淺埋暗挖法在某鐵路隧道淺埋段施工中的應(yīng)用

潘 艷 軍， 蔡 曉 斌

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

淺埋暗挖法在某鐵路隧道淺埋段施工中的應(yīng)用

潘 艷 軍， 蔡 曉 斌

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

介紹了淺埋暗挖法在鐵路隧道淺埋段施工中的基本應(yīng)用，闡述了淺埋暗挖法的施工原理、適應(yīng)范圍和施工原則，對淺埋暗挖施工方法中各道工序的施工要點(diǎn)、施工參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明，可為今后類似工程提供一定的借鑒和參考。

淺埋暗挖工法；鐵路隧道；應(yīng)用

在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種用途的隧道不斷修建，隧道工程施工技術(shù)水平也在不斷地提高與發(fā)展。隧道施工應(yīng)用淺埋暗挖工法，一方面是為了保護(hù)山區(qū)自然植被，不破壞生態(tài)環(huán)境；另一方面解決了線型工程戰(zhàn)線長、點(diǎn)多面廣、構(gòu)筑物繁雜及征地拆遷的難題。淺埋暗挖法作為鐵路隧道施工的主要方法，在國內(nèi)隧道工程施工中應(yīng)用非常廣泛，極大地推動(dòng)了隧道工程的快速發(fā)展。

1 工程概述

某鐵路隧道全長1 200 m。DK216+750～DK216+850、DK217+330～DK217+380、DK217+416～DK217+476段分別處于淺埋地段，隧道最大埋深約20 m，最小埋深約8 m，洞身段地層巖性為全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖，局部為弱風(fēng)化砂巖，全-強(qiáng)風(fēng)化層厚度分別為7～11 m、4～12 m，其下為弱風(fēng)化砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，淺埋偏壓，圍巖級別為Ⅴ級，輔助加固措施采用Ⅲ型超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)。

2 淺埋暗挖法施工原理

淺埋暗挖法沿用新奧法的基本原理，創(chuàng)建了信息化量測反饋施工的新理念；采用先柔后剛復(fù)合式襯砌新型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，初期支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計(jì)，二次模筑襯砌作為安全儲備；初期支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。應(yīng)用淺埋暗挖法施工時(shí)，同時(shí)采用多種輔助措施，超前支護(hù)，改善并加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖的自承能力；采用不同的開挖方法及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系；在施工過程中應(yīng)用監(jiān)控量測、信息反饋和優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不塌方、少沉降、安全施工。

3 淺埋暗挖法在施工中的應(yīng)用

3.1 淺埋暗挖法的適用范圍

該隧道屬于軟弱圍巖淺埋地層中的山嶺隧道。而淺埋暗挖法主要用于不宜明挖施工的土質(zhì)或軟弱無膠結(jié)的砂、卵石等第四紀(jì)地層。該隧道由于結(jié)構(gòu)埋置淺、現(xiàn)場采用明挖法無交通運(yùn)輸條件、沿海地區(qū)雨季長對工期影響嚴(yán)重且考慮到安全因素，施工對地面沉降要求嚴(yán)格，故采用淺埋暗挖法施工更為適用。

3.2 淺埋暗挖法的施工原則

(1)根據(jù)地層情況、地形特點(diǎn)及機(jī)械配備情況，選擇對地層擾動(dòng)小、經(jīng)濟(jì)、快速的開挖方法。該隧道設(shè)計(jì)為雙線鐵路，開挖斷面大，地層條件較差，在施工中采用了經(jīng)濟(jì)合理的輔助工法和相應(yīng)的分部多臺階開挖法。

(2)重視輔助工法的選擇，當(dāng)?shù)貙虞^差、開挖面不能自穩(wěn)時(shí)，在采取輔助施工措施后，仍應(yīng)優(yōu)先采用大斷面開挖法。

(3)選擇能適應(yīng)不同地層和不同斷面的開挖、通風(fēng)、噴錨、裝運(yùn)、防水、二次模筑襯砌作業(yè)的配套機(jī)具，使施工程序化，為快速施工創(chuàng)造條件。

(4)現(xiàn)場施工過程中的監(jiān)控量測與反饋在淺埋暗挖法施工中非常重要，必須在施工組織設(shè)計(jì)中作為重要的工序進(jìn)行規(guī)劃和實(shí)施。必須采用先進(jìn)的量測設(shè)備、方法和相應(yīng)的處理量測資料的軟件。

(5)工序安排要突出及時(shí)性，尤其是在開挖后，要認(rèn)真做到及時(shí)噴射混凝土、及時(shí)量測、及時(shí)反饋、及時(shí)修正。地層較差時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的十八字方針。

(6)提高職工素質(zhì)，組織協(xié)調(diào)好各工序之間的關(guān)系，動(dòng)態(tài)調(diào)整各工序作業(yè)時(shí)間以提高施工質(zhì)量和速度。當(dāng)前，許多施工隊(duì)伍嚴(yán)重缺乏管理，施工質(zhì)量差，極易造成塌方和大幅度沉降。

3.3 工法的選擇與介紹

采用淺埋暗挖法施工時(shí)，根據(jù)地表沉降要求、地層條件及開挖斷面大小，常用的典型方法為全斷面法、臺階法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)等。該隧道淺埋段開挖根據(jù)圍巖情況對Ⅴ級圍巖洞段采用四步CD法施工，將每循環(huán)進(jìn)尺控制在60 cm。

(1)CD工法的基本概念。

CD工法是指在軟弱圍巖大跨度隧道施工中，將隧道斷面左右一分為二，先開挖一側(cè)并在隧道斷面中部架設(shè)一道臨時(shí)支撐隔墻，待先開挖的一側(cè)超前一定距離后，再開挖另一側(cè)隧道的施工方法。通過隧道斷面中部的臨時(shí)支撐隔墻，將斷面跨度一分為二，減小了開挖斷面跨度，使斷面受力更合理，從而使隧道開挖更安全、可靠。

(2)適用范圍。

CD工法主要適用于地層較差、可采用人工或人工配合機(jī)械開挖的Ⅳ、V級圍巖地層、不穩(wěn)定巖體和淺埋段、偏壓段、洞口段且地面沉降要求嚴(yán)格的隧道工程施工。

(3)施工方法。

采用CD工法施工時(shí)，每步的臺階長度都應(yīng)控制，一般為5～7 m。為了穩(wěn)定工作面，往往與預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用，采用人工鉆爆開挖、機(jī)械出渣的方式。

3.4 淺埋暗挖施工方法

(1)主要輔助加固措施為超前管棚(注漿)支護(hù)或超前小導(dǎo)管(注漿)支護(hù)、臨時(shí)仰拱或臨時(shí)支護(hù)、注漿加固。

(2)超前小導(dǎo)管施工參數(shù)。

①小導(dǎo)管采用φ50鋼管制作，鋼管一端做成錐狀，管體部分梅花型開設(shè)φ10孔徑的擴(kuò)散孔。

②小導(dǎo)管單根長度為5 m，外徑50 mm，壁厚5 mm，縱向搭接長度為1.5 m，工字鋼鋼架間距為60 cm。

③小導(dǎo)管的安設(shè)采用鉆孔打入法，打設(shè)需從工字鋼鋼架腹部穿過，沿拱部120°范圍布設(shè)，環(huán)向間距30 cm，外插角(仰角)約5°～10°范圍。

④小導(dǎo)管注漿材料為水泥漿液，水灰比(重量比)為1∶1。

⑤小導(dǎo)管注漿前，必須進(jìn)行試注以確定注漿參數(shù)，注漿壓力為0.5～1 MPa，擴(kuò)散半徑不小于0.25 m。

(3)管 棚。

①管棚采用每節(jié)長4～6 m的熱軋無縫鋼管以絲扣連接而成，直徑108 mm，壁厚6 mm，鋼管中心間距為80 cm。

②根據(jù)該隧道地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)要求，長管棚長度一般為10～60 m，搭接長度為5 m。

③管棚通常采用水平液壓頂管機(jī)或水平導(dǎo)向鉆機(jī)施做。

3.4.1 隧道淺埋段開挖

(1) 隧道淺埋段開挖時(shí)，應(yīng)先行對開挖輪廓范圍進(jìn)行加固并做好初期支護(hù)。

(2) 隧道開挖時(shí)，必須保持各開挖階段圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定性。

(3)開挖作業(yè)要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)輪廓線進(jìn)行，輪廓線要圓順。開挖斷面的中線、高程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

(4)對于隧洞超挖、塌方必須采用耐久、耐腐蝕的材料回填，并認(rèn)真做好回填注漿。

(5)在地層條件較差時(shí)，開挖后應(yīng)及時(shí)噴射混凝土封閉掌子面。如遇特殊情況、暫停作業(yè)時(shí)間較長時(shí)，必須采取加強(qiáng)封閉措施。

3.4.2 噴射混凝土

(1) 噴射混凝土使用的攪拌機(jī)、噴射機(jī)、空壓機(jī)、輸料管及供水系統(tǒng)在混凝土噴射前應(yīng)調(diào)試正常。

(2) 噴射混凝土配合比須準(zhǔn)確，外加劑摻量滿足設(shè)計(jì)和施工需要并應(yīng)拌和均勻，隨伴隨用。

(3) 噴射混凝土應(yīng)緊跟開挖工作面及時(shí)施作，縮短開挖面暴露的時(shí)間，使其與工作面圍巖密貼。

(4) 噴射混凝土應(yīng)從低向高均勻分層噴射，不宜太快或太慢。噴射效果應(yīng)達(dá)到表面平整、圓順、光滑、無干斑或流淌滑墜現(xiàn)象。

(5) 噴層分層厚度按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格執(zhí)行，噴射應(yīng)密實(shí)，不得有空鼓、漏筋、脫落、裂縫等，滲漏水處必須進(jìn)行處理。

3.4.3 型鋼鋼架

(1)型鋼鋼架的加工必須符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)尺寸。

(2)首榀型鋼鋼架加工完成后應(yīng)進(jìn)行試拼，當(dāng)各部尺寸符合要求后，方可進(jìn)行批量生產(chǎn)。

(3)型鋼鋼架安裝應(yīng)穩(wěn)固、準(zhǔn)確、對稱。

(4)型鋼鋼架的環(huán)向連接一般采用連接鋼板對拼螺栓，縱向連接采用鋼筋搭接方式。

(5)鋼筋網(wǎng)通常選用φ6～φ8鋼筋制作，鋼筋網(wǎng)格間距宜為20 cm，網(wǎng)片搭接長度不得小于20 cm，網(wǎng)片與型鋼鋼架聯(lián)結(jié)應(yīng)牢固。

(6)初期支護(hù)的背后注漿。

①初期支護(hù)的背后注漿是為了填充初期支護(hù)背后的空隙及加固圍巖，從而減少洞頂沉降，控制拱部變形，封堵洞頂滲水。

②注漿鋼管一般選用φ32鋼管，管長0.8 m，在拱頂預(yù)埋或打孔埋管，起拱線以上環(huán)向布設(shè)。

③初期支護(hù)的背后注漿應(yīng)緊跟開挖面，一般宜距5 m進(jìn)行。背后注漿終壓為0.5 MPa，漿液擴(kuò)散半徑為1.4～1.8 m，注漿速度不小于50 L/min。

④初期支護(hù)的背后注漿一般選擇水泥砂漿與普通水泥漿。

(7)防水層。

①防水層的施工應(yīng)在初期支護(hù)基本穩(wěn)定并經(jīng)驗(yàn)收合格后施作。

②防水層的鋪設(shè)必須在無水條件下進(jìn)行，如有滲水，應(yīng)采取有效措施予以處理。

③防水層的鋪設(shè)沿隧道環(huán)向由拱頂向兩側(cè)依次鋪貼平順并與基面固定牢固，其搭接長度不應(yīng)小于15 cm。

④混凝土施工縫和變形縫的施工以及穿墻管的處理等必須符合設(shè)計(jì)要求。

(8)二次襯砌混凝土。

①二次襯砌混凝土灌注采用定型鋼模臺車。

②拱頂模板應(yīng)設(shè)置混凝土灌注口，并應(yīng)預(yù)留10～30 mm沉降量。

③二次襯砌混凝土的坍落度、和易性必須滿足配合比設(shè)計(jì)要求。

④側(cè)墻和拱頂混凝土泵送過程中需密切關(guān)注混凝土對模板的沖擊影響，以防爆管或脹模，兩側(cè)應(yīng)對稱澆筑，輔以附著式振搗器振搗。

(9)二次襯砌的背后注漿。

①二次襯砌的背后注漿是填充二次襯砌與初期支護(hù)之間的空隙，同時(shí)封堵滲水。一般在二次襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后進(jìn)行。

②二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)在拱部預(yù)留注漿孔。

③注漿孔一般沿隧道拱頂布設(shè)，縱向間距以5 m為宜。

④注漿材料一般選用微膨脹水泥砂漿或自流平水泥漿。注漿壓力一般不大于0.2 MPa，漿液擴(kuò)散距離為2～3 m。

4 結(jié) 語

筆者以淺埋暗挖法在某鐵路隧道淺埋段施工中的應(yīng)用為例，對淺埋暗挖法施工技術(shù)加以介紹，主要內(nèi)容包括淺埋暗挖法施工原理、施工原則、各工序關(guān)鍵施工技術(shù)要求、施工參數(shù)。同時(shí)，闡述了淺埋暗挖法的主要輔助加固措施，對淺埋暗挖工法施工技術(shù)要領(lǐng)進(jìn)行了簡要的解析。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-02-06

U215.1;U215.7;U215.3;[U25]

B

1001-2184(2017)02-0041-03

潘艷軍(1985-)，男，甘肅隴南人，項(xiàng)目工程部副部長，工程師，從事鐵路工程施工技術(shù)與管理工作；

蔡曉斌(1988-)，男，四川岳池人，安質(zhì)部副部長，助理工程師，從事鐵路工程施工技術(shù)與管理工作.