金牛山淺埋大斷面隧道施工技術

戴榮里

(中鐵建工集團，北京 102488)

1 工程概況

金牛山隧道全長1 905 m，隧道內為3‰和12‰的上坡，平面處在9 000 m的曲線上。隧道位于丘陵緩坡，地形起伏較大，隧道最大埋深35.37 m，下穿某高速公路處埋深9.28 m。山坡自然坡度約15°～20°，種有果樹。

隧道區地層為太古界泰山群花崗片麻巖局部夾角閃片巖，灰白～灰褐色，中細粒變晶結構，片麻狀構造，節理裂隙發育;隧道區地下水主要為基巖裂隙水，主要由大氣降水補給。滲透系數K=(0.05～0.40)m/d。地下水埋深10.1～12.05 m，水位季節變幅2～10 m，經取樣化驗地下水對混凝土不具侵蝕性。

2 超前支護

2.1 超前支護

根據掌子面圍巖情況及超前地質預報等數據，對圍巖實施超前小導管、超前長管棚、超前預注漿等支護措施，并及時調整參數保證施工安全。設計超前支護(長管棚)橫向、縱向布置見圖1、圖2。

圖1 洞身長管棚橫向布置

2.2 初期支護

初期支護設計要求為錨桿，鋼筋網加格柵鋼架進行噴混凝土支護。本項目根據不同的圍巖、檢測數據等分析對圍巖采取不同的初支措施，如沉降過大可加長洞內系統錨桿、加密格柵鋼架、增加噴護厚度，以控制沉降保證施工安全。

圖2 長管棚縱向布置(單位:cm)

3 施工測量

3.1 測量方案和加密控制點測量

3.1.1 CPⅠ、CPⅡ控制網復測

1)對設計單位移交的基礎平面控制網(CPⅠ)、線路控制網(CPⅡ)、高程控制網進行復測。復測按照設計單位所交測量成果資料，在同精度的情況下進行。

2)復測過程中應請駐地監理進行現場測量記錄的確認。

3)將復測成果編制成測量復測報告上報監理單位審批。

3.1.2 控制網的布設和計算

1)洞外控制網GPS按B等測量設計，洞內導線網設計按二等導線測量要求作業。

2)測量作業程序及點位的設置和布設原則嚴格按照鐵路規范、標準和有關文件要求進行。

3)各測量科目進行換手測量，獨立平差計算。

4)根據本隧道特點，洞外控制采用大地四邊形控制網，洞內布設閉合導線環，并扣連設計院(CPⅠ)或(CPⅡ)。其導線的邊長選定為300～400 m，洞外采用GPS測量地表控制點，洞內采用全站儀同精度測量，測量成果兩組平行嚴密平差計算。

5)為確保隧道的測量精度，平面坐標系統建立以隧道線路左線中線(曲線段為起端切線)為X軸方向，里程增加方向為其正向;由X軸順時針旋轉90°的方向為Y軸。平面坐標系統與 CPⅠ或 CPⅡ控制點聯測，計算出坐標換算關系。

6)高程控制采用二等水準測量，其測量結果進行兩組平行嚴密平差計算。

7)二等水準測量往返觀測順序如下:往測，奇數站為后→前→前→后，偶數站為前→后→后→前;返測，奇數站為前→后→后→前，偶數站為后→前→前→后。

3.2 施工過程中的控制測量工作

1)隧道的洞門點要定位測量，隧道每延伸50 m時要進行中線、水平復核。每延伸到200～300 m時與洞外地表控制點(CP點)聯測一次。

2)對洞內曲線五大樁和直線段每100～150 m中線樁進行定位測量。洞內每公里設置一個永久性水準點。

4 下穿公路段專項施工技術方案

為了安全快捷地進行下穿公路段的施工，引入水電工程成熟的中導洞施工技術。

中導洞法就是在大斷面隧道中先開挖一個小斷面(約20 m2)的導洞，然后以小導洞為臨空面，擴挖隧道至全斷面，最后分左右半幅開挖仰拱和下臺階。采取中導洞法施工時，首先對下穿公路段原設計參數做適當調整，隧道初期支護按照V級圍巖支護參數實施，即設超前大管棚，格柵拱架間距為0.6～0.8 m，錨桿間排距為1.0 m×0.8 m(環×縱)，噴早強混凝土厚28 cm。

結合本工程特點，確定金牛山下穿公路段施工方案如下:

1)做好地面排水疏堵工作和監控量測點的布置。

2)進入下穿公路段之前，進行15～30 m中導洞法工藝性試驗，加強圍巖收斂和變形觀測，對相關成果進行分析，采集導洞施工參數，指導施工。

3)分析超前地質預報結果，調整支護參數，在圍巖較差地段按照設計要求施作超前支護φ108 mm長管棚，每段22.5 m。同時加密雙排超前小導管。

4)然后開挖中導洞。中導洞為城門洞型，尺寸為4.0 m×4.1 m，底部距離圓心30 cm，頂部距離拱頂結構線3.10 m，軸線與隧道一致。導洞超前約6～9 m。

5)導洞內采用臨時支護，噴厚10 cm的C25纖維混凝土，并掛鋼筋網(參數為 φ8@25 cm×25 cm)支護。巖石破碎的地段隨機布置 φ22砂漿錨桿加強支護。中導洞開挖過程中應進行地質素描。

6)施作超前小導管，擴挖隧道的頂拱和側墻至設計結構線，循環進尺為0.8 m。邊、頂拱結構周邊采用光面爆破。

7)出渣完成后，立即按設計要求實施初期支護，包括系統錨桿、格柵拱架、掛鋼筋網、噴混凝土。

8)滯后上部30 m分左右半幅開挖下臺階及仰拱，及時完成初期支護，使其封閉成環。二次襯砌緊跟。

9)施工時同步進行地面監控量測和洞內收斂觀測，在必要時與高速公路管理單位聯系對高速公路通行采取限速、限噸位、分道通行的交通管制措施。

5 仰拱棧橋的應用

5.1 工藝原理

通過在隧道施工中采用帶有行走裝置的仰拱棧橋跨越仰拱作業區段，來解決仰拱作業與隧道開挖出渣進料工序間的相互干擾。亦即各種車輛設備和人員在棧橋上正常通行，棧橋下同時進行隧道的仰拱初期支護、襯砌、回填等工序的施工，從而實現隧道施工快速安全的推進。

棧橋結構參考國內外貝雷橋、鋼橋成熟的設計技術，采用標準化的結構形式，將整個棧橋分成若干段，每段9 m長、橋面3.5 m寬。為滿足移動要求，在棧橋兩端設置移動行走機構，并設置限位預警裝置。行走時，棧橋抬起、下落由液壓系統執行機構完成。本移動棧橋主要由鋼橋、行走裝置、液壓系統、電氣系統、限位裝置和預警系統等組成。

5.2 施工工藝流程及操作要點

1)施工工藝流程(見圖3)

圖3 施工工藝流程

2)施工總體工序安排

①隧道開挖到一定長度可安排進行仰拱施工，先完成首段仰拱澆筑并回填，仰拱棧橋同時拼裝并通過檢驗，此時即可將棧橋移動就位。若此時首段仰拱強度未達到70%，棧橋后輪可設在原地面上(最好是基巖或經過處理的地面)。

若首段仰拱強度達到70%后，則可將棧橋后輪設于仰拱上，棧橋下可展開兩段仰拱的施工。

②仰拱棧橋移動就位后，即可依托棧橋在掌子面正常推進的情況下進行仰拱的施工。正常情況下，棧橋下可分為兩段，按照基礎處理、防水板安裝、仰拱鋼筋綁扎、仰拱澆筑、填充進行流水施工安排。當完成棧橋下一段仰拱澆筑與填充，且達到一定強度后即可向前移動棧橋。如此循環推進。

③采用臺階法開挖時，臺階的開挖一般可以按照左右兩幅分別進行開挖，這樣可以實現棧橋施工緊跟臺階開挖。此時棧橋須在隧洞內進行側向移動。

仰拱棧橋大樣及棧橋下的仰拱作業情況見圖4、圖5。

圖4 仰拱棧橋大樣

圖5 棧橋下仰拱作業狀態

6 結語

中導洞施工方法的成功應用，為鐵路隧道淺埋段施工引入了新的施工技術，既降低了施工成本，又便于安全施工管理，具有極大的推廣價值。

可移動仰拱棧橋的使用，不僅解決了鐵路隧道掌子面施工、仰拱施工、二次襯砌各工序之間的施工干擾，也使隧道施工逐步進入全面機械化施工階段，提高了施工效率。

［1］羅定倫，高波.采用長大管棚預支護進洞技術的理論與實踐［J］.鐵道建筑，2008(3):35-37.

［2］張建斌.大斷面淺埋暗挖隧道CRD法施工安全性分析［J］.鐵道建筑，2008(8):67-70.

［3］李瑞顯.甬臺溫鐵路太坤山隧道超淺埋段施工關鍵技術［J］.鐵道建筑，2008(12):64-66.

［4］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2006］189號 客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規定［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10108—2002 鐵路隧道噴錨構筑法技術規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.