城際鐵路隧道淺埋段明洞回填暗挖的施工工藝

池建功 李曉龍

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100073）

1 工程概況

某城際鐵路隧道工程項(xiàng)目總長(zhǎng)度為3 815.08 m，隧道淺埋段位于整改隧道的中間部位，區(qū)域?qū)儆谏介g谷地類型，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)，隧道最淺部位的埋深為1.2 m。隧道穿過(guò)了弱風(fēng)化層，淺埋段洞頂部保留自然溝渠，洞身周?chē)鷰r石局部容易出現(xiàn)坍塌，地表出現(xiàn)形變的可能性較大。經(jīng)過(guò)多方面的考慮，決定使用明挖法進(jìn)行施工，明洞設(shè)計(jì)為路塹形式結(jié)構(gòu)，回填深度為4～6 m。

明洞的防護(hù)措施包括右側(cè)設(shè)置3根錨固樁，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為17 m，截面尺寸設(shè)計(jì)為2.5 m×2.5 m；仰坡與以及邊坡設(shè)計(jì)為框架式錨桿進(jìn)行防護(hù)，坡比為1.0∶1.5，錨桿長(zhǎng)度為8 m，錨桿之間的距離為3 m。二級(jí)邊坡使用拱形骨架結(jié)構(gòu)護(hù)坡，坡比為1.0～1.5。明洞小里程洞口處使用30 m的長(zhǎng)管做支護(hù)處理，大里程的洞口使用35 m的管子進(jìn)行支護(hù)。

2 施工方案

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)，合理安排施工進(jìn)度，淺埋段使用明挖法具備3點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

（1）有效地降低對(duì)附近環(huán)境的影響，降低周?chē)脖坏钠茐穆?，?duì)原地形的破壞程度減小，對(duì)周?chē)襟w擾動(dòng)減小，可以維護(hù)山體的穩(wěn)定性。

（2）在明洞作業(yè)面尚未施工前，預(yù)先按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，使用小型機(jī)械設(shè)備對(duì)洞頂部位進(jìn)行換填、截水溝施工，盡量不使用大型機(jī)械設(shè)備，因?yàn)榇笮蜋C(jī)械設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)需要改建路面。

（3）利用洞身部位的大管棚支護(hù)措施，對(duì)洞身結(jié)構(gòu)的巖石進(jìn)行加固處理，確保加固作業(yè)過(guò)程的安全性，盡可能不擾動(dòng)巖體。

明洞暗挖法比明挖法更具優(yōu)勢(shì)，可以有效降低對(duì)山體的擾動(dòng)，巧妙縮短施工工期，降低施工成本。但暗挖法也存在缺陷，包括巖體形變控制難度比較大，容易產(chǎn)生地面沉降、巖體拱頂下降等問(wèn)題；施工過(guò)程中存在一定安全隱患，可能爆發(fā)坍塌事故，因?yàn)榈刭|(zhì)存在一定的波動(dòng)性所促成。隨著我國(guó)工程施工的技術(shù)不斷完善，諸多安全隱患都可以被妥善處理。

3 明洞暗挖施工工藝

3.1 施工程序

施工流程具體為：排除明洞內(nèi)的積水→對(duì)地表進(jìn)行清理→砌筑擋土墻→土方回填→設(shè)置注漿管道、注漿→砌筑邊溝→安裝小導(dǎo)管→開(kāi)挖隧道的主體部分→支護(hù)施工→測(cè)量→仰拱作業(yè)→砌筑隧道。

3.2 淺埋段回填施工

該項(xiàng)目隧道斷面面積相對(duì)較大，隧道高度為10 m，隧道寬度為13 m。為了保證隧道施工過(guò)程的安全性，應(yīng)該在隧道與排水溝交接部位進(jìn)行加固。地面測(cè)量定位作業(yè)結(jié)束后，將地面積水全部排出。對(duì)山體表面的植被、腐殖物進(jìn)行清理，清理干凈后，在山體表面進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，將山體表面開(kāi)挖成臺(tái)階狀，每一級(jí)臺(tái)階的高度控制在30 cm內(nèi)，臺(tái)階的寬度控制為約2 m，確保注漿與回填碎石之間可以實(shí)現(xiàn)融合，增強(qiáng)山體穩(wěn)定性。

在穩(wěn)定性較好的碎石土種中摻加9%的水泥，進(jìn)行分層回填、夯實(shí)作業(yè)。底部使用8 mm鋼筋網(wǎng)進(jìn)行拉結(jié)，鋼筋網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度符合規(guī)范要求，使用焊接方式進(jìn)行加固[1-2]。在用打夯機(jī)對(duì)回填的碎石料進(jìn)行夯實(shí)時(shí)，碎石料的壓實(shí)度必須達(dá)到97%，拱部碎石的回填厚度應(yīng)該超過(guò)4 m，碎石回填完成后，應(yīng)使用尺寸為20 cm×20 cm的鋼筋網(wǎng)作覆蓋處理，在鋼筋網(wǎng)表面噴射C25混凝土，混凝土的厚度最低為20 cm。

3.3 注漿

（1）加工注漿管。

注漿管使用熱軋無(wú)縫鋼管，在管身鉆8 mm直徑的孔眼，孔眼間距設(shè)置為300 mm，孔眼的布置為梅花形，便于后期注漿。利用15 cm長(zhǎng)的絲扣將鋼管進(jìn)行對(duì)接，確保鋼管對(duì)接符合規(guī)范要求。鋼管的尾部焊接2 cm厚鋼板作為止?jié){板，保證注漿過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

注漿管構(gòu)造如圖1所示。

圖1 注漿管構(gòu)造

（2）漿鋼管鉆孔處理。

①結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求，注漿孔間距應(yīng)該控制為約2 m，提前做好測(cè)量放線準(zhǔn)備工作，標(biāo)記鋼管位置。

②提前標(biāo)記鉆機(jī)的位置，做好鉆機(jī)的位置調(diào)整工作。

③鉆頭進(jìn)入巖土層后，在鋼管上做好標(biāo)記。

④注漿鋼管應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，制作完成后將注漿鋼管放置在洞孔內(nèi)，利用管箍進(jìn)行加固，管箍的長(zhǎng)度為15 cm。

⑤鋼管鉆入作業(yè)完成后，對(duì)其他孔眼進(jìn)行作業(yè)，最后使用水泥漿封堵空洞。

（3）鋼管注漿施工。

鋼管安裝完成后，將漿液注入鋼管內(nèi)，可以借助漿液的滲漏力加固碎石與巖石之間的縫隙。提升鋼管強(qiáng)度。

①結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，合理確定注漿的配合比。實(shí)際施工過(guò)程中，水玻璃與水泥漿比例應(yīng)控制為0.5∶1.0，漿液的水灰比應(yīng)控制為1∶1。

②合理控制注漿過(guò)程中的壓力。鋼管注漿效果會(huì)在很大限度上受注漿管道壓力影響，注漿作業(yè)結(jié)束后，注漿壓力會(huì)持續(xù)上漲，緩慢接近設(shè)計(jì)壓力。

③鋼管安裝完成后，鋼管與巖壁之間應(yīng)使用木塊進(jìn)行加固，使用錨固劑對(duì)二者間形成的縫隙進(jìn)行封堵。在注漿的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照先快后慢的速度進(jìn)行注漿。利用接管器連接止?jié){板與注漿泵，接管器應(yīng)使用鍍鋅管與閘閥進(jìn)行制作，使用絲扣對(duì)鍍鋅管的兩側(cè)進(jìn)行處理[3-4]。

3.4 隧洞內(nèi)挖掘與支護(hù)

開(kāi)挖核心土?xí)r，應(yīng)使用臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖，因?yàn)閹r體的承載能力較差，且山體長(zhǎng)期受雨水沖刷，使用這種開(kāi)挖方法可以強(qiáng)化巖體的穩(wěn)定性，避免大面積塌方現(xiàn)象出現(xiàn)。單次開(kāi)挖的距離應(yīng)控制為50 cm，邊緣部位應(yīng)使用人工開(kāi)挖，必須控制超挖部分的情況，嚴(yán)禁出現(xiàn)安全事故。

臺(tái)階法開(kāi)挖如圖2所示。

圖2 臺(tái)階法開(kāi)挖

開(kāi)挖隧道部分的土方時(shí)，應(yīng)使用小導(dǎo)管進(jìn)行開(kāi)挖，隧道內(nèi)部的初期支護(hù)使用錨噴掛網(wǎng)與鋼結(jié)構(gòu)支撐。設(shè)置小導(dǎo)管支護(hù)可以形成前期支護(hù)結(jié)構(gòu)，保證隧道頂部回填部位不會(huì)出現(xiàn)塌方事故。使用鋼管作為小導(dǎo)管，利用風(fēng)槍將小導(dǎo)管放置在孔洞中，小導(dǎo)管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為5 m，拱部間距設(shè)計(jì)為30 cm。

3.5 測(cè)量監(jiān)管

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)布置三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)之間的間距控制為5 m。隧道內(nèi)部開(kāi)挖至即將到達(dá)加固段時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道四周的收斂狀況、拱頂部位的沉降狀況進(jìn)行觀測(cè)，作出合理的分析，透徹了解支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體的動(dòng)態(tài)變化，獲取指導(dǎo)隧道施工的依據(jù)信息，確保隧道施工的安全性與可靠性。

3.6 砌筑隧洞身混凝土

該項(xiàng)目的支護(hù)方式是小管棚支護(hù)加錨桿支護(hù)的方式，選擇這種支護(hù)方式主要因?yàn)閹r層情況不理想，且淺埋的深度比較淺，隧道部分開(kāi)挖作業(yè)結(jié)束后的支護(hù)過(guò)程中，應(yīng)使用多元化的材料組合支護(hù)策略，未出現(xiàn)塌方現(xiàn)象則對(duì)各項(xiàng)事宜進(jìn)行全面檢查，確保地表沉降、隧道四周位移滿足設(shè)計(jì)要求。

（1）錨桿超前支護(hù)。

這種支護(hù)方式應(yīng)與小管棚支護(hù)方式進(jìn)行結(jié)合，加強(qiáng)支護(hù)體系的穩(wěn)定性，錨桿使用φ22 mm的砂漿錨桿，錨桿之間的距離設(shè)計(jì)為0.5 m，錨桿的長(zhǎng)度不超過(guò)4 m。

（2）小管棚超前支護(hù)。

開(kāi)挖隧道前，在拱部輪廓線邊緣10 cm的部位將小管棚打入，孔徑控制為60 cm，長(zhǎng)度控制為6 m，間距控制為1 m。應(yīng)該將水玻璃注入漿液內(nèi)，提升巖體的穩(wěn)定性[5-7]。

（3）鋼格柵支撐。

按照合理的支護(hù)裝置，隧道內(nèi)部開(kāi)挖0.5 m，應(yīng)設(shè)置鋼制格柵，格柵之間使用φ22 mm鋼筋進(jìn)行連接加固，格柵的間距應(yīng)該控制為1 m。

（4）網(wǎng)、錨、噴聯(lián)合支護(hù)。

環(huán)向錨桿應(yīng)使用φ22 mm沙漿錨桿，錨桿間距應(yīng)該設(shè)置為0.5 m。鋼格柵的縱向間距應(yīng)設(shè)置為0.5 m，為梅花形。在表面噴射C20混凝土，混凝土的厚度為25 cm，分為兩層，第一層混凝土的噴射厚度為5 cm，第二層混凝土的厚度為20 cm。砌筑混凝土前，應(yīng)先對(duì)仰拱進(jìn)行施工，使用C25混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑厚為度60 cm。砌筑完成后，對(duì)隧道邊墻進(jìn)行施工，保證邊墻與仰拱形成環(huán)形閉環(huán)。對(duì)作業(yè)臺(tái)車(chē)的模板尺寸、軸線位置、標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核無(wú)誤后使用泵車(chē)澆筑混凝土，確保兩側(cè)的邊墻標(biāo)高對(duì)稱。

4 結(jié)語(yǔ)

在城際鐵路隧道施工過(guò)程中常遇到諸多影響因素，需要使用明洞暗挖施工技術(shù)。為了有效地保證施工質(zhì)量，應(yīng)該對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，確保隧道工程的施工質(zhì)量。