厚強風化復雜地層鐵路隧道洞口施工技術

羅一鑫

（中鐵十二局集團第二工程有限公司,山西太原 030000）

鐵路隧道的洞口段施工既是整個工程的首要環節，同時也對后續的洞身施工產生了直接影響，施工單位必須要給予高度的重視。洞口段施工內容主要包括支護處理、洞口開挖、防排水及洞門襯砌等幾部分。現場施工人員一方面要按照流程順序，把握好每個環節的技術要點；另一方面，還要做好實時監測，包括洞口變形監測、地面沉降監測等。一旦發現有明顯變形或沉降，應當立即采取措施，保障現場人員安全和工程質量安全。

1 工程概況

某鐵路隧道全長10859m，起止里程為D3K279+820 ～DK290+666。經地質勘察，該工程區域地質條件復雜，其中IV、V級圍巖占比超過了85%。洞身穿過1 條高烈度地震及活動斷裂帶，面臨高溫熱水、突泥突水、危巖落石等不良地質。最大埋深達1215m，屬厚強風化地層。

2 鐵路隧道洞口施工技術

2.1 邊仰坡施工

邊仰坡開挖作業遵循“自上而下”的順序，結合現場施工環境，開挖前需要做好兩項準備工作：其一是布置截水天溝，起到攔截、排出雨水的作用，防止形成積水并向下滲透，保證邊仰坡的結構穩定。其二是做好邊仰坡的防護加固。在洞口明暗分界處，對稱布置4 條預加固樁。樁體澆筑完畢，并且達到設計強度的90%后，再繼續下一步的施工。在隧道洞口的拱部處，安裝一條總長度為35m、直徑為100mm 的超前管棚，沿著洞口上拱內部固定，同時配合使用鋼筋籠完成加固。洞口外部的碎石土邊坡，由于植被較少加上常年雨水沖刷、風化作用影響，坡體穩定性不理想。在此處通過布置錨桿框架梁的方式，構筑永久邊仰坡防護體系。在框架梁的格子內噴播草種，起到綠化、固結水土的效果。在本次工程中，于洞口上方支護了長70m，高4m 的被動防護網。

2.2 進洞施工

考慮到該隧道洞口穿越富水全風化花崗巖地層，為保證現場作業順利開展，選擇貫通平導超前降水。在降水完成后，再使用直徑為100mm 的鋼管，進行大管棚超前支護。管棚的環向間距設置為40cm，為提高支護效果還使用了鋼筋籠進行輔助加固。在大管棚施工流程中，管棚制作與漿液制備同時進行，在制作基本材料的過程中，利用鉆孔機在標記好的孔位點上，完成鉆孔并進行成孔檢查。經檢查鉆孔的直徑、深度、孔斜率等指標符合要求后，進行清水沖洗。然后在形成的鉆孔上安裝棚管，并設置止漿塞。之后將現場制作好的漿液注入到鉆孔間隙內，待漿液凝固后起到加固效果。經檢查合格后，完成管尾墊板和縱連構件的安裝。整個流程如圖1 所示。

圖1 大管棚施工流程

2.3 洞口開挖作業

在邊仰坡處理完畢和洞口管棚超前支護結束后，可以進行洞口開挖。作業前，安排專人對邊坡坡度進行復核，并做好邊坡修整。將坡面松散的土石等清理干凈，營造良好的洞口開挖作業環境。對于石質邊坡，開挖前要先在合適位置鉆出炮眼，采用爆破方式將大體積的堅硬巖石爆破，然后使用挖掘機、運輸車，將石塊運出。洞口邊坡要按照分層開挖順序，依次完成。每層開挖時，都要做好深度觀測，盡量防止出現超挖的情況。在本次工程中，機械開挖預留出20cm 左右，然后替換成人工開挖，解決了超挖問題。

2.4 明洞支護與防排水

開挖形成洞口后，就需要做好洞門支護。該工程中采用的是掛網噴錨支護的方式。為了節約工期，采用的是一邊開挖、一邊支護的模式。使用的是直徑為20mm 的砂漿錨桿，每根長度為4.8m。現場采用梅花形布置，砂漿錨桿的間距為2.0m。在錨桿全部插入后，安排人員對固定效果以及位置進行復核，確定不存在問題后開始掛網。使用的是直徑為6mm 的鋼筋編制形成的鋼筋網，網格為16×16cm。掛網之后，使用鋼絲綁扎的方式，將砂漿錨桿與鋼筋籠相接部位固定。做好洞口防水，在錨噴網防護內設置直徑為150mm，長度為12m 的傾斜排水孔，斜率為15°，孔口連接長度為10cm 的打孔波紋管，外包無紡布，起到過濾作用，防止排水管堵塞。

2.5 明洞襯砌施工

在明洞仰拱施工時，要注意預留一定的空間，滿足襯砌施工的需要。洞口襯砌時，將洞口表面處理干凈，然后現場布置拱圈鋼筋。所用鋼筋均為現場裁切，然后采用焊接方式加以固定。搭接焊縫的長度不低于5cm。鋼筋框架安裝完畢，在模板臺車的輔助下，將準備好的模板進行拼裝。除了做好模板加固外，還應注意檢查模板拼接部位以及拐角等處，是否有明顯裂縫。如果排除是模板本身質量問題，采取夾塞止水膠條的方式填補裂縫。最后澆筑拱部混凝土，泵送過程中同時做好振搗，在提高混凝土強度、保證襯砌效果的同時，還有助于解決蜂窩、麻面、裂縫等質量缺陷。

3 鐵路隧道洞口施工監測

3.1 監測項目

監測的目的是及時發現隧道洞口的微量變化，從而為加強工程管理和提高洞口施工效果提供幫助。在本次工程中，監測內容主要有3 項，即拱頂下沉監測、地表沉降監測和凈空變化監測，所用設備及監測要求如表1 所示。

表1 隧道洞口施工監測

在開展監測過程中，還要對照行業內制定的有關標準，對監測數值進行分級，從而為現場施工提供參考。例如，地表沉降監測中，根據實際下沉量（S）合格允許值（S0）之間的對比關系，施工要求也有明顯變化。具體關系如表2 所示。

表2 地表沉降量對施工的影響

3.2 測點布置

在明確監測要求和準備監測儀器的基礎上，還要根據監測設計方案，在隧道洞口處布置監測點。本次工程中采用的是雙側壁導坑法開挖作業，因此在布置監測點時，于每個測量斷面處設置2 個拱頂下沉測點，4 個水平凈空收斂測點，在地表沿著隧道中線，左右對稱分別設置4 個測點，測點之間間隔距離為2m。然后按照觀測頻次，每隔一定時間采集一次各個監測點的數據，并做好記錄。

3.3 結果分析

觀測時間從4 月9 日至7 月1 日。將這一周期內收集到的所有數據，按照時間與變量的對應關系繪制曲線。分別可以得到“洞口段拱頂沉降量隨時間的變化曲線圖”、“洞口段地表沉降量隨時間的變化曲線圖”、“洞口段凈空收斂值隨時間的變化曲線圖”。圖2 為本次工程中拱頂沉降在整個監測周期的變化情況，從該圖中可以發現，在前8 周（6 月4 日前），隨著時間推移，拱頂在不斷沉降。到第8 周的時候，沉降量變化不明顯，逐漸成為一條水平直線，說明沉降停止。

圖2 洞口段拱頂沉降量隨時間的變化曲線圖

結束語

在鐵路隧道的洞口施工時，如果遇到厚強風化這類復雜地質，施工前必須要做好全面、細致的地質勘測，并結合勘察資料做好施工設計。在洞口施工時，要提前做好邊仰坡支護，以及降水處理等措施。然后在開始洞口開挖、洞門襯砌。在施工期間，還要做好沉降、變形監測，防止意外發生。通過高標準完成洞口施工，為后續工程開展創設良好條件。