淺析鐵路大斷面隧道穿越斷層及地表多種構筑物的施工方法

陶 威（中鐵二十二局集團公司，北京 100043）

淺析鐵路大斷面隧道穿越斷層及地表多種構筑物的施工方法

陶 威
（中鐵二十二局集團公司，北京 100043）

隨著我國鐵路客運專線和擴能改造工程的大規模上馬，雙線大斷面隧道施工越來越普遍。在穿越斷層及地表構筑物時，對地表的擾動更大，采取合理的措施尤為重要。筆者結合昆陽至玉溪鐵路寶峰隧道施工的成功經驗，簡要論述了該隧道穿越斷層及地表多種構筑物的施工方法，供相似地質的隧道施工參考和借鑒。

大斷面隧道；穿越斷層及地表構筑物；施工措施

1 工程概況

寶峰隧道位于我國云南省，是昆陽至玉溪擴能改造工程全線的控制性工程，該隧道全長7377m，設4座斜井，正洞設計為單洞雙線，全隧道均為V級軟弱圍巖，溶洞密布、斷層發育，施工中突泥突水多發，被原鐵道部評定為極高風險隧道。其中1號斜井施工的玉溪方向DK12+000～DK12+400段，長400m穿越溫水營平移斷層。設計斷層破碎帶寬約320m，由斷層角礫組成，成分為砂質板巖夾砂巖、泥巖、白云巖，膠結性差。正洞V級圍巖斷面根據加寬不同，為129m2上標至139m2上標。

該段隧道左側580m為大春河水庫，與隧道通過溫水營平移斷層相連，水庫水位比隧道拱頂高72m。該隧道在穿越斷層段，同時還下穿水塘、大春河引水渠、道路、自來水管及辦公樓等多種地表構筑物，詳見表1及圖1。寶峰隧道作為全線的控制性工程，在穿越斷層時，該工作面日掘進1m才能滿足進度要求，如何在滿足安全的前提下達到進度指標成為該作業面的施工難題。

2 施工實際狀況

該作業面進入斷層后，實際掌子面揭示地質為泥質板巖、白云巖，膠結性極差，DK12+020處超前探孔掌子面總水量為3L/S，圍巖極其破碎無自穩性，實際地質情況與設計基本相符。進入斷層前50m施工并未采取特殊措施，掌子面多次發生溜坍現象。從測量數據分析，各斷面沉降數值均較大，其中最大累計沉降352mm，最大沉降速率56mm/d。最大累計水平收斂104mm，最大收斂速率11mm/d，施作仰拱后趨于穩定。如果不采取特殊措施，必將沉降過大造成初支開裂，進一步危及地面構筑物安全，甚至影響水庫蓄水安全，將造成無法估量的損失。

表1 地表構造物情況一覽表

圖1 隧道地表構筑物位置關系示意圖

3 施工中采取措施

3.1 對地表及結構物沉降位移監測

根據《鐵路隧道監控量測技術規程》的相關要求，現場對地表水塘及結構物進行布點監測，便于根據監測結果及時采取措施。測點布置從DK12+132（地表為水塘邊墻）開始，至DK12+315（苗木公司辦公樓圍墻外側邊），沿線路方向按照每5m/排的間距布置，每排設6個觀測點，各點距離3m，觀測頻率為2 次/天。

3.2 地表防水及加固措施

DK12+129～DK12+149段下穿水塘，水塘水面寬15m，最大水深1m，采用排水疏干塘內積水的措施，并清除塘內淤泥，回填灰土并封閉表層，同時設置水泵抽水。DK12+153～DK12+160段下穿大春河水庫引水渠，水渠寬2.6m深2.3m，為防止引水渠內流水下滲至隧道范圍內，采取水渠底鋪設防水板的措施。對地表公路、自來水管周邊及房屋基礎等采取注漿加固措施。加固范圍：橫向為隧道開挖線25m范圍內，注漿深度為地表至隧道開挖線外。

3.3 洞內加固及施工措施

3.3.1 超前支護措施

由于本隧道斷面跨度大，開挖上臺階寬度達到11m，且圍巖軟弱，為盡可能減小圍巖開挖后的收縮，對前方掌子面采用Φ42雙層注漿小導管超前支護，每循環長5m，搭接長度2.4m。

3.3.2 隧道開挖工法

隧道開挖采用三臺階七步流水作業法，在中臺階設置臨時仰拱。隧道上臺階開挖時，中下臺階錯開作業，每次開挖進尺0.8m（1榀）。核心土距拱頂高度控制在2.5m以內，核心土長度7m左右，總臺階長度15m左右。

隧道開挖上臺階時，采用小型挖機配置松土器開挖，并及時噴射混凝土進行封閉，控制上臺階暴露時間不超過1小時。拱腳部位采用小型挖斗，并人工清理，盡量減少對圍巖的擾動。開挖中下臺階時設置移動集水箱，確保拱腳部位不積水。

DK12+147～DK12+300段下穿苗木公司辦公樓，隧道距離地表埋深最淺為26m，該辦公樓基礎距隧道開挖邊緣26m，地質為全風化泥質板巖，極易坍塌引起地表下沉危及辦公區安全。為確保施工順利，旁穿此區段時采用了φ108mm大管棚及徑向注漿的綜合措施通過。

3.3.3 掌子面加固措施

為進一步保證掌子面開挖的穩定性，對開挖面采用了Φ70mm玻璃纖維錨桿加固（間距50cm，長度10m），區別于普通鋼質中空錨桿，此種錨桿注漿加固后易于開挖。預加固如圖2所示。

3.3.4 防止拱腳下沉措施

為防止拱腳下沉及收斂變形過大，采用Φ76大直徑鎖腳錨管進行加固，長度為5m，并通過鋼板與拱架牢固焊接。拱腳采用20cm×30cm×1cm的鋼板進行墊腳，詳見圖3。為增強縱向連接措施，除按照設計設置連接型鋼以外，還采用20cm寬的縱向鋼板作為加強連接。

3.3.5 徑向補償注漿措施

隧道初支沿徑向打設5m長，Φ42鋼花管進行周邊注漿加固，漿液采用純水泥漿，滲水時壓注雙液漿。鋼管末端用鋼板與型鋼拱架連接固定，進一步提高了拱架的承載能力。具體布置圖如圖3所示。

圖2 超前預加固示意圖

圖3 拱腳加固及拱架縱向連接意圖

3.3.6 安全步距要求

為了順利通過斷層，安全步距的控制十分關鍵，由于隧道斷面大，圍巖軟弱，地表沉降控制嚴格，更要確保外力在拱圈內均勻傳導。現場在滿足鐵建設2010[120]號文件的前提下，對安全步距做了更嚴格的要求：二襯距離掌子面不超過50m，仰拱及填充距離掌子面不超過20m，從掌子面開挖至仰拱封閉時間不超過10d。

3.3.7 預測水層及水處理措施

由于上游有大春河水庫，且隧道埋深約30m，施工時為確保水庫及洞內施工安全，對前方水層的探測和洞內滲水給予了高度重視：采用地質雷達和物探法預報前方富水情況，每循環掌子面設9個長5m的探水小導管。治水采用“以堵為主，排堵結合”的原則，對于掌子面的局部出水點采用注漿堵水；大面積散水時采取開挖后徑向注漿的措施。

通過上述各種施工措施，有效控制了隧道的沉降及收斂，安全通過了該斷層帶。監控量測數據顯示洞內拱頂最大累計沉降112mm，最大沉降速率18mm/d，最大累計水平收斂21mm，最大收斂速率6mm/d，且收斂周期明顯縮短。同時地表觀測顯示，房屋、水渠、辦公樓等構筑物的沉降均控制在合理范圍內。每月進度平均達到33m，滿足進度指標要求。

結語

采用地表與洞內綜合加固的措施，能夠滿足復雜條件下大斷面隧道施工安全。地表主要控制滲水對隧道施工的影響；洞內一是要減少開挖擾動，嚴格控制超挖；二是要通過采用大拱腳、剛性連接等各項措施加強主動支護的剛度和強度，克服三臺階沉降大的缺點；三是采用加固掌子面的措施，提高圍巖穩定性；四是減少圍巖的暴露時間，及時封閉成環；五是注重處理洞內滲水處理，采用提前探測、提前治理的措施。經過認真組織，寶峰隧道順利通過了溫水營平移斷層，該隧道采用的措施可以作為類似隧道施工的參考和借鑒。

[1] TB10121-2007，鐵路隧道監控量測技術規程[S].

[2]關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道設計施工有關技術規定的通知[Z].鐵建設[2010]120號.

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