周石平 (中國(guó)中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司,湖南 長(zhǎng)沙 410004)

李家塔1號(hào)隧道進(jìn)口淺埋段下穿地表民房施工技術(shù)研究

周石平 (中國(guó)中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司,湖南 長(zhǎng)沙 410004)

山西中南部鐵路通道李家塔1號(hào)隧道進(jìn)口淺埋段下穿地表重點(diǎn)民房，經(jīng)多方努力無(wú)法拆遷，無(wú)法采用設(shè)計(jì)的臺(tái)階法爆破施工。民房與隧道中心線水平距離8m，隧道埋深15m，屬灰綠色砂巖地層。施工采用銑挖法三臺(tái)階開(kāi)挖，上臺(tái)階環(huán)形銑挖設(shè)臨時(shí)仰拱加豎撐支護(hù)，中下臺(tái)階周邊銑挖、中間核心土采取微震弱爆破，Ⅰ20a工字鋼全環(huán)強(qiáng)支護(hù)，洞內(nèi)及地表及時(shí)監(jiān)控測(cè)量指導(dǎo)施工，二襯緊跟，保證民房安全。并重點(diǎn)介紹了銑挖法的施工工藝。

李家塔1號(hào)隧道；三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法；銑挖法

1 工程概況

李家塔1號(hào)隧道進(jìn)口改DK144+803～改DK144+963長(zhǎng)160m為淺埋段，在改DK144+866處隧道頂部地表線路右側(cè)有一民房，民房與隧道中心線水平距離8m(此處隧道埋深15m)，屬陳氏住宅，居民以住宅地是風(fēng)水寶地為由，不愿拆遷。該段淺埋段隧道洞身地層為灰綠色砂巖，全-強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，呈角礫碎石狀松散結(jié)構(gòu)。襯砌類型洞口設(shè)計(jì)7m明洞，接50mⅤ級(jí)偏壓+140mⅤ級(jí)加強(qiáng)復(fù)合式襯砌。該段位于半徑為1200m的左偏曲線上，線路坡度為4.9‰上坡。該段曲線加寬均為150cm，最大開(kāi)挖斷面121m2。

2 施工情況

李家塔1號(hào)隧道2011年3月開(kāi)工，由出口進(jìn)洞向進(jìn)口方向開(kāi)挖，施工采用臺(tái)階法爆破開(kāi)挖。同年9月掌子面施工到改DK144+866時(shí)，接近陳氏宅院，住戶以爆破施工影響房屋安全為由，阻止施工，要求無(wú)振動(dòng)開(kāi)挖。施工單位根據(jù)業(yè)主及設(shè)計(jì)的意見(jiàn)，優(yōu)化開(kāi)挖方法，采用銑挖法開(kāi)挖隧道，確保陳氏宅院安全。

3 施工方案

隧道掌子面里施工至陳氏宅院下方時(shí)，為確保房屋安全，向前20m范圍內(nèi)不再采用爆破工法，改為機(jī)械銑挖配合破碎錘施工，以減少對(duì)房屋的擾動(dòng)。20m過(guò)后剩余洞口淺埋地段36m采用銑挖法配合微震弱爆破方法貫通。

3.1銑挖機(jī)選型

選用盤道嶺隧道使用過(guò)的德國(guó)艾卡特ER1500-3型標(biāo)準(zhǔn)橫向(XL型)銑挖機(jī)。銑挖頭轉(zhuǎn)速75r/min，可破碎80MPa以下硬度的巖石。ER1500-3型銑挖機(jī)銑挖頭直徑?670mm、長(zhǎng)1000mm、配有48個(gè)破碎錘，整機(jī)自重1750kg。銑挖機(jī)作業(yè)是由工作母機(jī)挖掘機(jī)在大臂前端通過(guò)一塊特制的連接鋼板將挖掘機(jī)大臂與銑挖機(jī)連接，銑挖頭上方裝有液壓馬達(dá)，破碎錘液壓主管路承受的工作壓力不能低于38MPa，在20MPa的壓力下需在達(dá)到300L/min的流量，最大不能超過(guò)320L/min的流量。按照銑挖機(jī)進(jìn)油流量要求，選擇VOLVO EC460B履帶式大功率液壓挖掘機(jī)作為工作母機(jī)。

3.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道進(jìn)入淺埋段前進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)，采用TSP 203PLUS地震波地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，對(duì)開(kāi)挖段前方進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，進(jìn)一步核實(shí)地質(zhì)資料，完善施工技術(shù)方案。在TSP 203PLUS地震波地質(zhì)預(yù)報(bào)后，再采用水平鉆探對(duì)淺埋段工程地質(zhì)和水文地質(zhì)進(jìn)行了復(fù)核，為施工提供可靠的地質(zhì)資料。

3.3施做超前小導(dǎo)管

拱部140°范圍內(nèi)設(shè)置?42超前小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)3.5m。環(huán)向間距3根/m，每1.5m施做一環(huán)。鋼管沿隧道開(kāi)挖外輪廓線布置，外插角10～15°打入圍巖。超前小導(dǎo)管注漿采用水泥砂漿。

3.4施工工藝

施工采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，上臺(tái)階加臨時(shí)豎撐開(kāi)挖。三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖順序自上而下，單工序施工，即先開(kāi)挖支護(hù)上臺(tái)階再進(jìn)行中臺(tái)階、后下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)，中下臺(tái)階2側(cè)馬口邊墻開(kāi)挖支護(hù)完一側(cè)，再進(jìn)行另一側(cè)施工(見(jiàn)圖1)。

圖1 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱加豎撐法開(kāi)挖支護(hù)工序圖

三臺(tái)階開(kāi)挖斷面適用于VOLVO EC460B履帶式挖掘機(jī)ER1500-3(XL)型銑挖機(jī)作業(yè)，施工先在上臺(tái)階開(kāi)挖輪廓線內(nèi)銑挖，上臺(tái)階銑挖完成后，對(duì)中下臺(tái)階周邊進(jìn)行銑挖，對(duì)于中下臺(tái)階中部較硬砂巖采用破碎鍾破碎，離開(kāi)房屋20m以外配合微震弱爆破，不會(huì)對(duì)隧道與民房淺埋層間產(chǎn)生較大擾動(dòng)。初支鋼架分3步形成，開(kāi)挖過(guò)程中能及時(shí)控制圍巖變形，緊急情況時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)應(yīng)急措施。

施工中分部開(kāi)挖、分層切削、及時(shí)支護(hù)，二襯緊跟。嚴(yán)格按照“管超前、短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、快成環(huán)、緊仰拱、勤測(cè)量、速襯砌”的施工原則組織施工，確保安全通過(guò)。

3.5銑挖法工作流程

隧道拱部周邊采用銑挖機(jī)環(huán)狀銑挖，縱向銑挖寬度100～150cm，預(yù)留核心土，然后初噴C25砼厚4cm，安裝拱部Ⅰ20a型鋼鋼架支撐，間距0.6m/1榀。施作系統(tǒng)錨桿L=3.5m，復(fù)噴21cm厚C25砼。初支后銑挖配合機(jī)械開(kāi)挖核心土。上中下臺(tái)階均先銑挖周邊，離開(kāi)房屋20m后對(duì)中間強(qiáng)度較高的巖石配合微震弱爆破，開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺一次一榀鋼架，控制在60cm長(zhǎng)度以內(nèi)。

銑挖法施工步聚如下：①開(kāi)挖上臺(tái)階,上臺(tái)階高3.5m，先對(duì)上臺(tái)階放樣后對(duì)周邊(縱向?qū)挾?.0～1.5m)進(jìn)行銑挖，每次進(jìn)尺0.6m，然后找頂修整初噴C25砼4cm，安裝Ⅰ20a型鋼鋼架，間距0.6m。施作系統(tǒng)錨桿、安裝鋼筋網(wǎng)，打鎖腳錨管，再?gòu)?fù)噴C25砼至設(shè)計(jì)厚度25cm。②開(kāi)挖上臺(tái)階核心土，每2榀鋼架施作1榀臨時(shí)仰拱加立撐，噴射C25砼封閉臨時(shí)仰拱。為方便銑挖機(jī)作業(yè)，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在2～3m內(nèi)。③中臺(tái)階2側(cè)邊墻采取左右錯(cuò)開(kāi)方法先銑挖，寬度1.2m,初噴4cm厚砼。然后對(duì)邊墻鋼拱架進(jìn)行接長(zhǎng)，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度后再微震弱爆破開(kāi)挖中臺(tái)階核心土。左右邊墻錯(cuò)開(kāi)不得大于1m,開(kāi)挖支護(hù)完一側(cè)再施工另一側(cè)，中臺(tái)階長(zhǎng)度控制在2～3m范圍內(nèi)。④下臺(tái)階2側(cè)邊墻先銑挖，寬度1.2m,初噴4cm厚砼。然后對(duì)邊墻鋼拱架進(jìn)行接長(zhǎng)至邊墻腳，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度后再弱爆破開(kāi)挖下臺(tái)階核心土。下臺(tái)階左右邊墻開(kāi)挖錯(cuò)開(kāi)不得大于1.5m,開(kāi)挖支護(hù)完一側(cè)再施工另一側(cè)，下臺(tái)階長(zhǎng)度控制在2～3m范圍內(nèi)。⑤開(kāi)挖隧底仰拱施作鋼拱架噴砼進(jìn)行封閉成環(huán)，每次開(kāi)挖支護(hù)長(zhǎng)度不得大于3m。⑥綁扎仰拱鋼筋施作仰拱混凝土及填充，采用仰拱棧橋施工，每次施工長(zhǎng)度不得大于6m。⑦施作防水層并進(jìn)行矮邊墻混凝土施工。⑧二次襯砌一次澆筑長(zhǎng)度6～9m，二襯后拱頂及時(shí)注漿充填密實(shí)。⑨每日3次對(duì)隧道洞內(nèi)拱頂、周邊收斂進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果及時(shí)指導(dǎo)施工。

3.6工作面通風(fēng)灑水降塵

ER1500-3型銑挖機(jī)未配備灑水降塵裝置，銑挖機(jī)的銑挖頭在工作時(shí)產(chǎn)生大量的粉塵，銑挖作業(yè)時(shí)采用水幕降塵和人工降塵相結(jié)合的方法，由人工手持高壓水管向銑挖機(jī)破碎鍾和工作面澆水，工作面通風(fēng)采取1臺(tái)風(fēng)量為1000m3/min、功率為2×110kW的對(duì)旋式低噪音軸流通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，保證工作面空氣質(zhì)量。

3.7隧道襯砌

隧道進(jìn)口淺埋段二次襯砌設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)加強(qiáng)復(fù)合式襯砌?？紤]鐵路隧道運(yùn)營(yíng)后振動(dòng)影響，二次襯砌由設(shè)計(jì)?20mm主筋改為?25mm鋼筋，間距20cm。二襯拱部預(yù)留注漿孔，二襯后及時(shí)注漿充填，保證拱頂及邊墻背后密實(shí)。仰拱及填充采用棧橋施工，每次開(kāi)挖支護(hù)長(zhǎng)度不得超過(guò)3m，澆筑長(zhǎng)度不得超過(guò)6m。襯砌采用9m全斷面鋼模全液壓襯砌臺(tái)車整板襯砌。

4 監(jiān)控測(cè)量

結(jié)合隧道淺埋段施工的實(shí)際情況，將地表下沉、地質(zhì)與初期支護(hù)觀察、水平凈空收斂測(cè)量、拱頂位移測(cè)量、周邊位移測(cè)量、圍巖與支護(hù)間接觸應(yīng)力測(cè)量、鋼架和格柵主筋應(yīng)力測(cè)量、錨桿軸力測(cè)量作為施工監(jiān)控測(cè)量項(xiàng)目，同時(shí)配備選測(cè)項(xiàng)目所需的設(shè)備。

4.1監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)布置

為保證隧道施工及地表民房安全，施工中必須對(duì)隧道和地表進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。洞內(nèi)在拱頂及左右邊墻設(shè)5個(gè)沉降收斂變形監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)，洞外在隧道左右2側(cè)及民房附近設(shè)38個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。施工期間對(duì)地表位移、沉降及爆破振動(dòng)每天進(jìn)行觀測(cè)，做好觀測(cè)紀(jì)錄。根據(jù)隧道及地表下沉變形量，調(diào)整施工支護(hù)參數(shù)，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，保證施工安全及民房安全。

4.2地表監(jiān)控測(cè)量成果

經(jīng)施工期間2012年10月5日～11月25日對(duì)地表38個(gè)觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，地表最大沉降為21mm，全部集中在隧道中線2側(cè)，民房附近沉降最大7mm，沉降變形正常，滿足隧道地表及民房沉降限值要求，施工安全通過(guò)，民房無(wú)因震動(dòng)或沉降造成坍塌和開(kāi)裂。

5 結(jié) 語(yǔ)

隧道下穿民房淺埋段施工，在民房無(wú)法拆遷時(shí)，采取銑挖法配合破碎錘及微震弱爆破開(kāi)挖，能減少淺埋層圍巖的震動(dòng)，有效地控制地面變形，保證民房沉降開(kāi)裂和隧道施工安全。通過(guò)機(jī)械對(duì)隧道周邊環(huán)形銑挖開(kāi)槽，使隧道周邊與外圍巖體分離，形成一個(gè)支護(hù)作業(yè)空間，減少了爆破對(duì)隧道周邊圍巖的擾動(dòng)。銑挖機(jī)選型經(jīng)濟(jì)合理，使用方便，工效高，滿足工程需要，對(duì)類似工程有借鑒作用。建議在以后選型中選用有自動(dòng)噴水降塵裝置的銑挖機(jī)，以改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，提高空氣質(zhì)量。

2013-07-10

周石平(1974-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事工程管理方面的研究工作。

U213.15

A

1673-1409(2013)28-0085-03

[編輯] 洪云飛