卓資一號隧道出口臨近既有線出洞施工技術

陳 洋

(蒙冀鐵路有限責任公司，內蒙古呼和浩特010010)

1 工程概況

集包增建第二雙線鐵路卓資一號隧道起訖里程為：DK549+390～DK551+003，為雙線隧道。隧道出口地層為太古界下統大理巖，山體巖層較破碎，巖體節理裂隙較發育。出口洞口段山勢陡峭，自然坡度大約為1∶1。坡面巖石裸露，風化嚴重。出口下臨既有京包線，DK551+003處設計軌面標高為：1 459.82 m，既有京包線軌面標高為:1 436.2 m。兩軌面高差23.62 m，洞口距既有線平距39 m，洞口爆破飛石和洞口出碴石塊極有可能滾落到既有線上，且既有京包線行車密度大，危及既有線行車安全(圖1)。

圖1 卓資一號隧道出口平面

2 既有線邊坡防護關鍵技術

卓資一號隧道出洞以前，提前做好清除山坡危石、施作防護排架和布魯克主動防護網防護工作(圖2)。

圖2 卓資一號隧道出口邊坡防護

(1)排架防護。為防止滾石落入既有京包線，在出洞前在仰拱面標高處設5 m高的竹架板排架防護。

(2)清除危石。人力清除坡面上的浮石、危石至邊坡外安全地帶，對不易清理的較大危石進行噴射混凝土封閉，固定危石。

(3)布魯克主動防護網覆蓋。在卓資一號出口端洞口沿開挖輪廓線外上方20 m，下、左、右10 m范圍內整體將坡面覆蓋布魯克網，以防止洞內爆破作業松動山坡危石下滾進入既有線危及行車安全。布魯克網用錨桿固定于山體之上。

3 出洞技術方案

在掌子面距離出口設計明暗交界里程30 m左右時，測量出口地面線，準確測出出洞里程。在距離出洞里程30 m左右時，開挖進尺及鋼拱架間距不得大于0.8 m，并增設超前支護。在距出洞里程22 m左右時，開挖進尺不得大于0.6 m，同時增設超前支護，加強圍巖量測。在距出洞里程4 m左右時，使用長鉆機打出洞外，準確測量出洞距離，縮短開挖進尺及避免爆破施工，開挖進尺不得大于0.5 m。出洞時每臺班用長4 m鉆桿超前鉆探，準確量出掌子面到風化層的距離，掌子面距離出洞3 m時，采用非爆破方式(液壓破碎錘、風鉆、挖掘機)掘進出洞；如圍巖較硬，破碎錘挖不動時，采用2 m×2 m小洞提前掘進制造臨空面和用膨脹炸藥松動作為輔助方式。采用I 20型工字鋼鋼架施作初期支護，拱架間距0.3～0.5 m。鎖腳錨管每榀拱架上中下臺階左右兩側各8根，每根長4 m，雙層連接筋，雙層網片，拱腳墊木板或槽鋼增大單榀拱架受力面積，隨挖隨護。上導坑出洞后，停止掘進，隨即跟進中導坑，待中導坑到達出洞里程后，用挖掘機將洞碴移至洞內，盡量避免洞碴滾下仰坡。中導出洞后，清理出洞口平臺，修整邊、仰坡，施作邊仰坡噴錨支護，保證邊、仰坡圍巖穩定。然后跟進下導坑，待下導坑出洞后，隨即在洞口段緊跟施工仰拱封閉程環，施作長度3～4 m，確保洞口穩定。

4 施工關鍵技術及要點

卓資一號隧道出口端洞口出洞采用三臺階七步法施工。

4.1 三臺階七步法工藝流程

三臺階七步開挖法主要步驟為上部弧形導坑環向開挖并施作拱部初期支護，再左右錯開開挖中、下臺階并施作墻部初期支護，及時施作仰拱，盡早封閉成環。三臺階七步開挖法的施工工藝流程見圖3。

圖3 三臺階七步開挖法施工流程

4.2 施工方法

首先根據TSP探測結果推斷，掌子面前方圍巖以大理巖為主，圍巖受構造影響，節理、裂隙發育，巖體破碎，呈塊狀夾軟弱層或軟塑體。

為保證隧道開挖安全，防止圍巖松弛，加強超前支護。采用小導管超前注漿預支護。采取一組長500 cm小導管超前注漿預支護環向間距25 cm，每掘進100 cm施作一環，漿液采用超細純水泥漿，水泥漿濃度及注漿壓力依據現場需要進行調整。小導管采用φ42×4無縫鋼管加工。

4.2.1 開挖

(1) 弧形導坑沿開挖輪廓線環向開挖，預留核心土，核心土長度3～5m，寬度為隧道跨度的1/3～1/2，開挖后立即噴射3～5 cm厚混凝土封閉。其他分步平行開挖，平行施作初期支護，混凝土仰拱緊跟下臺階及時閉合構成穩固的支護體系。施工過程中對開挖面、初期支護應加強圍巖監控量測，根據量測結果，進行數據分析，確定是否調整支護參數和預留變形量大小，以控制拱頂下沉和圍巖凈空變化。初期支護及時封閉成環，各分步工序銜接緊密。完善洞內臨時防排水系統，防止浸泡拱墻腳基礎。開挖步驟見圖4。

第1步：拱部進行超前支護后，采取上部弧形導坑預留核心土環向開挖，合理確定循環進尺，開挖循環進尺應根據初期支護鋼架間距確定，開挖進尺按照出洞方案要求施工。

圖4 開挖步驟

開挖后立即初噴3～5 cm混凝土，增強圍巖自穩能力，避免圍巖長時間暴露產生掉塊。上臺階要求開挖矢跨比大于0.3，及時進行噴、錨、網系統支護，架設鋼架并復噴至設計厚度。

第2、3步：在拱部支護的保護下，交錯開挖左右側中臺階，開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不超過1.0 m，及時施作初期支護，保持左右錯開2～3 m。

第4、5步：交錯開挖左右側下臺階，開挖進尺最大不超過1.0 m，及時施作支護，保持左右錯開2～3 m。

第6步：開挖上、中、下臺階預留核心土。

第7步：開挖隧底，施作仰拱初期支護及混凝土。

(2) Ⅴ級圍巖采用機械配合人工開挖。

4.2.2 初期支護

(1) 初噴混凝土封閉巖面。

(2) 施作系統錨桿(管)，掛設鋼筋網。

(3) 安裝鋼架。

(4) 二次噴射混凝土。

4.2.3 仰拱施工

(1) 隧底開挖。隧底開挖采用全幅分段施工，上面鋪設仰拱棧橋，每循環開挖長度控制在2～3 m。如仰拱施工滯后，超過距下部臺階開挖面30～40 m時，停止前方工作面開挖或跳槽進行隧底開挖。

(2) 仰拱初期支護。隧底開挖后，及時清除虛碴、雜物、泥漿、積水，立即初噴3～5 cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝仰拱鋼架，并噴射混凝土至設計厚度，使初期支護及時閉合成環。

(3)仰拱混凝土澆筑。仰拱應超前拱墻襯砌，每循環澆筑長度為4～6 m，仰拱成型采用浮放模板支架。仰拱混凝土應分段全幅澆筑，一次成型，不留縱向施工縫，仰拱施工縫和變形縫施作止水帶。仰拱表面應平順，不積水。

(4)仰拱填充混凝土澆筑。仰拱填充混凝土應在仰拱混凝土終凝后澆筑，澆筑前應清除仰拱表面的雜物和積水，連續澆筑，一次成型，不留縱向施工縫。填充混凝土強度達到5 MPa后允許行人通行，達到設計強度的100 %后允許車輛通行。仰拱填充表面坡度應符合設計要求，應平順，排水通暢，不積水。

4.2.4 施做二次襯砌

防水板采用厚度不小于1.5 mm的PVC復合防水板，嚴格控制防水板施工工藝，嚴防鋼筋等尖銳物件刺破防水板，確保防水板施工質量，嚴防二次襯砌滲漏水。二次襯砌混凝土采用全斷面液壓襯砌臺車整體澆筑。襯砌各項施工工藝和技術指標必須滿足設計或規范要求，二次襯砌緊跟仰拱施工，二次襯砌至掌子面距離控制在35 m，確保施工安全。

5 監控量測

根據本隧道工程的地形地質條件、支護類型和施工方法等特點，選擇確定本隧道出口端洞口段以圍巖及支護狀態觀察、拱頂下沉、周邊位移及收斂以及淺埋段的地表下沉為必測項目。出口段洞內每隔2 m布設一個量測斷面，每個量測斷面布置一個拱頂下沉量測點和兩條水平凈空收斂量測基線。洞外每隔5 m布設一組地表位移觀測點。實際量測頻率根據變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。凈空水平收斂量測及拱頂下沉量測及地表位移量測采用相同的量測頻率。水平收斂量測采用激光斷面儀進行量測，開挖后按要求迅速安裝測點并編號，在開挖后6 h內讀取初始讀數。

6 結束語

卓資一號隧道出口臨近既有線出洞采用清除山坡危石、排架防護、布魯克主動防護及開挖、支護創新施工技術，經實際開挖檢驗達到了安全開挖、有效防止飛石的滾落的目的，保證了既有線行車安全，在施工中不僅化解了臨近既有線施工安全風險，也確保了隧道施工的安全。采取該技術施工后，較之前的大管棚超前支護出洞方案降低了施工費用近80萬元，節省出洞施工時間15 d，創造了良好的經濟和社會效益。卓資一號隧道出口臨近既有線出洞工程實踐對類似條件的隧道工程有很好的參考、借鑒價值。

[1] 洪開榮.山區高速公路隧道施工關鍵技術[M].北京:人民交通出版社,2011

[2] 丁春林.復線隧道與鄰近既有線隧道施工的相互影響[J].地下空間,1998,(5):135-140

[3] 舒志樂.半明半暗法在公路隧道洞口段的研究[J].地下空間與工程學報,2010,(10): 1060-1064

[4] 吳發展. 馬家山隧道出口洞口施工技術[J].內蒙古科技與經濟，2011,(9)：112-113

[5] 陳建國. 客運專線鐵路隧道下穿既有高速公路施工技術[ J]. 現代隧道技術, 2010, (12):63-66