王明慧，李敢，李大平

(1．渝黔鐵路有限責任公司，重慶400014;2．中國鐵建十六局集團有限公司，北京100018)

渝黔鐵路白楊灣隧道下穿高速公路綜合施工技術

王明慧1，李敢2，李大平2

(1．渝黔鐵路有限責任公司，重慶400014;2．中國鐵建十六局集團有限公司，北京100018)

鐵路復雜地質淺埋偏壓隧道下穿高速公路施工，既涉及施工安全與質量問題，又要確保既有高速公路在通車情況下防沉降、防坍塌、防止交通事故的問題。本文以重慶至貴陽鐵路擴能改造工程白楊灣隧道下穿高速公路為例，從實施方案論證、開挖方法選擇、施工技術應用、確保暢通措施、安全技術管理等方面論述了施工過程中采取的相應對策與技術措施，可為類似工程施工提供借鑒。

鐵路隧道 復雜地質 淺埋偏壓 下穿 高速公路 施工技術

1 工程概況

渝黔鐵路白楊灣隧道全長420 m，起訖里程DK27 +930—DK28+350，明暗分界里程分別為DK28+085和DK28+204。白楊灣隧道下穿重慶二環(huán)高速公路，下穿段里程為DK28+038—DK28+074。二環(huán)高速是重慶“二環(huán)八射”高速公路中的重要組成部分，雙向六車道，設計速度100 km/h，路基寬度33.5 m。公路與鐵路交叉點里程為公路K107+632(鐵路DK28+ 056)，平面斜交76°(圖1)。

圖1 隧道下穿高速公路段施工平面布置

白楊灣隧道通過高速公路地段為泥巖夾砂巖，地層巖性單一，單斜構造，右側順層偏壓，工程地質條件一般。隧道埋深淺，約3 m。交通組織及施工安全防護要求高，施工進度要求快，公路恢復標準要求高。江津區(qū)新建φ800燃氣管道在隧頂通過，要求2014年1月底之前提供隧頂埋設管道條件，工期緊。設計采用明挖方式通過，高速公路段隧道開挖寬度37 m。為安全穿越高速公路，確保施工安全及公路運營安全，擬采取半幅封閉半幅施工，高速公路交通組織安全及安全防護是重點。

2 明挖段隧道總體施工方案

白楊灣隧道施工從隧道進口開始，先施作高速公路段明洞段，再施工暗洞段。施工順序:根據(jù)地方拆遷進度，拉槽坡道DK27+920—DK28+028明挖段(作為通道)及施作該段邊坡臨時排水設施;施作白楊灣隧道DK27+980—DK28+028明洞段仰拱，作為施工及臺車拼裝場地，并施作集水井;準備工作完成后，封閉珞璜至支坪方向車道(內圈)，從最近的開口交通組織轉換后，車輛從支坪至珞璜方向(外圈)單道雙向通行;明洞開挖至DK28+056(同時施作鋼管樁防護)，施工完成后及時回填并施作高速公路瀝青路面;待開通珞璜至支坪方向車道(內圈)并單道雙向通行后，封閉支坪至珞璜方向車道(外圈)，明洞施工至DK28+ 085，明洞施工完成回填后及時施作瀝青路面并恢復高速公路雙道雙向通行。隧道明挖施工采用控制爆破、破碎錘配合開挖土石方，重點監(jiān)控地表沉降。

根據(jù)圍巖條件和斷面大小，本段隧道明洞采用明挖法組織施工，其主要分項工程施工流程為:測量放樣→公路防護→洞身開挖(同時施工鋼管樁)→邊坡臨時支護→仰拱開挖及襯砌→二次襯砌施工→防水施工→回填夯實→路面恢復通行。

3 主要施工方法及工藝

3.1 隧道下穿高速公路段明挖施工及防護

白楊灣隧道下穿二環(huán)高速公路，分兩個階段實施明洞施工(圖2)。

圖2 明洞開挖及防護

1)第1階段。隧道開挖至DK28+056，橫向在距開挖線0.5 m處采用長16 m、間距50 cm的φ200 mm鋼管樁及錨噴網(wǎng)支護，這樣既可保證未封閉側道路的安全，也可保證施工安全。采取分層開挖并及時封閉邊坡，將隧道襯砌施工至DK28+056。施工完成后及時回填并施作瀝青路面。

2)第2階段。隧道開挖至DK28+085，邊仰坡采用錨噴網(wǎng)支護。隧道襯砌施工至DK28+085，及時回填并施作瀝青路面。

3)隧道下穿高速公路施工完成并驗收通過后，恢復高速公路原設施及防護措施，拆除各種施工銘牌、標牌等。

3.2 明洞施工方法及工藝

明洞開挖采用明挖法施工，具體工藝流程見圖3。土方開挖采用挖掘機，裝載機配合，自卸車運輸。施工前，先按設計圖紙測量放樣，確定開挖施工界線，并將開挖范圍內的路面及雜物清除，清除后的雜物根據(jù)現(xiàn)場工程師的要求在指定的棄土場內妥善處理或堆棄。清表工作結束后，及時開挖截水天溝和臨時排水溝，做好地面排水，防止地表水沖刷開挖邊坡，影響邊坡穩(wěn)定。在開挖的同時，隨時監(jiān)測邊仰坡的穩(wěn)定情況，如有坑洼積水時，應予以處理，但不得用土石方填筑，以免堵塞排水溝渠，影響施工安全。明洞開挖的棄土，不得堆放在邊坡、仰坡上方，應堆棄于指定的棄渣場內。

石方開挖要從上至下分層開挖，可由挖掘機挖裝，自卸車運輸，軟石可先用裂土器松動，然后用裝載機或挖掘機裝渣。石方需爆破時，采用控制爆破開挖，只能放小炮或采用松動爆破。

施工時，根據(jù)實際地質情況及開挖斷面，按如下方式開挖:對于面層風化巖、軟石用挖掘機或鑿巖機開挖;石方較為零散、小方量地段采用機械鉆眼放小炮開挖;對于開挖斷面小，邊坡高在5 m以內的石方地段，采用氣腿式鑿巖機鉆孔，進行小梯段淺孔松動爆破;對于開挖高度在5 m以上，巖石整體性好的地段，采用潛孔鉆機鉆孔，進行大梯段深孔松動爆破，爆破采用塑料導爆管電毫秒雷管實施微差爆破;距離設計邊坡面1～2 m時采用光面爆破。在正式爆破施工前先進行試驗，以便確定各項爆破參數(shù)。

圖3 明洞開挖施工工藝流程

3.3 邊坡及直墻臨時防護施工

線路左右側及橫向垂直臨時開挖面邊坡采用噴錨網(wǎng)防護，支護參數(shù)如下:噴混凝土厚8 cm，采用φ8鋼筋網(wǎng)和φ22砂漿錨桿。

1)錨噴施工

在邊坡面開挖出渣后，盡快安設錨桿。錨桿安裝采用風槍鉆孔，人工安設，注漿泵注漿。根據(jù)設計要求，錨桿直徑為22 mm，按1.2 m×1.2 m呈梅花形布置，每根長度4.0 m，并整直、除銹和除油，外端采用墊塊;采用φ8的鋼筋，加工成25 cm×25 cm網(wǎng)片，每片大小2.0 m×1.5 m，扎絲綁扎和點焊連接。網(wǎng)片間搭接長度為不少于1個網(wǎng)格，與錨桿或其它固定裝置連接牢固，噴射混凝土時不能晃動。鋼筋網(wǎng)安裝規(guī)整順直，與初噴混凝土表面保持3 cm的間距。

2)鋼管樁施工

在距離開挖線0.5 m處，采用φ200 mm鋼管樁與錨噴網(wǎng)支護。鋼管樁間距50 cm，長16 m。鋼管樁采用鉆機打孔，鉆孔直徑220 mm。鋼管安裝后，采用C20混凝土灌注，地面用30 cm×30 cm的圈梁聯(lián)結，邊坡采用噴錨網(wǎng)防護。

3.4 高速公路工程恢復

按設計圖紙要求，隧道直墻以下部分采用M10漿砌片石回填，頂部設置50 cm厚碎石反濾層。按《公路工程技術標準》(JTG B01—2003)、《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30—2004)等技術標準填筑路基，高速公路管理部門驗收合格后，才能進行路面結構層施工。路面結構層按高速公路原標準施工，瀝青路面兩端均搭接10 m寬進行過渡。路面結構見圖4。

圖4 高速公路路面結構(單位:cm)

按原標準恢復高速公路排水系統(tǒng)及防護柵欄等工程。公路排水溝采用M7.5漿砌片石砌筑，尺寸與原排水溝相同。土路肩采用C20混凝土加固，厚度為10 cm。防護柵欄按原公路防護柵欄標準恢復。針對開挖后回填的公路邊坡，采用M7.5漿砌片石人字截水骨架進行防護施工。

4 隧道結構安全分析

計算所采用的軟件是“同濟曙光——公路隧道設計系統(tǒng)”。規(guī)范依據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》(JTG D70—2004)。

4.1 結構內力計算

結構內力采用桿系有限元法計算，計算工況:圍巖壓力+襯砌自重+地層彈簧。計算參數(shù)如下:①隧道斷面為兩車道標準斷面設仰拱(二襯)分離式隧道斷面，其參數(shù)見表1。②襯砌材料參數(shù)見表2。③地層彈性抗力系數(shù)為150.0 MPa/m。④荷載，頂左垂直壓力?。?23.0 kN/m2(按最不利情況考慮荷載掛120級，換算荷載為56.818 kPa)+66 kPa(3 m土層豎向重力22×3=66 kPa);底左、底右垂向均為彈簧約束，無壓力;左上水平側壓力20.0 kN/m2;左下水平側壓力75.0 kN/m2;右上水平側壓力－20.0 kN/m2;右下水平側壓力－75.0 kN/m2;主動土壓力系數(shù)取0.3;頂部、左側、底部、右側圍巖壓力折減系數(shù)均為1.0。圍巖壓力二襯分擔比例為1，初襯分擔比例為0。

選取145個單元計算當前工況的襯砌內力包括軸力、彎矩、剪力，計算結果均符合設計及規(guī)范要求，內力分布如圖5所示。

表1 隧道斷面參數(shù)

表2 隧道斷面襯砌材料參數(shù)

圖5 內力分布

4.2 配筋及正常使用極限狀態(tài)計算

依據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》按單一安全系數(shù)極限狀態(tài)設計方法計算。配筋方式為對稱配筋。荷載組合:永久荷載+基本可變荷載+其它可變荷載。鋼筋混凝土結構構件的強度安全系數(shù)(混凝土抗拉)和(混凝土抗壓)分別取2.00和1.70。配筋相關參數(shù):①混凝土強度等級C25，受壓區(qū)及受拉區(qū)保護層厚度35.0 mm。②鋼筋采用HRB335(d=8～25 mm)，為螺紋鋼筋，直經(jīng)22.0 mm。③鋼筋混凝土結構構件最大裂縫寬度允許值δfmax取0.20 mm。

配筋及正常極限狀態(tài)主要驗算各節(jié)點、極值點處配筋情況和素混凝土結構強度。計算結果說明要采用鋼筋混凝土，并加大配筋率。

4.3 節(jié)點位移計算

節(jié)點位移變形最大值水平方向為1.39 mm，豎直方向為－5.46 mm，綜合方向為5.46 mm，符合規(guī)范要求。

4.4 計算結果

1)當二次襯砌用素混凝土，部分單元的抗拉強度不滿足要求，必須使用鋼筋混凝土。

2)當二襯配筋時，最小配筋面積為1 508 mm2/m，配5根直徑22 mm HRB400級鋼筋可以滿足要求。

3)配筋后最大混凝土單元裂縫最大寬度為δfmax= 0.217 mm＞0.2 mm，稍微超出規(guī)范要求。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)，應將配筋率加大，并將鋼筋直徑減小，因此考慮本襯砌截面尺寸較大(800 mm)，可適當提高配筋率。采用10根φ20 mm的HRB400級鋼筋可滿足規(guī)范要求。

4)隧道二次襯砌結構最大水平位移為1.39 mm，最大豎向位移為5.46 mm，在可以接受范圍。

綜上所述，只要結構配筋滿足本計算的最小配筋要求，白楊灣隧道在其上部高速公路恢復通車運營后，能滿足隧道結構運營安全要求。

5 安全措施

1)施工期間加強監(jiān)控量測(主要是既有高速公路地表的變形監(jiān)測)，如有異常應立即停止施工，分析原因并及時反饋給高速公路運營管理部門，采取相應措施，以確保隧道施工安全和高速公路運營安全。通車后對隧道襯砌和高速公路地表應持續(xù)進行變形監(jiān)測，0～3個月保持每周監(jiān)測1次，3～6個月每2周監(jiān)測1次，6～12個月每月監(jiān)測1次。

2)隧道采用明挖法施工，應加強明洞基坑開挖防護，特別是對公路橫向端頭的防護，爆破時嚴格按照要求進行防護。

3)隧道襯砌施工必須嚴格按設計圖紙施工。隧道澆筑完成后回填時，應采用易碾壓密實的土回填，不得使用振動壓路機回填碾壓，以免對隧道結構產(chǎn)生不利影響。同時注意隧道襯砌背面及地表的防排水施工，保證排水通暢，防止隧道襯砌漏水。

4)待隧道襯砌混凝土強度達到設計的75%以上時，才能回填碾壓;待隧道襯砌混凝土強度達到設計的95%以上且高速公路通過驗收并做好防護設施后方可通車。

5)交通安全設施及標志的設置應按照重慶市運營高速公路施工作業(yè)管理規(guī)范執(zhí)行。

6)在施工前方應增設“大型車輛靠左行駛”標志，誘導大型車輛避開隧道開挖公路橫向端頭車道。

7)繞城高速應急車道寬度為3 m，單道雙通利用其作為轉換車道，建議加寬應急車道。

6 結語

重慶至貴陽擴能改造工程白楊灣隧道DK28+ 038—DK28+074于2014年5月中旬順利下穿重慶二環(huán)高速公路，標志著下穿方案選擇、綜合施工技術應用及各項安全保障措施取得了成效。所采取的綜合施工技術解決了在地質條件復雜的情況下淺埋段隧道下穿高速公路安全風險極高、施工技術復雜等難題，可供同類工程施工借鑒。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．GB 50010—2010混凝土結構設計規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［2］中華人民共和國交通部．JTG D70—2004公路隧道設計規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［3］中華人民共和國交通部．JTG H30—2004公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［4］中華人民共和國交通部．JTG D30—2004公路路基設計規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2005．

［5］中華人民共和國鐵道部．TB 10304—2009鐵路隧道工程施工安全技術規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［6］關寶樹．隧道工程施工要點集［M］．北京:人民交通出版社，2011．

［7］王明慧，朱永波．渝萬鐵路客運專線淺埋隧道施工技術［J］．鐵道建筑，2014(4):75-78．

(責任審編李付軍)

U455

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．23

1003-1995(2015)03-0080-04

2014-08-22;

2014-11-16

王明慧(1964—)，男，湖北京山人，教授級高級工程師，博士。