位前，復(fù)核初支施工后隧道輪廓線是否準(zhǔn)確[7]，現(xiàn)場使用三維激光掃描儀進(jìn)行斷面測量，對隧道凈空進(jìn)行量測檢查，對個(gè)別欠挖部位進(jìn)行處理，以滿足凈空要求。鋪設(shè)緩沖層（土工布）前，割除外露鋼筋頭、錨桿頭等尖銳物體，土工布接縫搭接寬度大于5cm，且平順、密貼和無皺褶，使用水泥釘固定牢靠。防水板鋪設(shè)采用熱熔墊片焊接固定，接頭采用雙頭爬焊機(jī)焊接牢固，焊縫尺寸10cm，防水板表面破損處及時(shí)熱貼修補(bǔ)，確保防水板不漏水。

襯砌鋼筋連接采用套筒機(jī)械連接，鋼筋采用槽鋼開槽定位鋼筋，尺寸控制精準(zhǔn)有利于鋼筋加工安裝。鋼筋綁扎完成，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，進(jìn)行二襯臺車合模。根據(jù)測量點(diǎn)位進(jìn)行臺車就位，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收后，進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土澆筑過程應(yīng)連續(xù)。

4結(jié)語

本文通過對淺埋暗挖施工風(fēng)險(xiǎn)的分析，更突出了淺埋暗挖隧道施工初期支護(hù)的重要性。做好施工工序的技術(shù)控制，可以提高施工效率，同時(shí)要根據(jù)不同隧道工程的施工情況，采取合理的施工技術(shù)控制和工藝工法改進(jìn)，做到以工裝保工藝、以工藝保質(zhì)量，較大程度提高隧道工程整體質(zhì)量。

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