哈大鐵路客運專線鞍山隧道工程設計

葉少敏，馬志富

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 工程概況

鞍山隧道位于遼寧省鞍山市寧遠鎮，是為滿足有關方要求而設的鉆入地下的隧道，全長2 440 m，為雙線隧道。隧道內線路最大埋深20.5 m(軌面至地面)，最大覆土厚度10.5 m。隧道位于沖積平原區，地形平坦、開闊。進口段基本為耕地，有零散的房屋及溫棚;出口段分布較多的房屋，尤其在鞍騰路兩側較為密集。隧道多處通過高、低壓供電線路和油管以及其他管線。

由于地理條件的特殊性，本隧道施工工法采用以明挖為主，下穿鐵路專用線采用暗挖的方案。其中共1 890 m采用放坡明挖，中部基坑較深460 m段采用鉆孔灌注樁圍護結構明挖，下鉆鐵路專用線段共50 m采用暗挖法施工，隧道兩端與路基“U”形槽封閉結構(帶雨棚)相接。見圖1。

圖1 鞍山隧道縱斷面示意

2 工程地質及水文地質概況

2.1 自然地理

隧道區域屬溫帶，濕潤～半濕潤的季風氣候，冬季長寒冷，夏季短促溫暖，雨量集中在7～8月份，春秋多風。按對鐵路工程影響的氣候分區，隧道區屬于寒冷地區，冬季寒冷干燥，夏季酷熱少雨，屬典型的溫帶大陸性氣候。

2.2 地形地貌

本隧道進口位于筆管堡的耕地中，地形平坦;出口位于寧遠鎮小臺子村，周圍多為建筑物，地面情況較復雜。

2.3 工程地質條件

隧道區地層主要為第四系全新統沖洪積層(Q4al+pl)黏性土、砂類土、碎石類土;第四系上更新統沖洪積層(Q3al+pl)黏性土、砂類土、碎石類土;寒武系石灰巖。局部表覆第四系全新統人工堆積層(Q4ml)。隧道圍巖分為Ⅴ～Ⅵ。

2.4 水文地質條件

鞍山地區在天然條件下，總的地下水補、徑、排特點是:在水平方向上，淺層水和深層水由北向南形成補給，在垂向上，下伏含水巖組接受上覆含水巖組的滲透補給。地下水類型主要為第四系孔隙潛水，賦存于第四系松散堆積層;基巖裂隙水賦存于碳酸鹽巖溶裂隙中。地下水位較高。根據取樣試驗分析，該段地下水對混凝土結構無化學侵蝕性。

3 隧道建筑限界及斷面內輪廓

隧道建筑限界采用《新建時速300～350公里客運專線鐵路設計暫行規定》(鐵建設［2007］47號)客運專線鐵路建筑限界。

隧道在下穿鞍騰路段因線路高程與道路路面高程的限制，為了滿足隧道凈空面積要求，隧道內輪廓在標準斷面基礎上進行了局部修改，見圖2。

4 隧道施工方法及結構設計

圖2 鞍山隧道立交明洞斷面內輪廓(單位:cm)

本隧道位于沖積平原區，地形平坦、開闊，鑒于隧道內線路最大埋深20.5 m，基坑最大開挖深度約22.8 m，本隧道施工工法采用以明挖為主，下穿鐵路專用線采用暗挖的方案。

開挖施工前必須進行基坑降水，降水的目標為地下水降到基坑底面以下0.5～1 m。降水采用管井降水，井徑采用φ705 mm管井，縱向井間距為8 m，降水井兼做降壓井，降水井的參數及降水井的深度可在施工中根據降水試驗及實際地層進行調整。

4.1 放坡開挖段

隧道共1 930 m采用放坡明挖。其中既有鞍騰路下方的段落和隧道結構露出地面的段落，采用微拱直墻帶仰拱框架明洞結構，其余明挖段落采用曲墻帶仰拱明洞結構，見圖3。

圖3 放坡開挖段斷面

放坡開挖段基坑深度在21.5～3.2 m，采用單級或多級放坡方式，單坡最大高度為8 m，坡間設置2 m平臺，放坡坡率為1∶1.5，基坑深度在8 m以下且能保證安全時放坡坡率可采用1∶1.25。

在平臺或坡腳位置設置降水井，當基坑深度≤16 m時設置2排降水井，當基坑深度＞16 m時設置4排降水井，縱向間距8 m。

4.2 鉆孔灌注樁圍護段

隧道改DK285+340～改DK285+800段共460 m為明挖順做施工，基坑開挖寬度36.9～88.3 m，深度20.6～24 m。基坑采用鉆孔灌注樁圍護支護，隧道采用邊墻內曲外直的帶仰拱明洞結構，見圖4。

(4)選擇適宜的鉆孔設備，按規范要求施作鋼筋混凝土灌注樁及冠梁。

(5)分層開挖基坑土方，及時架設支撐系統。坑內設排水溝和集水井，及時排出基坑內。

(6)基坑開挖至距坑底30 cm時，采用人工開挖，對坑底進行找平。對坑壁滲水處進行封堵處理，噴射C20早強混凝土并用砂漿找平樁壁。

(7)施作混凝土墊層、防水層、主體結構。

(8)基坑回填、恢復路面。

4.3 暗挖段

隧道在改DK284+994.8下穿鐵路專用線，專用線與線路中線交角為62°，為了專用線的安全運營，改DK284+970～改DK285+020段共50 m采用暗挖施工，采用復合式襯砌，結構形式為曲墻帶仰拱。

暗挖與放坡開挖銜接處采用鉆孔灌注樁圍護保護專用線路基坡腳。為了控制隧道施工期間地面尤其是鐵路專用線

基坑圍護結構采用φ1 200 mm@1 400 mm鉆孔樁+鋼支撐體系，冠梁頂設置5 m寬平臺，以上部分土體采用1∶1.5放坡開挖，設計樁長(至冠梁頂)26.3～31 m，主筋凈保護層厚度為70 mm。鉆孔灌注樁段槽內土體開挖采用自上而下分層開挖、分層鋼管支撐的方式，明洞結構采用自下而上分段灌注。圍護結構支撐體系由鋼圍檁+橫撐，橫撐采用φ600 mm鋼管，壁厚t=12、16 mm，水平間距為3 m(局部2 m)，鋼圍檁采用2I45b型鋼。基坑降水采用坑外降水，雙側布置降水井，縱向間距8 m，降水井埋設深度為H+4 m(H為基坑深度)。

鉆孔灌注樁圍護段與放坡明挖段的銜接處，采用鉆孔灌注樁堵頭，并采用鋼筋混凝土腰梁+預應力錨索作為支撐體系，錨索采用3股7φ11.1、15.2 mm的鋼絞線，錨索鉆孔孔徑φ150 mm，并應根據現場施工的變形、受力監測情況調整實施，見圖5。

其中本段在改DK285+500線路中線右側約80 m處有一變電站，為確保施工期間電站的安全，在改DK285+420～改DK285+610段沿電站周圍施做雙排φ600 mm@400 mm垂直旋噴樁止水，樁長20～5 m，防止因降水導致地面沉降，從而影響建筑物的安全。

本段主要施工步驟:

(1)調查地下管線，平整場地，做好施工準備。

(2)施工降水井點，進行降水。

圖5 放坡開挖段與圍護段銜接平面示意

(3)開挖基坑至冠梁頂高程，并按1∶1.5放坡。的沉降，隧道開挖輪廓外最大跨以上采用φ300 mm(t=10 mm)超前管幕保護，最大跨以下邊墻采用密排超前小導管注漿加固地層，見圖6。

為減小正面樁背土體的土壓力，最大跨以上襯砌輪廓外土體采用旋噴樁加固，縱向長度10 m。

暗挖段開挖方式采用雙側壁導坑法施工，為了控制隧道施工期間地面尤其是鐵路專用線的沉降，隧道內開挖正面采用φ50 mm玻璃纖維注漿錨桿加固。施工期間采用洞外降水方式，降水井布設在隧道兩側距離開挖輪廓不小于2 m處，縱向間距8 m。

5 防排水設計

5.1 防排水原則

確定結構自防水為根本，同時加強施工縫、變形縫等細部結構的防水措施，以防為主，多道防線，綜合治理的原則。隧道結構防水等級為一級，主體結構的抗滲等級為P12。

圖6 暗挖段進洞處橫斷面(單位:mm)

5.2 主體防水措施

全隧道襯砌均采用全包式防水，明挖隧道防水層采用2 mm厚自粘式防水層，暗挖隧道采用2 mm厚防水板加400 g/m2無紡布防水。

5.3 施工縫、變形縫防水

襯砌施工縫采用橡膠止水帶防水，地層明顯變化處、結構形式變化處和明暗分界處設置變形縫，變形縫采用中埋鋼邊橡膠止水帶加背貼式橡膠止水帶防水。為了加強施工縫防水措施，施工縫內預埋可維護注漿管，以期在施工縫滲漏水時進行襯砌內注漿堵漏。

5.4 隧道洞身排水

洞內設雙側水溝與中心深埋排水管排水。隧道內為“Ⅴ”形坡，在隧道內變坡點處設集水坑，采用機械方式將水排出洞外。隧道進出口洞外路基采用雨棚防水，雨棚在隧道口環節襯砌上設堵頭板，防止雨水直接降到洞口線路上。

6 隧道保護設計

隧道施工完畢后，結構頂低于原地面地段，施工回填全部恢復到原地表，隧道兩端結構高出原地表段，結構頂覆蓋一定厚度的土，兩側進行坡狀回填，對回填土表面采用植草綠化。

隧道保護設計分2個區域，Ⅰ區為封閉區，Ⅱ區為開放區。Ⅰ區結構高出地表或埋深較淺僅考慮現有的規劃道路及既有道路可以通過本區;Ⅱ區埋深較深為恢復原地表區，可以通行、種植，但限制在此區域內進行其他土建工程建設，必須實施時須與鐵路產權部門溝通，并采取隧道保護措施后方可實施。保護區內不容許在恢復的地表上增加永久的堆載。Ⅰ區保護點沿隧道縱向約100 m設1處，采用鐵路用地標志牌方式，必要時設置防護網。保護設計平面布置見圖7。

圖7 鞍山隧道保護設計平面示意(單位:m)

7 隧道設計施工遇到的問題及思考

(1)鞍山隧道長段落為明洞結構且基底處于砂、土類地層，承載力遠低于一般山嶺隧道，可以說鞍山隧道是在類似地鐵區間修建的高鐵隧道。而高速鐵路無砟軌道鋪設對隧道基礎沉降要求非常高，鞍山隧道主體完成后經過多個沉降觀測期后沉降才趨于穩定，因此鞍山隧道的建設經驗對以后修建同類型高鐵隧道有指導意義。

(2)鞍山隧道采用了一些新材料、新工藝，特別是明洞部分采用的自粘性防水卷材，自粘防水卷材由于具有皮膚式防水的理念，具有很多優點，是一種應用前景很廣的新型防水材料。但對施工工藝、現場環境要求較高，一開始發現貼好的防水板第二天便脫落，后找廠家專業隊伍鋪設情況才有所好轉。自粘式防水卷材在山嶺隧道長段落明洞中應用較少，應用的時間也不長，今后設計施工中需要結合工程類型和特點進行考慮，采取一些變通措施來適應特定的工程環境，達到理想的防水效果。

8 結語

鞍山隧道設計按照高標準、高起點進行，積極采用了一些新技術、新材料，對多種不利地質因素及難點進行專項設計及研究，鞍山隧道的成功建設為今后我們在城市區域修建高速鐵路隧道積累了寶貴經驗。

［1］鐵道第三勘察設計院集團有限公司.哈大客運專線鞍山隧道施工圖文件［Z］.天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2007.

［2］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.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10621—2009 高速鐵路設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.