閆明超，曾 鵬，何知思，楊新安

(1．中國中鐵五局四公司，廣東 韶關 512031;2．同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

超大斷面隧道變截面段施工技術研究

閆明超1，曾 鵬1，何知思2，楊新安2

(1．中國中鐵五局四公司，廣東 韶關 512031;2．同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

壁板坡特長隧道是滬昆客專全線控制性工程之一，該隧道采用合分修設計，合修過渡到分修由四個依次擴大的斷面構成，均為超大斷面。合分修過渡段施工面臨跨度大、斷面高、變截面等難點，隧道開挖、襯砌作業(yè)等與普通隧道有差別。本文根據壁板坡隧道合分修段施工實踐，介紹了超大斷面變截面施工過程中的總體施工方案、開挖方法、初期支護以及變截面二次襯砌施工等，總結了超大斷面隧道變截面施工的技術要點。

隧道施工 超大斷面 合分修過渡段 變截面 支護

隧道合分修的設計主要見于公路隧道和城市地鐵隧道，在高速鐵路隧道修建中還十分少見。隧道由合修的單洞過渡到分修的雙洞需要設置一定長度的過渡段，過渡段一般采用漸變方式，其斷面尺寸遠大于普通鐵路隧道，結構復雜;且當隧道穿過巖層條件較差的地段時，導致其施工難度及安全風險顯著增加［1-6］。本文根據壁板坡隧道工程實踐，探討高速隧道超大斷面變截面段(即合分修段)的施工技術與方法。

1 工程概況

壁板坡隧道是滬昆鐵路最長的隧道，全長14 756 m，最大埋深735 m，隧道進口段DK977+657—DK979+020為單洞雙線，其余部分設計為雙洞單線。在DK978+580—DK979+020合分修過渡段由D，C，B，A四個依次擴大的斷面構成，如圖1所示。正洞DK978+580—DK979+020段裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，局部含軟弱泥巖夾層。巖溶微弱發(fā)育，其中DK978+855—DK978+865段存在溶洞或溶蝕裂隙。

2 施工難點分析

超大斷面隧道變截面施工的關鍵是如何保障施工安全及變截面施工時二襯如何施作，即要解決模板臺車隨截面變化的問題。根據超前地質預報資料，合分修過渡段局部圍巖為含多條軟弱泥巖夾層的復合巖體，并伴有溶洞或溶蝕裂隙，若施工控制不當，易發(fā)生塌方等隧道失穩(wěn)災害。另外，超大斷面變截面施工難度大、工藝復雜，需要根據 D，C，B，A四種設計斷面，進行襯砌臺車的設計、拼裝及不同斷面的轉換，這是施工的另一難點。

圖1 壁板坡隧道進口合分修過渡段平面示意(單位:cm)

3 總體施工方案

隧道掘進采用挖掘機配合鉆爆法施工，以減少對圍巖的擾動;運輸方式為無軌方式;壓入式通風;二次襯砌采用9 m長全斷面液壓變截面襯砌模板臺車進行施作。

壁板坡隧道合分修過渡段全長440 m。施工時，自平導先由橫通道進入D斷面，在DK978+580往大里程方向掘進，然后往小里程方向掘進;再對大里程合分修段D，C，B和A斷面進行開挖。

變截面襯砌模板臺車在小里程段拼裝完成后，進行二襯施工，待小里程段二襯施工完畢后，按設計斷面改變變截面襯砌模板臺車的尺寸，進行大里程 C斷面、B斷面和A斷面的二襯施作。

施工中，結合超前地質預報及監(jiān)控量測，建立以地質工作為先導、以量測為依據的信息化施工體系。根據預報結果制定可靠的技術措施，發(fā)現圍巖級別與地下水狀態(tài)與設計不符時，及時提出設計變更，確保施工安全。

4 具體施工方法

4.1 開挖及爆破方法

根據合分修過渡段4種不同斷面的特點和圍巖地質特征制定相應的開挖方法，合分修過渡段各個分段的開挖方法和尺寸見表1。

表1 不同斷面開挖方法和尺寸

為減小對圍巖的擾動，采用挖掘機與控制爆破相結合的施工方法。超大斷面爆破裝藥結構與普通斷面有所不同。超大斷面周邊眼采用空氣間隔裝藥結構，并采用φ25乳化炸藥(見圖2)，其余炮眼均采用眼底連續(xù)反向裝藥結構［7-8］。

4.2 初期支護施工

初期支護采用錨噴網和鋼支架聯合支護，初期支護強度高，能迅速控制圍巖變形，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力。初期支護緊跟開挖面，盡量減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變形，防止圍巖松馳剝落。

系統(tǒng)錨桿采用中空錨桿，邊墻及臨時支護錨固采用全螺紋砂漿錨桿，超前支護采用φ42小導管。A斷面圍巖條件較差，斷面尺寸最大。在隧道每個斷面拱腰處對稱布置長21 m的500 kN預應力錨索，共6根。詳細的初期支護設計與參數見表2［9-10］。

圖2 空氣間隔裝藥結構示意

表2 隧道合分修過渡段襯砌支護參數

4.3 變截面二次襯砌施工

施工中采用的連續(xù)變截面模板臺車在洞內拼裝［11］，它主要由模板、門架、行走裝置、支撐機構和液壓系統(tǒng)等組成。當需要改變斷面形式時，首先用支架將邊模固定，然后將頂模拆下，松開門架定位銷，利用門架移動油缸向外伸長適當的尺寸;當門架移動到位后，緊固好門架定位銷，并在每榀門架中間加裝1根中立柱和2根輔助斜撐，在中立柱下方安裝3個液壓油缸，以調整門架中橫梁水平，并配合螺旋絲桿起到支撐作用;固定好門架后，裝上相應斷面的頂模即可投入使用。變截面模板臺車結構示意如圖3。

圖3 變截面模板臺車結構示意

5 監(jiān)控量測

由于合分修過渡段施工斷面大，對圍巖的應力重分布影響較大，必須加強監(jiān)控量測工作，及時掌握圍巖的穩(wěn)定情況，通過分析找出主要因素，及時調整施工措施，保證施工安全。本段施工除監(jiān)測必測項目拱頂下沉和凈空收斂外，還對典型斷面實施了選測項目的監(jiān)測，以掌握支護結構與圍巖的受力和變形，評價其穩(wěn)定狀態(tài)。選測項目有:

1)采用鋼筋計監(jiān)測錨桿受力狀態(tài)與軸力大小，以確定圍巖松動圈范圍，并判斷錨桿的有效長度及圍巖變形發(fā)展趨勢。

2)監(jiān)測圍巖壓力及其與支護結構間的接觸壓力，掌握支護結構的受力與變形狀態(tài)。

3)采用表面應變計監(jiān)測鋼拱架應變，掌握鋼架受力狀態(tài)。

4)采用混凝土應變計監(jiān)測襯砌混凝土應變，再轉化為二次襯砌內力，了解襯砌結構的應力分布特征及初支與二襯的分擔比，評價襯砌結構的安全與設計合理與否。

監(jiān)測結果表明，由于強化了初期支護，并在超大斷面拱頂進行了超長錨索加固，壁板坡隧道合分修段的圍巖與支護結構內力、隧道變形均控制在容許范圍內。

6 結論

超大斷面變截面鐵路隧道在國內十分少見。本文總結了壁板坡隧道合分修段的施工技術與經驗，得出以下幾點結論:

1)超大斷面隧道應根據不同區(qū)段的圍巖條件，選擇合理的開挖方法與支護方案。

2)壁板坡隧道合分修采用4種斷面形式過渡，施工中采用的變截面模板臺車能很好地滿足連續(xù)變截面施工轉換的需要，避免制作多臺模板臺車所造成的工期延誤與成本支出。

3)為保證超大斷面隧道穩(wěn)定與支護結構的長期安全，在圍巖含軟弱泥巖夾層的A段采用預應力錨索配合其它初期支護，保障了超大斷面隧道的施工安全。

［1］凌樹云．青島海底隧道超淺埋變截面特大斷面施工技術［J］．鐵道建筑技術，2011(9):80-84．

［2］李可寧．大斷面黃土隧道施工控制［J］．鐵道建筑，2011(8):53-55．

［3］孫立福．多斷面并存的城市地鐵施工方法［J］．西部探礦工程，2000(3):74-76．

［4］姜長清．高速鐵路大斷面隧道淺埋段多臺階開挖法施工技術優(yōu)化研究［J］．鐵道建筑，2014(6):92-94．

［5］李紅巖．變截面與軟流塑地層地鐵渡線隧道施工技術研究［D］．長沙:中南大學，2007．

［6］張文彥．城市地鐵渡線區(qū)變截面群洞隧道施工技術的優(yōu)化研究［D］．合肥:合肥工業(yè)大學，2009．

［7］中華人民共和國鐵道部．鐵建設［2010］241號 高速鐵路隧道工程施工技術指南［S］．北京:中國鐵道出版社，2011．

［8］中華人民共和國鐵道部．TB 10304—2009 鐵路隧道工程施工安全技術規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［9］趙志強．大采高超大斷面切眼長錨桿錨索組合支護技術［J］．中國煤炭，2013(11):67-71．

［10］張慧玲．高速鐵路超大斷面隧道支護參數及施工方法研究［J］．鐵道建筑技術，2009(8):10-13，46．

［11］戴保民．旗號嶺隧道大跨度變截面襯砌臺車設計、制造與應用［J］．鐵道標準設計，2003(增 1):88-90．

U455

B

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．13

1003-1995(2015)07-0043-03

2015-01-20;

2015-04-25

閆明超(1981— )，男，陜西西安人，工程師。

(責任審編 葛全紅)