鐵路客運專線黃土地質淺埋富水隧道施工技術

霍 翼

(石太鐵路客運專線有限責任公司，石家莊 050000)

1 工程概況

新建鐵路石家莊至太原客運專線工程起自石家莊北站，止于太原站，正線全長189.93 km。南莊隧道是石太鐵路客運專線最長的黃土隧道，全長3 345 m，隧道進出口里程分別為 DIK149+600、DIK152+945，由于地質結構復雜多變，施工難度較大，為石太鐵路客運專線重點控制性工程之一。其中DIK150+490～DIK150+550段屬于特淺埋段，且DIK150+508處有一條進入南莊村的道路，車輛穿行，使隧道頂部有動荷載，對隧道施工影響較大。在 DIK150+514.77～DIK150+520.8隧道中心頂部右側與線路夾角45°處有一集水窖。在DIK150+532隧道中心左側11.13 m處有另一集水窖，右側窖體的底部深入隧道拱部，左側窖體貼近隧道邊緣。兩處集水窖的形心范圍從DIK150+513～DIK150+535，長度為 22 m，在 DIK150+532～DIK150+541隧道頂部范圍內有一條深約2 m的排水明渠橫跨隧道頂部等情況，進一步加大了隧道施工的難度。

2 淺埋段地質情況

1)南莊隧道段地表淺層分布新生界第四系上更新統沖洪積層(Qal+pl3)新黃土，淺黃色、堅硬，垂直節理發育，可見大孔隙，厚度0～4 m，分布于地表淺層。

2)第四系中更新統洪積層(Qpl2)老黃土，棕紅色、棕黃色、棕褐色、灰色，軟塑 ～硬塑，具垂直節理，層厚0～21.5 m，分布于隧道局部。隧道拱部地層松軟，由于有集雨水窖的影響，土層含水量較大，開挖后圍巖的自穩定性差;直接影響本隧道的施工安全。

3)淺埋段設計圍巖級別為黃土Ⅴ級加強，襯砌形式為黃土Ⅴ級加強復合式襯砌。

4)水文調查:現場調查當地村民的生活用水井，水井深度為20 m左右，且井內水的補給來自地表降水，每年春、秋兩季為枯水期，是施工的有利時期。

3 施工方案的確定

南莊隧道特淺埋段(DIK150+490～DIK150+550)是整個隧道施工的關鍵之一。淺埋段最小埋深僅4 m，解決淺埋和下穿道路問題的關鍵是控制地表的沉降和坍塌，因此在方案制定時必須優化黃土隧道分部開挖的施工步序和斷面尺寸，最大限度的減少地表沉降，為盡早封閉成環創造條件，保證施工安全順利通過。

3.1 三臺階弧形導坑法

根據本隧道其它黃土段的施工經驗，采用微臺階法、CD或CRD法施工是有效的，但CD法或CRD法工序比較復雜，不利于機械施工，進度慢，若處理不當，使初期支護不能盡早成環，不利于變形的控制。因此，在施工中經過綜合比選，利用加強超前支護，增加系統錨桿及鎖腳鋼管等工藝措施，優化為三臺階弧形導坑法施工。

3.2 具體的施工方法及技術措施

3.2.1 三臺階弧形導坑法開挖施工步驟(圖1)

圖1 三臺階弧形導坑法(單位:m)

施工工序嚴格控制上臺階開挖每循環進尺0.75 m，下臺階每循環進尺1.5 m，挖掘機開挖人工修整斷面成型，裝載機倒退通過棧橋裝渣，仰拱距下臺階不超過8 m，距上臺階不超過15 m。盡早施作仰拱和填充混凝土及時封閉成環，有效的控制變形。

通過此種施工方法在南莊隧道部分淺埋段的施工運用，從上部開挖開始到二次襯砌前，拱頂沉降量測數據統計值最大在10～13 cm之間。達到了預期目的。3.2.2 主要施工技術措施

1)加強超前支護，采用雙排小導管對圍巖進行加固。小導管在拱部120°范圍內雙排交錯施設，小導管桿體長度4 m，為管徑42 mm的無縫鋼管。環向間距為 30 cm，層間距 22～30 cm，施工外插角 5°～10°，搭接長度不小于1.5 m。

施工方法:為確保導管定位準確，在鋼架上焊接定位套管，套管直徑φ60 mm:施工時小導管穿過套管并用風鉆推送，待施設、焊接完畢后安裝法蘭并注水泥砂漿(1∶3.4∶3.4)。雙排小導管布置見圖2。

圖2 雙排小導管布置圖(單位:cm)

2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ部鋼支撐拱腳處，加強鋼支撐的支墊(采用混凝土板或鋼板支墊牢固)，防止由于支墊不實造成鋼架下沉。

3)加強鋼拱架的縱向連接，即縱向連接筋采用直徑22的鏍紋鋼，連接筋的間距加密到0.5 m。

4)施工中加長系統錨桿的長度，由設計的3.5 m加長至4.0 m，用煤電鉆成孔，采用藥包式錨固劑，確保錨桿的錨固質量。

5)在拱腳，墻腳設置鎖腳導管，桿體及孔內注水泥漿如圖3所示。

圖3 鎖腳鋼管示意

6)加強噴射混凝土的施工質量控制，嚴格按照濕噴工藝施工，確保噴射混凝土的施工質量?？s短噴射混凝土的終凝時間，以盡早使噴射混凝土與支架共同作用抵抗圍巖的變形。

7)施工中加強測量，正確指導施工。施工測量由專人按照規定的時間、頻率對地表沉降和隧道圍巖的收斂變形進行量測。按照量測的管理曲線進行等級管理，并及時對數據進行分析判斷，如出現異常情況立即停止作業，進一步完善方案后進行下道工序的施工。

8)加強施工用水管理，嚴禁施工用水浸泡處造成地基承載力的下降。

9)根據現場調查，地下水等水位線預計從隧道底開始到填充頂，為地表降雨補給的上層滯水。隨著降雨量的增加，開挖后滲水量較大，施工前應準備足夠的排水設施，根據水量的變化及時采取排水措施。見圖4所示。

圖4 仰拱集水坑降水、排水示意(單位:m)

4 幾點體會

通過采取以上施工措施，成功的遏制了可能發生的塌方，安全的通過了淺埋段。主要體會有:

1)雙排小導管施工工藝較簡單，循環工序快，且能有效控制隧道超欠挖，穩定應力松弛區，控制地表下沉量。

2)施工過程中應注意留核心土，這樣可以有效保證掌子面、拱頂穩定，保證施工人員的安全。

3)初期支護應及時成環、施作仰拱，并緊跟二次襯砌。

4)施工過程中應加強監控量測，為下一步施工提供有力的依據。

5)施工過程中必須加強工序管理，嚴格工藝標準，關鍵部位專人旁站到位。

6)黃土隧道施工中對水的管理尤為重要，必須有強有力的措施予以管理，限量用水，集中管理，專人抽排。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB 10003—2005 鐵路隧道設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB 10204—2002 鐵路隧道施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TZ214—2005 客運專線鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

[4] 關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

[5] 劉建偉.大斷面富水地層暗挖隧道的施工技術［J］.鐵道建筑，2008(6):49-51.