靳寶成

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

1 工程概況

蘭新二線西寧隧道位于青海省西寧市，起訖里程DK192+120—DK197+863，總長5 743 m。隧道DK192+120—DK193+528段位于西寧城區(qū)，埋深約6～23 m，屬于淺埋。下穿城區(qū)段主要建(構(gòu))筑物有蘭西高速公路、教學(xué)樓、民房、管線、市政道路等[1]。隧道自DK193+528進入低中山，地形起伏大，相對高差可達100 m以上。結(jié)合隧道所處地質(zhì)條件，考慮施工工期、洞口施工條件及運營期間救援疏散要求，采用“2座豎井+2座斜井+正洞進、出口”的施工組織方案，見圖1。

圖1 西寧隧道施工組織方案示意

2 淺埋下穿城區(qū)段地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

淺埋下穿西寧城區(qū)段主要分布地層為：①砂質(zhì)黃土，厚15～30 m，硬塑～軟塑，硬塑基本承載力σ0=120 kPa、軟塑σ0=100 kPa；②細砂，呈透鏡體狀分布，飽和～潮濕，中密，σ0=150 kPa；③細圓礫土，厚1～3 m，潮濕～飽和，中密，σ0=350～400 kPa；④粗圓礫土，厚1～12 m，飽和，中密，σ0=500 kPa；⑤卵石土，厚1～12 m，飽和，中密，σ0=600 kPa。其中，DK192+120—DK193+490段屬Ⅵ級圍巖，DK193+490—DK193+528段屬Ⅴ級圍巖[2]。

2.2 水文地質(zhì)條件

3 風(fēng)險因素分析及等級評定

3.1 風(fēng)險因素分析

1)隧道進口DK192+120—DK193+490段圍巖級別低，為Ⅵ級圍巖。

2)地層含水率高。受地表生活用水、水管滲漏水、大氣降雨等影響，地層含水率增大。各工區(qū)含水程度統(tǒng)計見表1。

表1 各工區(qū)含水程度統(tǒng)計

3)下穿蘭西高速公路。隧道在DK192+190—DK192+270段下穿蘭西高速公路，埋深約10 m，隧道拱部處于砂質(zhì)黃土中，仰拱處于砂卵石層，地下水位處于內(nèi)軌頂面，地下水豐富。

4)下穿西寧城區(qū)。下穿西寧城區(qū)段隧道拱部基本位于黃土地層，邊墻及仰拱位于卵石土中。

①隧道在DK192+474處分別從西寧市第十五中學(xué)教學(xué)樓、家屬樓旁通過，教學(xué)樓為4～5層磚混結(jié)構(gòu)，隧道結(jié)構(gòu)距教學(xué)樓最小凈距26.4 m,軌面以上深度18.4 m；家屬樓為6層磚混結(jié)構(gòu)，隧道結(jié)構(gòu)距家屬樓最小凈距10.44 m，軌面以上深度約19.3 m。

②隧道洞頂上方約有8條市政道路，部分為主要道路，通行公交車及重型車輛。

③隧道洞頂上方有2根直徑分別為20,10 cm的自來水管與隧道結(jié)構(gòu)交叉。另外有1條走向基本與線路走向一致的水渠，明渠段位于隧道右上方，并與線路小角度相交。

3.2 下穿城區(qū)段方案風(fēng)險等級評定

根據(jù)《鐵路隧道工程風(fēng)險管理技術(shù)規(guī)范》(Q/CR 9247—2016)[3]，需對西寧隧道下穿城區(qū)段初始風(fēng)險等級進行評定，必須對風(fēng)險等級為“極高”和“高度”的風(fēng)險事件采取有效的處理措施，使殘余風(fēng)險等級降低到可以接受的范圍。經(jīng)評定，長距離淺埋下穿城區(qū)方案初始風(fēng)險較高，為一級風(fēng)險，需針對不同風(fēng)險成因采取風(fēng)險處理方案。

4 風(fēng)險處理方案

4.1 下穿高速公路段

下穿蘭西高速公路段埋深較淺，為減少對高速公路運營的影響，遵循“管超前、強支護、快封閉、緊襯砌、勤量測”的原則，加強洞內(nèi)、外聯(lián)合預(yù)支護，采用暗挖法施工。具體風(fēng)險控制措施[4-5]：

1)洞外沿高速公路坡腳設(shè)置φ1200鉆孔灌注隔離樁防護，對下穿段高速公路路面3 m以下范圍路基采用R51N管棚注漿加固，對隧道兩側(cè)最大開挖輪廓線10 m以內(nèi)的高速公路坡腳范圍地表采用φ42小導(dǎo)管注漿加固。

2)洞內(nèi)采用φ159管幕超前預(yù)支護，洞內(nèi)降水，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。采取玻璃纖維錨桿超前預(yù)加固掌子面，噴射混凝土封閉掌子面。初期支護采用雙層支護形式，二次襯砌采用加強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4.2 下穿城區(qū)段

4.2.1 施工方案比選

下穿西寧城區(qū)段長1.17 km，有明挖條件。結(jié)合該段地質(zhì)條件、外部環(huán)境等因素，設(shè)計了暗挖、圍護明挖和放坡明挖3種施工方案[6]。

各方案優(yōu)缺點對比見表2?？梢姡低诜桨笧樽罴逊桨?。

表2 各方案優(yōu)缺點對比

4.2.2 風(fēng)險控制措施

1)隧道開挖輪廓線距西寧市第十五中學(xué)家屬樓最小水平凈距約10.44 m，軌面以上深度約19.3 m。為避免隧道施工引起地表沉降變形危及地表建筑物的安全。地表先采用φ1200的鉆孔隔離樁加以保護，樁間距1.5 m，樁長24.6 m，樁底伸入隧道仰拱開挖底面不小于1.5 m。既有建筑物保護措施見圖2。

圖2 既有建筑物保護措施(單位：cm)

2)針對隧址區(qū)黃土地層含水率增大引起掌子面涌水、突泥，導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)變形，設(shè)計了地表旋噴樁和袖閥管深孔注漿方案[7-10]。根據(jù)本工程地質(zhì)條件，結(jié)合類似工程經(jīng)驗，對袖閥管注漿適應(yīng)性進行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：①該段地表至隧道中臺階以上地層為砂質(zhì)黃土，含水率較高，硬塑～軟塑，袖閥管注漿成孔困難，易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象；②袖閥管注漿壓力一般為2～3 MPa，黃土地層單一，結(jié)構(gòu)較為密實，在較小壓力下注漿擴散半徑較小，易出現(xiàn)注漿盲區(qū)；③采用袖閥管沿隧道結(jié)構(gòu)外緣縱向注漿形成的止水帷幕起不到完全隔水的效果；④袖閥管注漿技術(shù)難度較大，工藝要求較高，需專業(yè)隊伍施工。

綜合比較分析得到地表旋噴樁加固更適合本工程，在隧道兩側(cè)開挖輪廓線各設(shè)置2排φ800咬合旋噴樁，樁縱向間距60 cm，樁長自拱頂以上5 m至黃土與粗圓礫土分界線以下1 m。在開挖輪廓線以內(nèi)，根據(jù)黃土地層含水率分析塑性狀態(tài)，旋噴樁按1.2或 1.5 m 梅花形布置，樁長自拱頂以上5 m至黃土與粗圓礫土分界線，詳見圖3。

圖3 地表旋噴樁加固示意(單位：mm)

3)下穿西寧城區(qū)段采用的主要施工方法及支護措施：①拱墻范圍設(shè)φ89管棚超前支護；②雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工；③初期支護為厚35 cm的C25噴射混凝土，間距為0.5 m的 I25a 工字鋼；④二次襯砌為C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱墻處厚60 cm，仰拱處厚70 cm。

西寧隧道下穿西寧城區(qū)段采用暗挖法通過。截止2013年2月紅線范圍內(nèi)，線路兩側(cè)約30 m范圍，共剩余30戶民房未搬遷；開挖輪廓線內(nèi)剩余12戶未拆遷；地表道路改移、水管加固等施工干擾較大，受外界因素影響較大，若采用明挖法施工，工期難以保證。

5 襯砌結(jié)構(gòu)安全性分析

基于荷載—結(jié)構(gòu)理論來驗證隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性[11]。主要針對二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性進行檢算，檢算結(jié)果見表3?？梢姡鞑课话踩禂?shù)均>2，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足承載要求。

表3 二次襯砌結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位安全性檢算結(jié)果

6 結(jié)論與建議

1)西寧隧道淺埋下穿城區(qū)段受蘭西高速公路、民房、學(xué)校、市政道路、管線等既有建(構(gòu))筑物影響較大，綜合考慮拆遷量、施工對周圍環(huán)境的影響、市容美觀、環(huán)境保護等因素，淺埋下穿城區(qū)段采用暗挖法較為合理。

2)隧道淺埋下穿城區(qū)段時宜采用地表預(yù)加固措施，既可保證施工安全，也可加快施工進度、縮短工期。

3)淺埋隧道開挖輪廓線之外地表有既有建(構(gòu))筑物。施工危及建(構(gòu))筑物安全的地段宜設(shè)置地表隔離樁，降低施工對既有建(構(gòu))筑物的影響。

西寧隧道于2010年5月開工，并于2013年8月順利貫通。

[1]中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.西寧隧道設(shè)計文件[Z].西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,2010.

[2]中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.西寧隧道地質(zhì)勘察報告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,2009.

[3]中國鐵路總公司.Q/CR 9247—2016 鐵路隧道工程風(fēng)險管理技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2016.

[4]楊建民,喻渝,譚忠盛,等.淺埋大斷面黃土隧道下穿高速公路設(shè)計方案研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2009,46(6):85-90.

[5]李新樂,竇慧娟,王海濤.淺埋暗挖隧道下穿既有鐵路和涵洞施工技術(shù)方案研究[J].鐵道建筑,2012，52(7):47-50.

[6]中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.西寧隧道進口淺埋段方案研究報告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,2009.

[7]史趙鵬.偏壓超淺埋大斷面黃土隧道施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2010，50(5):59-61.

[8]張翾,張頂立,李鵬飛.黃土隧道地表塌陷原因分析與施工對策研究[J].隧道建設(shè),2010,30(4):430-433.

[9]張曉,楊建國,王運周,等.水平旋噴樁預(yù)支護在軟弱黃土隧道中的試驗研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2010,47(1):36-40.

[10]中國鐵路總公司.Q/CR 9604—2015 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社,2015.

[11]國家鐵路局.TB 10003—2016 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2017.