王利民

中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司 山西 太原 030032

1 工程概況

新建銀西鐵路(陜西段)田塬隧道位于陜西省彬縣太峪鎮(zhèn)至彬縣涇河右岸之間，穿行于黃土梁峁溝壑區(qū)。隧道起訖里程為DK131+137DK135+330，全長(zhǎng)4193m，最大埋深約140m，最淺埋深約3m。隧道通過(guò)地層主要有第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土、中更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土、中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、細(xì)、粗圓礫土、卵石土，下伏三疊系上統(tǒng)砂巖夾頁(yè)巖。田塬隧道為銀西鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道之一。

現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，在田塬隧道出口DK135+100上方，有一條埋深約2mφ33cm的輸油管道，與隧道以85°交角通過(guò)，隧道在該處屬于淺埋段，隧頂埋深約為20m。隧道施工時(shí)可能引起地表下沉，連帶輸油管道彎曲變形乃至開裂、斷裂，造成施工安全事故[1]。

2 選擇施工方案

安全穿越輸油管道的關(guān)鍵技術(shù)在于如何防止輸油管道的斷裂，而保證輸油管道不斷裂的關(guān)鍵技術(shù)在于隧道施工如何減小地面沉降。

輸油管道產(chǎn)權(quán)單位建議對(duì)輸油管道采取明挖懸吊保護(hù)方案，即將輸油管道挖露明，在隧道開挖地面沉降影響范圍外，在隧道中線左右兩側(cè)，沿輸油管道兩側(cè)各打入4根鋼管樁，將樁頭連在一起形成門架，在門架上架設(shè)桁架梁，通過(guò)桁架梁將輸油管道懸吊起來(lái)。這一方案，理論上可行，輸油管道露明后脫離土體，不會(huì)隨地面沉降而發(fā)生變形，即使隧道坍方了也不會(huì)影響到輸油管道。但實(shí)際施做起來(lái)難度很大，兩門架的間距至少達(dá)到40m(左右兩門架距隧道中線各20m)，跨度40m的桁架梁工程規(guī)模是很大的。此外還得修建至少1Km的便道，在淺埋隧道頂挖出一條2m深、1m寬的壕溝，容易造成積水浸泡土體，更容易引起淺埋隧道塌方。經(jīng)過(guò)可行性研究后，決定采取以洞內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)措施控制地面沉降，確保輸油管道的安全。通過(guò)地質(zhì)縱斷面圖紙和補(bǔ)勘地質(zhì)資料顯示，DK134+800DK135+330段550m地質(zhì)情況基本一致，均為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土，埋深均在1520m，地勢(shì)相對(duì)平緩，正好利用地質(zhì)條件相同段施工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工工藝，為安全穿越輸油管道做準(zhǔn)備。從DK135+200開始做試驗(yàn)，黃土隧道開挖引起地面沉降以隧道中線處最大，向兩邊逐漸衰減基本呈扁平狀拋物線，影響范圍基本遵循L=D+2×0.5H〔L隧道開挖引起地表沉降影響寬度、D隧道開挖凈寬、H隧道埋深〕，按此經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，地表沉降影響寬度約40m,按產(chǎn)權(quán)單位經(jīng)驗(yàn)“管道撓曲變形不超過(guò)0.5%，不會(huì)對(duì)管道造成任何損傷?！敝灰淼乐芯€處地面最大沉降值控制在20cm以內(nèi)就是安全的，為了更安全把隧道中線處地面最大沉降值10cm，作為輸油管道安全極限。

3 試驗(yàn)段經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

超前掌子面1015m的地面就開始有微小沉降，與掌子面越近地面沉降也開始加劇；拱頂下沉越大，地面下沉也越大，拱頂下沉量累計(jì)在10cm以下時(shí)地面沉降幾乎為零；地面越干燥地面沉降量越小，連雨天施工地面沉降量會(huì)加大；循環(huán)進(jìn)尺越短，地面沉降量越?。还ば蛟骄o湊，地面沉降量越?。谎龉霸皆玳]合成環(huán)，地面沉降量越小；拱架鎖腳越強(qiáng)越有利于控制地面沉降。依據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)總結(jié)制定了試驗(yàn)段段施工原則“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、緊工序、快封閉、勤量測(cè)、早襯砌”。這一施工原則的貫徹落實(shí)，使得洞內(nèi)累計(jì)最大拱頂沉降量控制15cm以內(nèi)，地面累計(jì)最大值沉降控制在10cm以內(nèi)，設(shè)定的安全目標(biāo)值完全可以實(shí)現(xiàn)，采取洞內(nèi)措施加強(qiáng)，是可以安全穿越輸油管道的[2]。

4 具體方案及技術(shù)措施

4.1 設(shè)置地面沉降觀測(cè)點(diǎn)

每隔5m垂直隧道中線橫向布設(shè)一組地面沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)以隧道中線左右對(duì)稱布置，距離中線分別按0m、3m、8m、16m、26m布置，每組9個(gè)點(diǎn),共設(shè)13組。測(cè)點(diǎn)布置見圖1。為了更準(zhǔn)確測(cè)出輸油管道的變形，沉降觀測(cè)點(diǎn)采用L=2.5m長(zhǎng)φ42*3.5小導(dǎo)管從地表垂直打入設(shè)置，小導(dǎo)管打入時(shí)，注意避開輸油管道。每組測(cè)點(diǎn)在距離掌子面15m時(shí)測(cè)取初始值，每天觀測(cè)不少于2次，依據(jù)沉降速率或絕對(duì)值大小及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施。

4.2 施做中管棚，進(jìn)一步探明地質(zhì)

拱部140°范圍內(nèi)設(shè)φ89*8中管棚，管棚長(zhǎng)度L=9m，環(huán)與環(huán)搭接3m，環(huán)向間距40cm；φ89*8中管棚采用干式KG925S型螺旋鉆機(jī)，沿初期支護(hù)內(nèi)輪廓，以510°外插角鉆孔，成孔后將加工好的中管棚頂入，采用BS25C型注漿泵采取后退式給中管棚填注水泥砂漿。在中管棚鉆孔過(guò)程中要有專職地質(zhì)工程師對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)一步確認(rèn)，如有變化要及時(shí)采取措施。

4.3 施做超前小導(dǎo)管

中管棚中間設(shè)φ42*3.5超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距40cm，小導(dǎo)管長(zhǎng)度L=3.5m，環(huán)與環(huán)搭接不小于1m；管通過(guò)上一榀綱架預(yù)留孔，采用螺旋鉆干鉆法成孔，插入加工成型的小導(dǎo)管，在小導(dǎo)管內(nèi)后退式充填水泥砂漿。

4.4 采用三臺(tái)階預(yù)留核心土開挖法施工

圖2 三臺(tái)階預(yù)留核心土開挖法施工工序

上弧導(dǎo)開挖臺(tái)階垂直高度380cm，預(yù)留核心土面積不小于開挖面積的1/2，臺(tái)階長(zhǎng)度保持在3～5m，上弧導(dǎo)一次開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在0.5m/1榀鋼架。中下導(dǎo)開挖垂直高度均為370cm，中下導(dǎo)左右兩側(cè)不僅要避開左右對(duì)挖，也要避開左右同時(shí)開挖，中臺(tái)階長(zhǎng)度保持在3～5m，下臺(tái)階距仰拱初支距離保持在10～15m，中下導(dǎo)一次開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在1.0m/2榀鋼架。中部土體以機(jī)械開挖為主，臨近輪廓線開挖以人工為主，嚴(yán)格控制超挖，特別是嚴(yán)格控制拱腳超挖，防止因超挖造成土體松軟，人為因素引起拱架下沉，針對(duì)拱腳土體松軟可以采取大拱腳、大塊鋼墊板以及槽鋼連續(xù)托梁來(lái)控制拱架下沉。為了避免初噴和錨桿施做期間引起圍巖變形，采取開挖后立即架設(shè)鋼架、布設(shè)鋼筋網(wǎng)、打設(shè)鎖腳錨管，隨后立即進(jìn)行濕噴混凝土作業(yè)的工序緊湊。從開挖到立架再到噴射混凝土一定要做到工藝精準(zhǔn)，工序銜接緊湊，實(shí)現(xiàn)快速封閉，才能有效防止圍巖松動(dòng)變形，控制地表沉降[3]。

4.5 施做鎖腳錨管

鎖腳錨管是防止初支沉降變形的重要環(huán)節(jié)，每個(gè)拱腳設(shè)計(jì)采用兩根L=4.0m長(zhǎng)φ42*3.5鎖腳錨管，實(shí)際施工時(shí)增加為4根。分別在拱腳接頭板上30cm、100cm處，沿鋼架兩側(cè)斜向下45°采用螺旋鉆干鉆法成孔，成孔后打入鎖腳錨管，錨管內(nèi)充填水泥砂漿，錨管通過(guò)φ22U型鋼筋與鋼架焊接牢固。

4.6 濕噴混凝土施工

初支采用35cm厚C25濕噴混凝土，嚴(yán)格按照規(guī)范和施組要求進(jìn)行濕噴作業(yè)，為了確保鋼架背后噴填密實(shí)，要將噴頭傾斜一定角度先噴拱架背后，然后再噴其他部位。防止初支、特別是鋼架背后脫空對(duì)控制初支變形、地面沉降尤為關(guān)鍵。

4.7 補(bǔ)打砂漿錨桿

邊墻設(shè)φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度L=4.0m，1.0*1.0m梅花形布置。噴射混凝土前，在對(duì)應(yīng)錨桿位置預(yù)埋φ42*3.5鋼管作為后續(xù)補(bǔ)打砂漿錨桿的預(yù)留孔，采用螺旋鉆干鉆法成孔，成孔后采用后退式注入C20水泥砂漿，然后插入錨桿，待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后上好墊板擰緊螺帽，錨桿頭不得露出噴射混凝土面，最后用噴射混凝土覆蓋找平。

表1 量測(cè)頻率表

4.8 仰拱施工

仰拱利用自行式移動(dòng)棧橋施工。仰拱上部土體以機(jī)械開挖為主，清底以人工開挖為主，嚴(yán)禁仰拱超挖后回填虛土，這不僅會(huì)導(dǎo)致初支下引起沉地面下沉，后期還會(huì)引起仰拱開裂。仰拱一次開挖長(zhǎng)度不得超過(guò)200cm/4榀鋼架。開挖后立即安裝鋼架布設(shè)鋼筋網(wǎng)，盡快噴射混凝土使初支閉合成環(huán)。仰拱混凝土每6m澆筑一次，仰拱拱圈與填充采用全封閉仰拱覆模實(shí)現(xiàn)分層澆筑，仰拱與上導(dǎo)掌子面距離控制在30m之內(nèi)。

4.9 二襯施工

二襯施工采用防水板鋪掛臺(tái)車鋪掛防水層，綁扎鋼筋，利用全液壓襯砌臺(tái)車逐窗澆注、分層振搗混凝土。為了抑制初支持續(xù)變形引起地面沉降，二襯宜緊跟，只有二襯施工完畢，才可說(shuō)安全通過(guò)輸油管道，二襯距掌子面控制在50m之內(nèi)。

4.10 洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)

對(duì)于淺埋隧道洞內(nèi)圍巖和支護(hù)體系的收斂變形，特別是拱頂下沉?xí)苯臃从车降乇沓两?，通過(guò)洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)的信息反饋，不僅可以指導(dǎo)洞內(nèi)施工，同時(shí)可以更好地指導(dǎo)控制地面沉降。洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)布點(diǎn)斷面必須與地面沉降觀測(cè)布點(diǎn)斷面里程對(duì)應(yīng)，每隔5m布設(shè)一組監(jiān)控量測(cè)斷面。監(jiān)控量測(cè)并依據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9218-2015）、《鐵路黃土隧道技術(shù)規(guī)范》（Q/CR9511-2014）進(jìn)行。監(jiān)控量測(cè)頻率按表1執(zhí)行[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

2017年3月9日，田塬隧道從DK35+130起按試驗(yàn)成功的施工方案開始穿越輸油管道，2017年4月10日初期支護(hù)順利穿過(guò)DK35+100處輸油管道，2017年5月10日初期支護(hù)順利通過(guò)DK35+070，2017年7月8日襯砌順利通過(guò)DK35+100，至此，田塬隧道安全順利穿越了輸油管道。只有在3月20日施工至DK35+120時(shí)遇到連雨天，洞內(nèi)拱頂下沉速率超警戒，采取了臨時(shí)封閉掌子面暫停施工的應(yīng)急預(yù)案，兩天后恢復(fù)正常施工，4月23日施工至DK35+113是洞內(nèi)拱頂下沉和地面沉降速率同時(shí)出現(xiàn)報(bào)警，采取封閉掌子面和補(bǔ)打大鎖腳錨管后，拱頂下沉和地面沉降得到有效控制，一天后恢復(fù)正常施工。