羅德，趙冠華

（中交第二航務工程局有限公司，武漢430012）

淺埋偏壓雙線鐵路隧道出洞施工技術探討

羅德，趙冠華

（中交第二航務工程局有限公司，武漢430012）

結合成貴鐵路廖家坡隧道工程實例，對隧道出洞施工進行探討并總結提出隧道出洞的設計方法和施工技術，為以后類似工程施工提供借鑒。

偏壓結構；陡峭地形；出洞技術

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.044

1 引言

隧道施工中坍塌風險是主要安全風險之一，而坍塌風險主要發(fā)生在洞口段、淺埋段及不良地質地段?，F階段高速鐵路隧道洞口一般采用大管棚作為超前支護方式進洞，安全風險相對較低[1]。但在實際施工中，一些洞口地形陡峭，且處在淺埋偏壓軟弱圍巖地段，不具備進洞施工條件，超前大管棚施工較為困難，適宜從一端直接單向出洞，出洞時由洞內向洞外施作超前大管棚，并輔以超前小導管支護，以確保施工安全。

2 工程概況

成貴鐵路四標段廖家坡隧道全長223m，起訖里程D1K106+417～D1K106+640，均為Ⅴ級圍巖，雙線隧道，全隧位于直線上。隧道區(qū)為川南紅層重丘地貌，進口地段地形較緩，出口地形較陡。地面海拔360～420m，最大高差達60m，地形起伏較大，最大埋深41m，最小埋深2m，大部分處在淺埋地段，洞身巖層傾斜，圍巖為軟質巖且節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性極差。隧道出口段D1K106+620～D1K106+640線路左側地表巖石裸露，上部泥質砂巖形成孤石局部倒懸，形成危石，埋深約30m，線路右側為表土及全風化層，埋深小于3m，形成偏壓結構，施工坍塌風險較大。

隧道進口采用φ89mm大管棚超前支護，出口采用φ108mm大管棚超前支護。設計采用復合式襯砌，初期支護采用噴錨支護、濕噴工藝，施工工法采用兩臺階法。

3 施工方案制定

隧道從進口單向掘進，主要施工步驟：洞頂截水天溝施工→進口邊仰坡開挖及防護→進口導向墻施工→進口超前大管棚施工（洞身超前小導管施工）→上臺階開挖及初期支護→下臺階開挖及初期支護 (左右錯開)→仰拱開挖及初期支護→仰拱及填充層施工→拱墻防水層施工→二襯混凝土施工→拱頂回填注漿→水溝電纜槽施工[2]。

出洞前施作隧道出口邊仰坡開挖及防護→洞外導向墻施工→大管棚施工，然后從進口向出口出洞。但實際施工中，出口段地形地質條件極差，需改為由洞內向洞外施工超前大管棚。出洞總體施工方案：（1）D1K106+614～D1K106+620段上臺階擴大拱部斷面開挖及支護；（2）D1K106+620～D1K106+640段大管棚施工、上臺階右側拱部采用小導管輔助進行超前支護；（3）D1K106+620～D1K106+640段上臺階開挖及支護、上臺階安裝臨時仰拱控制支護變形；（4）D1K106+630～D1K106+640段小導洞出洞;（5）D1K106+630～D1K106+640段擴挖出洞;（6）后續(xù)工序施工。

4 施工技術措施

4.1 地表處理

隧道出口段線路左側地表巖石裸露，上部泥質砂巖形成孤石局部倒懸，形成危石。為確保施工安全，提前對出口邊坡陡峭巖壁上的危石進行清理，以免隧道爆破時巖石松動掉落，并用主動防護網進行防護[3]。對出口段線路右側埋深較淺地段地表采用錨網噴進行加固處理。洞頂截水溝提前施作，避免地表水浸入洞身，影響施工安全。

4.2 監(jiān)控量測及超前地質預報

4.2.1 監(jiān)控量測

隧道監(jiān)控量測采用信息化進行管理，建立實時預警機制，分級管理。通過對圍巖進行監(jiān)控量測，及時掌握圍巖穩(wěn)定性，支護可靠性，指導日常施工管理，確保施工安全[4]。根據該隧道地質特點，施工中主要開展洞內外觀察、拱頂下沉、周邊位移收斂以及地表下沉4個必測項目。

1）根據對圍巖實測位移值的分析，實測位移值U小于U0/3（U為實測位移值，U0為最大允許位移值），隧道圍巖較為穩(wěn)定，按Ⅲ級進行管理，正常施工。

2）根據對圍巖變形速度的分析，隧道凈空變形速度在0.5mm/d左右，圍巖處于緩慢增長狀態(tài)，施工過程中應適當加強支護措施。

3）根據對位移時態(tài)曲線判別，曲線趨于平緩，圍巖和支護較為穩(wěn)定。

根據對量測數據的分析及以往類似工程經驗，施工上臺階時采用增設臨時仰拱措施加強支護，確保施工安全。

4.2.2 超前地質預報

建立超前地質預報系統(tǒng)是進行隧道安全施工的重要前提，成立專門地質超前預報小組，進行超前地質預報，超前預知和處理不良地質，是實現隧道安全施工和快速掘進的必要條件，根據該隧道地質特點，采用地質調查法和超前鉆探法探測。超前鉆探法是每次開挖前，在掌子面施作加深炮孔方法對前方地質進行探測，加深炮孔上臺階布置3個，下臺階布置2個，炮孔深5m，直徑60cm，鉆孔方向向隧道軸線外傾5°。

4.3 超前支護措施

4.3.1 超前大管棚支護措施

洞內施作超前大管棚。當隧道施工至D1K106+614時，加大拱部開挖斷面，加大斷面里程D1K106+614～D1K106+620段，共6m，拱部加大50cm，作為超前管棚工作室。在D1K106+ 620斷面開始施作超前大管棚，首先利用初支架立2榀I20b型鋼拱架，間距50cm，用鋼筋焊接成整體。在鋼支撐上安裝φ146mm導向鋼管、鋼管長100cm，上傾角與管棚方向一致，然后立模澆注C25混凝土包裹鋼支撐和導向管，形成導向墻，墻厚60cm，待混凝土強度達到70%設計強時施作大管棚。

鋼管外徑108mm，壁厚6mm，采用熱軋無縫鋼花管，環(huán)向間距40cm，外插角1°～3°，注漿材料采用水泥或水泥砂漿。

大管棚施工質量控制，嚴格控制鋼管節(jié)段的連接質量、管棚外插角、注漿效果。

4.3.2 超前小導管支護措施

隧道出口D1K106+620～D1K106+640段兩側埋深相差較大，地面高差約25m，處于偏壓結構狀態(tài)，且右側拱部圍巖較軟弱，自穩(wěn)能力差，開挖后局部出現掉塊現象，為保證人員設備安全，在右拱部范圍采用φ42mm小導管進行超前支護。超前小導管配合型鋼拱架使用，鋼管采用熱軋無縫鋼管，每環(huán)縱向搭接長度不小于1m，外徑42mm，壁厚3.5mm，環(huán)向間距30cm，外插角5°～12°，注漿材料采用水泥砂漿。

4.4 洞身開挖及支護措施

4.4.1 洞身開挖

隧道施工嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、勤量測、早封閉”的原則。按照設計要求采用臺階法，分2個臺階開挖，上臺階開挖進尺0.5m，下臺階開挖進尺1m，左右臺階相互錯開，嚴禁兩側同時對稱對挖。仰拱開挖進尺3m，及時封閉成環(huán)。臺階法施工工藝流程如圖1所示。

采用光面爆破技術，嚴格控制炮眼間距及裝藥量，減小超欠挖，確保開挖效果。

4.4.2 洞身支護措施

采用拱墻系統(tǒng)錨桿、全環(huán)型鋼拱架、拱部鋼筋網片、全環(huán)噴混凝土進行聯合支護。

開挖后及時對圍巖初噴混凝土（厚4cm），盡快封閉圍巖，形成封閉的受力圈，防止圍巖松動，然后施作組合中空(砂漿)注漿錨桿，同時設置鋼筋網并與錨桿外露頭綁扎牢固，最后準確架立型鋼鋼架，復噴混凝土至設計厚度。

1）系統(tǒng)錨桿

拱部144°采用組合中空錨桿，錨桿長4m，縱環(huán)向間距1.0 m×1.2m，梅花型布置；邊墻采用砂漿錨桿長3.5m，縱環(huán)向間距1.0m×1.2m。

圖1 臺階法施工工藝流程圖

組合中空錨桿施工工藝：確定孔位→鉆孔→清孔→安插中空錨桿→孔口封堵→配置注漿材料注漿→達到設計要求→施加緊固力→進入下一個孔循環(huán)。

砂漿錨桿施工工藝：鉆孔→清孔→注漿→插入桿體→安裝錨桿墊板。

錨桿施工應在初噴混凝土后進行，以保證錨桿墊板有較平整的基面。注漿材料采用水泥砂漿，其強度不應低于M20。錨桿孔內灌注砂漿應飽滿密實。水泥砂漿達到一定強度后才能上緊墊板螺母。

2）鋼支撐、鎖腳錨管及臨時仰拱

開挖完成后，及時架設鋼支撐，保證鋼支撐置于穩(wěn)固的地基上，且安設位置準確，盡可能多地與錨桿露頭焊接，以增強其聯合支護效應。鋼支撐采用I20b型鋼拱架，全環(huán)設置，各節(jié)段長度根據臺階開挖高度確定，縱向間距0.5m，拱架背后采用φ22mm螺紋鋼筋進行縱向連接，環(huán)向間距1m，在拱腳及邊墻腳打設鎖腳φ42mm錨管，以控制初支鋼架移位。鎖腳錨管長4m，每處設2根，與鋼架采用φ22mm“U”型鋼筋焊接牢固，注漿飽滿，打設角度向下20°～40°，起到懸挑作用。

根據對監(jiān)控量測數據分析，為控制圍巖變形，在上臺階拱架安裝時，同時安裝臨時仰臥，其縱向間距與初支鋼架間距一致，臨時仰拱采用I18熱扎普通工字鋼及20cm厚C20噴混凝土組成。I18臨時仰拱節(jié)段間及與初支拱架間的連接處均設置240mm×200mm×16mm鋼墊板，并采用高強螺栓連接。臨時仰拱在施作下臺階初支時拆除。

鋼支撐安裝平面垂直于隧道中線，其傾斜度不大于2°。鋼支撐的任何部位偏離鉛垂面不應大于5cm。鋼支撐縱向間距偏差不大于±5cm。鋼支撐與巖面做到多點接觸，確保鋼支撐達到預期的效果。

3）掛網、C25噴混凝土

隧道每一分部開挖完成后，立即對巖面進行初噴混凝土，以防巖體松動脫落。按設計要求安裝φ8mm鋼筋網片，并與拱架或錨桿點焊連接，網格間距20cm×20cm，鋼筋網片間搭接長度不小于1～2個網格。噴混凝土厚28cm，在噴射混凝土前用壓縮空氣或壓力水將所有待噴面吹凈，吹除待噴面上的松散雜質或塵埃，以確保噴射混凝土和圍巖之間的黏結力。

4.5 小導洞率先出洞

為了減少爆破震動，確保出洞安全，避免坍塌事故發(fā)生，D1K106+630～D1K106+640段采取小導洞率先出洞。小導洞開挖斷面尺寸為寬4m、高4.5m，斷面尺寸如圖2所示。小導洞布置在上臺階中部偏下位置，由于坑道斷面較小，開挖時采用直眼掏槽，控制、減震爆破。由于出洞口右側覆蓋層薄，圍巖自穩(wěn)性差，為防止洞口坍塌，小導洞施工要做到“快開挖、快支護、快封閉”。

圖2 小導洞斷面圖

小導洞采用I16型鋼拱架、砂漿錨桿、φ6mm鋼筋網片、C25噴混凝土進行臨時支護。砂漿錨桿采用φ22mm螺紋鋼，長度2.0m，縱環(huán)間距1.0m×1.2m，梅花型布置；鋼筋網片網格間距25cm×25cm；噴射混凝土厚20cm；型鋼拱架間距1m，工字鋼拱架各節(jié)間用14mm厚鋼板、高強螺栓連接；拱架間縱向采用φ22mm螺紋鋼進行連接，以加強整體受力，環(huán)向間距1.5m。

小導洞出洞后，從洞內向洞外擴挖施工。導洞臨時支護隨開挖拆除，不得提前或預先拆除，以確保安全，然后進行后續(xù)工序施工。

4.6 安全步距要求

該隧道為泥質砂巖地質，遇水極易軟化，穩(wěn)定性極差，施工中必須嚴格控制安全步距，二襯距掌子面距離不得大于70m，仰拱距掌子面距離不得大于35m，且仰拱距下臺階距離不得大于10m，仰拱及早封閉成環(huán)，以降低安全風險。

5 結語

由于廖家坡隧道出口段地形地質的特殊性，采用超前大管棚支護型式對隧道拱部巖層進行了加固，避免了較大危險的坍塌情況發(fā)生；超前小導管的運用防止局部圍巖的脫落，保證了施工期間人員設備的安全；上臺階臨時仰拱的增設使隧道及早臨時封門成環(huán)，待初期支護與圍巖形成整體受力結構時拆除，充分利用臨時支撐作為受力體系的轉換；小導洞率先出洞以減小對圍巖的擾動。以上幾種措施的運用，保證了出洞的施工安全。總之，特殊地質條件下隧道施工安全是首要的。如何充分有效地利用好各種手段和措施，達到既安全又經濟的效果，將是隧道施工長期研究的課題。

【1】Q/CR 9604—2015高速鐵路隧道施工技術規(guī)程[S].

【2】Q/CR 9217—2015鐵路隧道超前地質預報技術規(guī)程[S].

【3】Q/CR 9218-2015鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程[S].

【4】馮義濤.洞口懸壁臨河隧道進洞施工技術[J].隧道/地下工程，2011 (4)∶90-93.

Discussion on the Tunnel Exit Construction Technology in the Shallow Buried Double Track Railway

LUO De,ZHAO Guan-hua
(CCCC Second Harbor Engineering Bureau Co.Ltd.,Wuhan 430012,China)

Combined with Liaojiapo tunnel engineering in Cheng-Gui railway,the paper discusses the tunnel exit construction and puts forward the design method and construction technology of tunnel exit,in order to providereference for similar projects.

biasing structure;steep terrain;technology for tunnel exit

U459.1

A

1007-9467（2016）09-0103-04

2016-08-15

羅德（1976～），男，貴州遵義人，工程師，從事隧道、橋梁工程施工技術研究。