铁路隧道浅埋偏压施工技术的应用

岳 嶺, 文 亮， 赵 龙

(中国水利水电第十工程局有限公司 ，四川 成都 610072)

1 概 述

老中铁路芬果村二号隧道位于磨万线班发当站-万荣站区间，设计速度为160 km/h，为单线隧道，全长1 872 m。DK278+856处隧道顶发育有冲沟，初始埋深不足2 m，DK278+885～DK278+980段实测地形与设计相符，埋深2～27 m，该段采用中管棚夹小导管超前支护，衬砌类型为VC复合式。针对所遇到的浅埋偏压软弱围岩等特殊情况，为保证隧道施工安全与质量，必须研究并制定相应的施工技术。

2 隧道浅埋段采用的施工技术

DK278+885～DK278+980浅埋段长95 m,采用“地表处理+隧道内处理”结合的方式处理。

隧道地表的处理：开挖前，对地表发育冲沟浅埋段进行了回填反压，夯填土石至隧道拱顶以上5 m，其表面夯填0.5 m厚的黏土隔水层，坡底设置C20混凝土挡墙。

隧道内的处理：采用中管棚夹小导管的方式进行处理，中管棚单根长6 m，纵向间距4.2 m，环向间距0.4 m，每环根数为27根。

隧道浅埋段通常处于埋深较浅、围岩破碎、自稳时间短、固结程度低的地层，若所采用的施工方法不妥，极易发生冒顶塌方或地表沉陷而危及施工安全。遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、实回填、严治水”的原则施工[1，2]。

2.1 超前支护

DK278+885～DK278+980段采用φ60中管棚和φ42小导管进行超前支护，环向每两根中管棚之间等距设置两根小导管，其他部位采用中管棚超前支护，其技术参数如下：

(1)中管棚采用热轧无缝钢花管制作，孔径为8～10 mm，孔间距为10～20 cm,梅花形布置，前端成锥型，对其尾部设置长度不小于30 cm的无孔止浆段；

(2)小导管采用热轧无缝钢管，外插角为3°～5°。管口位置设φ6钢筋加强环，防止施工时导管尾端变形；

(3)注浆：注浆采用水泥浆，强度等级不低于M10；注浆压力一般为0.5～1 MPa。

2.1.1 管棚施工工艺

(1)导管制作。导管集中加工。(2)测量放样。首先复核线路中线及高程，根椐复核后的控制点在掌子面标出隧道中线及开挖断面，在开挖轮廓线外10 cm画出拱弧，在拱弧上用红油漆按设计要求标出孔位。(3)钻孔清孔。采用风钻钻孔，孔径72 mm。施工中采用连接套钻杆。钻孔前对孔位进行编号，按高孔位向低孔位的顺序进行钻孔。钻孔完成后应立即清孔，用高压风管清除孔内的浮渣，确保孔径、孔深符合要求。(4)安设导管与止浆塞。清孔后下管，以免因坍孔而无法顺利安装。导管采用顶进安装，以人工顶进为主，必要时辅以机械顶进。在管口插入止浆塞，管口位置用钢筋加强环紧固，检查无误后，将中管棚末端焊接在钢架外缘，与钢架组合成预支护系统。(5)注 浆。注浆前，应采用喷混凝土对开挖工作面进行封闭，形成止浆墙，防止浆液回流影响注浆效果。水泥浆的水灰比为0.8∶1～1∶1，注浆压力为0.5～1 MPa，全孔采用一次性注浆。注浆时先“单”号，再“双”号孔。注浆顺序按由低到高、由下往上，交错进行。

2.1.2 小导管施工工艺

小导管施工与中管棚施工工艺相同[3]。

2.2 监控量测

监控量测作为隧道施工安全的保障，是判断围岩、支护系统稳定性、调整开挖支护参数及确定二衬施作时间的依据。该浅埋段监控量测为地表沉降、拱顶下沉、净空变化和隧道内外观察。

(1)地表沉降。地表沉降观测点按普通水准点于隧道开挖前埋设，与隧道内的观测点布置在同一断面。地表沉降采用电子水准仪或全站仪量测，精度为0.5～1 mm。地表沉降基准点设于地表沉降影响范围之外，观测点按纵、横向各3 m布置。地表沉降量测直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。

(2)拱顶下沉和净空变化。拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上，监控量测断面按照纵向间距不大于5 m布设且应与地表沉降观测断面对应。当围岩不稳定数据变化较大时，结合施工方法增设临时加密观测点，量测断面间距可根据围岩段落的长度适当进行调整，但每种岩层至少设一个量测断面。每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点，每个台阶设置一条水平测线。

(3)监控量测频率。一般情况下，考虑测线位移速率、距工作面距离，按表1中的取值确定地表沉降、拱顶下沉、净空变化量测频率。当地质条件变差或量测值出现异常时将量测频率加大，必要时每2～5 h量测一次。当变形稳定时，可适当降低量测频率。当同一断面内各测线变形速度不同时，以产生最大变形速度的测线确定全断面的量测频率。该浅埋段按最少2次/d进行量测。

表1 量测频率控制表

(4)资料整理。形成隧道内、外观察记录表， 拱顶下沉、净空变化量测记录表与地表沉降观测记录表，及时进行数据分析，数据异常及出现预警情况时采取相应的措施[4]。

2.3 超前地质预报

由施工图得知该浅埋段塌方的初始风险极“高”，超前地质预报方法为地质调查、WT1(TSP法)、ZT1和加深炮孔(5孔)几种，随时掌握前方地质情况、地下水赋存情况、岩体破碎程度等，用以指导下一步的开挖方法和支护措施。

2.4 开挖施工

该浅埋段岩体为V级围岩，采用挖掘机开挖，严格控制开挖进尺，开挖后及时施作初期支护，尽量少扰动围岩。

(1)开挖采用三台阶法，上台阶在拱部超前支护后进行，开挖时预留核心土，中台阶长15～20 m，下台阶左右侧错距(2～3 m)同步开挖，循环进尺为1榀钢拱架间距(60 cm)，施作初期支护，即初喷4 cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立钢架并设锁脚锚管。钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

(2)开挖仰拱，循环进尺不大于2榀钢拱架间距(120 cm)，开挖完成立即进行钢拱架封闭成环，施作隧底喷射混凝土[5]。

2.5 初期支护

初期支护由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成，初期支护的注意事项为：①初期支护紧跟开挖，及时施作，缩短围岩暴露时间；②岩层开挖完成后，先喷射一层混凝土，再施作锚杆，挂设钢筋网，能及时有效地控制围岩的变形，防止岩块坠落的产生，充分发挥围岩的自承能力；③钢拱架必须置于稳固基面上，必要时采取垫钢板的方式加以稳固；每榀钢拱架落底后加设一组锁脚锚管，置于其上50 cm位置,钢拱架与岩面之间必须喷混凝土密实，严禁出现空洞及填充石渣；④对于围岩软弱、变形较大及渗水严重等部位适当增加系统锚杆；⑤仰拱初期支护应尽早施作，及时封闭成环。施工前，将虚渣、杂物、积水等清除干净，超挖部分采用与衬砌同等级的混凝土回填[6]。

2.6 防排水施工

隧道围岩若有较多的渗水将影响围岩的自稳性，甚至引发坍塌等安全事故。因此，必须重视并做好防排水工作。由拱顶处开始不断向边墙下端敷设透水管，待其到达边墙下端后，按2 m的间距布设横向泄水管，通过排水沟将水排出隧道外。

在防水板铺设之前，应处理好初支结构表面，用细石混凝土进行找平。先在初支结构表面固定热熔垫片，然后将防水板焊接于垫片上，防水板的铺设必须达到平顺且松紧适当。铺设完成进行检查合格后方能进行下道工序施工[6]。

2.7 混凝土衬砌

二衬采用C35钢筋混凝土结构，厚度为45 cm且带模注浆。二衬施作一般在围岩和初期支护变形趋于稳定后进行，在浅埋段应尽早施作二衬[6]。

3 结 语

截至目前，该隧道浅埋段施工已经完成，施工中未发生安全问题与事故，经检验隧道各项技术指标均达到设计与规范要求，说明在浅埋偏压软弱围岩条件下采用以上施工技术合理可行，能够在保证安全的基础上达到较高的质量水平，所取得的经验值得同类工程参考借鉴。