淺談山區鐵路淺埋偏壓隧道洞口段施工技術

吳新棟

【摘 要】山區鐵路建設，地形地貌變化大，相當一部分隧道進出洞存在淺埋、偏壓，進出洞極易引起洞內坍塌、洞外山體滑移，影響進度及工期，甚至威脅到鐵路運營安全。為保證淺埋偏壓隧道進出洞施工安全，必須結合現場條件，采取切實可行的施工方法和有效支護措施。

【Abstract】The railway construction in mountain areas has great changes in topography and geomorphology， and quite a few tunnels has shallow burial and bias pressure. The entrance and exit of the cave will easily cause the collapse of the tunnel and the slip of the outside of the cave. It affects the schedule and the construction period， and even threatens the safety of the railway operation. In order to ensure the construction safety of the entrance and exit of shallow buried unsymmetrial loading tunnel，practical construction methods and effective supporting measures must be taken in combination with the field conditions.

【關鍵詞】淺埋偏壓；預加固樁；明洞暗做

【Keywords】shallow buried bias； pre-reinforced pile； do open cut tunnel in the dark

【中圖分類號】U45 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0150-03

1 引言

山區鐵路隧道的施工，如不能夠及時采取合理的施工方法和行之有效的輔助施工措施，隧道初期支護容易發生較大的變形、進而可能引起洞內坍塌、洞外山體滑移，加大隧道安全風險。在高風險淺埋偏壓隧道進出洞施工中表現尤為突出。

2 工程概況

2.1 隧道概況

九山2號隧道位于廣東省郁南縣境內，進口里程為D1K307+208；出口里程為D1K307+587，隧道全長379m。隧道縱坡為連續下坡，變坡點里程為D1K307+360，坡度分別為5.8‰和2.5‰，坡長分別為4150m和600m。

2.2 工程施工重難點

隧道出口偏壓嚴重，隧道出口采用單壓耳墻式洞門，進口偏壓式明洞門，其中D1K307+208～D1K307+217、D1K307+567～D1K307+587段為明洞式襯砌、D1K307+549～D1K307+567段明洞采用半明半暗的工法施工，特殊明洞式襯砌。

3 工程施工條件

3.1 自然條件

隧址為粵西北低山丘陵區，地形起伏大，最大高差約89m，區域內大氣降水豐富，山體植被覆蓋較好，多被開墾種植成片橘子樹。洞身主要穿越粉質黏土、全～強～弱風化的寒武系砂巖等。

3.2 工程地質特征

全～強風化砂巖結構面發育，有較多不規則裂隙，多張開，部分有填充物，開挖后自穩能力差；D1K307+510～D1K307+587段為隧道出口，偏壓嚴重，對洞口結構物穩定性影響較大；埋深淺，表層殘積土及全風化砂巖層土體松散，土層呈砂土狀，開挖極易塌陷，評估初始風險等級為高度風險。

3.3 水文地質特征

地下水主要是寒武系基巖裂隙水，水量微弱，施工過程中未發現較集中地下水。

隧道涌水量可用經驗公式：Qs=2.74·α·W·A面積（km2），取值0.026km2，經估算Qs=15m3/d；最大涌水量Q0=22.5m3/d。地下水不是很大，不會對施工產生大的影響。實際施工中揭示涌水量與理論計算基本吻合。

4 主要施工技術

4.1 主要施工方法概述

隧道出口偏壓嚴重，地形較高的一側布置預加固樁，并進行地面錨桿加固，設置8根截面為2.5×2.5m的預加固樁，樁間凈距為4.0m，與隧道外側凈距5m，長度均為28m。D1K307+522～D1K307+542段設置地面錨桿，控制范圍為隧道中線兩側各10m，錨桿采取間距1.5×1.5m的梅花形布置，地勢較低的一側設置擴大基礎及偏壓耳墻。斷面布置形式參見圖1。

D1K307+567～D1K307+587段為明洞，采用明挖法施工。

D1K307+549～D1K307+567段為洞口段為高風險集中段，為施工關鍵控制點，施工采取半明半暗的特殊施工工藝，首先施作耳墻；然后打設φ89超前管棚注漿加強支護；從地勢較低側向較高側依次施作套拱；在套拱的保護下，采用弧形開挖，留核心土，隨挖隨支；在澆筑初支和二襯混凝土后進行仰拱填充；最后回填土石至設計厚度并施作漿砌片石。

4.2 施工流程

隧道出口總體施工順序為：首先施工D1K307+541.5～D1K307+587里程段預加固樁，再施工地面錨桿；待預加固樁和地面錨桿施工完成后，方進行施工洞口開挖和明洞施工，以充分利用預加固樁和地面錨桿聯合作用消除山體偏壓的影響，從而保證洞內施工安全。明洞段施工時，先施工D1K307+549～D1K307+567明洞暗挖段，且由大里程向小里程施工，然后施工D1K307+567～D1K307+587明洞段。

4.2.1 預加固樁的施工

預加固樁共設置8根，其中一根與端墻位置重合，樁型為矩形2.5m×2.5m，間距為4.0m，長度均為28m，與隧道外側凈距5.0m。采用人工挖孔，綁扎鋼筋，澆筑混凝土的施工方法，施工采用跳樁法施工。

4.2.2 地面錨桿的施工

D1K307+522～D1K307+542里程范圍內設置地面錨桿，錨桿長度控制在與隧道外壁1.0m，隧道中線兩側各10m，梅花形布置，間距為1.5×1.5m。地面錨桿設置里程代表橫斷面圖如圖2所示。

4.2.3 洞口開挖施工

①調查洞口自然排水體系，結合現場地形地勢布局洞口的截排水系統的施工，并做好洞口邊仰坡防護施工，然后才安排洞口開挖。②按照設計坡率開挖邊仰坡，采用自上而下逐段以及分層開挖，每層厚度約2～3m，并預留20～30cm用人工刷坡。[1]③自邊仰坡頂部向下，分層開挖，分級防護，每開挖一級緊跟防護一級，以盡可能縮短裸露邊坡暴露時間。

4.2.4 明洞暗挖法施工

D1K307+549～D1K307+567段采用半明半暗的工法施工，特殊明洞式襯砌，背離山體一側設偏壓耳墻，由于隧道出口段存在偏壓情況，且距離較長，采用半明半暗的施工工藝，D1K307+549定為全部暗挖分界里程，具體方案如下：

①開挖外邊墻部分①，自上而下放坡開挖，分段開挖、分段澆筑耳墻，起止里程D1K307+549～D1K307+567，由大里程向小里程施工，臨時邊坡防護采用錨網噴支護型式。

② 待外邊墻施工完畢后，根據現場地面線情況施作套拱，采用φ89管棚超前支護，每3延米施作一環，每根鋼管長度按照3～6m控制，環向每40cm一根，管棚外傾角不大于12°，具體數值根據現場實際適當作靈活改變，開挖采用弧形周邊開挖，中間預留核心土，隨挖隨支，具體工序安排如下：第一， 架立靠近耳墻的A單元格柵鋼架。第二， 將前一循環施工好的格柵拱架作為導向墻，施作超前支護，人工配合機械（或弱爆破）開挖②部，初噴3～5cm厚混凝土封閉，施作②部周邊的邊坡支護，架立中間的A單元格柵鋼架，鉆設系統錨桿后二次噴射混凝土至圖紙要求厚度，每循環進尺一次，掌子面緊跟噴射5cm厚混凝土封閉。第三， 在滯后于②部一段距離后，同樣工法開挖③部，初噴混凝土封閉，施作③部周邊的邊坡支護，架立遠離耳墻處的A單元格柵鋼架，施作鎖腳鋼管、系統錨桿后二次噴射混凝土，每循環進尺一次，每循環噴射混凝土封閉掌子面一次。第四， 在滯后于③部一段距離后，同樣工法開挖④部，初噴混凝土封閉，施作④部周邊的邊坡支護，架立B單元格柵鋼架，施工鎖腳鋼管、系統錨桿，復噴混凝土，噴射混凝土封閉掌子面。第五， 在滯后于④部一段距離后，同樣工法開挖⑤部，初噴混凝土封閉，施作⑤部周邊的邊坡支護，架立C單元格柵鋼架，施工鎖腳鋼管、系統錨桿，復噴混凝土，噴射混凝土封閉掌子面。第六， 按兩臺階分步開挖⑥和⑦部。第七，在滯后于⑦部一段距離后，開挖⑧部，分別灌筑仰拱及仰拱填充。第八， 認真分析現場監控量測數據，判定初期支護已收斂后，整體澆筑拱墻二次襯砌。③按照圖紙要求分層夯實回填洞頂，施做永久防護漿砌片石。施工方法見圖3“隧道出口施工方法圖”，施工工藝流程圖見圖4所示。

4.2.5 明洞施工

隧道出口D1K307+567～D1K307+587段采用單壓耳墻式明洞，采用明挖法施工，明洞襯砌在偏壓墻基礎混凝土施工完成后，采用偏壓加強襯砌，背離山體一側設偏壓耳墻，拱墻及仰拱均設置雙層鋼筋，混凝土為C25泵送混凝土，采用行走式全液壓襯砌臺車襯砌。[2]

5 施工注意事項

5.1 邊仰坡及明洞施工

①臨時邊仰坡應嚴格按設計要求進行支護，做好臨時邊仰坡的防護和防排水系統；根據工作面施工作業空間條件，盡可能早施做拱部超前管棚，以提高對后續斷面的支護作用。② 出口明洞段在預加固樁施工完畢后方可施作；出口明洞段施工時，先施工D1K307+549～D1K307+567段，且由大里程向小里程施工。③明洞施工時采用分段分層拉槽開挖，隨挖隨支，確保邊坡的穩定；明洞施工要開挖一環，襯砌一環。④待邊坡或初期支護變形收斂后，立即施做仰拱和二次襯砌，防止大斷面偏壓隧道邊墻發生向內位移。⑤明洞頂部回填土石，須待襯砌達到設計強度的70%并及時施作防水層后方可進行。

5.2 加強監控量測工作

本隧道施工過程中強調重視監控量測工作，洞口段施工中布置的必測項目包含坡面穩定檢測、地表沉降觀測、拱頂下沉和洞內初支收斂變形等。嚴格按要求布點和按照規定的頻率實施觀測。通過分析觀測數據成果及時掌握刷坡面及圍巖的動態，對支護的穩定狀態進行預測，并據此調整相關支護參數，保證隧道施工安全和結構的長期穩定。

6 結語

淺埋偏壓隧道洞口段的施工，處理好偏壓問題最為核心和關鍵，施工準備階段，要根據圖紙與設計要求，結合現場的自然、水文和地質條件，做好風險評估工作，制定有針對性的風險處理措施，消除風險或降低風險等級，創造相對安全的施工環境。

根據現場變形檢測結果分析，實際隧道周邊變形在可控范圍內，說明我們所采取的施工方法措施是比較成功的。

【參考文獻】

【1】鄧彬.探討隧道淺埋偏壓洞口段施工技術[J].山西建材，2014（03）：163-165.

【2】楊帆.隧道淺埋偏壓段地表回填注漿及開挖支護施工技術[J].鐵道標準設計，2007（05）：79-82.