孟蕾

摘要： 我國(guó)高鐵建設(shè)中遇有多山地形時(shí)，常在山體中修建隧道以便列車通過。鐵路隧道工程施工中建設(shè)周期長(zhǎng)、技術(shù)難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，為提升效率、減少隱患，需制訂科學(xué)、合理的施工方案。京沈鐵路客運(yùn)專線遼寧黑山縣路段采用隧道穿越山體，隧道區(qū)域分布軟弱圍巖且受降水影響，對(duì)施工帶來較大安全隱患。結(jié)合已有工程，本文從隧道施工的開挖、支護(hù)及監(jiān)測(cè)三個(gè)方面，闡述具體的施工工藝及流程，針對(duì)軟弱圍巖特點(diǎn)，采用密排小導(dǎo)管及管棚體系進(jìn)行支護(hù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道變形，結(jié)果表明施工方案安全、可靠，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： When meeting mountains during the construction of high-speed railway in China， tunneling is the best choice to let the train pass through mountains. In fact， there are many problems in the construction of railway tunnels， such as long project period， high technical difficulties and many safety issues. For the purpose of efficiency and security， scientific and reasonable scheme is needed. Tunneling is chosen when constructing Beijing-Shenyang Passenger Dedicated Line， where located in Heishan County， Liaoning Province. Weak surrounding rock problems are obvious， especially with rainfall. Construction process of excavating， supporting and monitoring is provided， including piperoof-support system and real-time monitor system. The procedure and technology of supporting and monitoring can be applied to similar projects.

關(guān)鍵詞： 隧道施工；軟弱圍巖；開挖支護(hù)；管棚體系；監(jiān)測(cè)

Key words： tunnel construction；weak surrounding rock；excavating and supporting；piperoof-support system；monitoring

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）06-0151-03

0 引言

我國(guó)高鐵建設(shè)中，客運(yùn)專線沿途不可避免要經(jīng)過山地區(qū)域，由于地形的限制，需在山體中修建隧道以供列車通行[1]。由此對(duì)勘察、設(shè)計(jì)及施工階段提出較高的要求，特別是工程建設(shè)過程對(duì)臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)考驗(yàn)較大，對(duì)地質(zhì)及水文情況掌握不夠細(xì)致、設(shè)計(jì)方案及施工組織不夠詳盡，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)較大變形、襯砌剝落等問題，對(duì)隧道的高效施工帶來較大安全隱患，也在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)較多的質(zhì)量問題[2-4]。因此，隧道施工時(shí)應(yīng)制訂科學(xué)、合理的施工方案，保證工程建設(shè)高效、有序、保質(zhì)進(jìn)行。

新建京沈鐵路客運(yùn)專線全長(zhǎng)697km，其中遼寧黑山縣境內(nèi)黑山隧道為單洞雙線隧道，長(zhǎng)440m，最大埋深38.2m，最小埋深2m，具體工程概況如圖1所示。黑山隧道附近山體起伏明顯、基巖裸露，地表多為粉土、粉質(zhì)黏土，下部以凝灰?guī)r、安山巖為主，其中凝灰?guī)r具中等膨脹性，土層分布見表1。隧道區(qū)域圍巖強(qiáng)度較低、產(chǎn)狀破碎、風(fēng)化嚴(yán)重、富含裂隙水，考慮降水影響，施工時(shí)可能出現(xiàn)應(yīng)力及變形過大等問題[5-6]。本文針對(duì)黑山隧道軟弱圍巖施工中潛在的變形隱患，從隧道開挖、支護(hù)及監(jiān)測(cè)三個(gè)方面展開討論，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以供工程應(yīng)用參考。

1 隧道開挖

隧道開挖需按照設(shè)計(jì)圖紙要求開展施工，開挖時(shí)預(yù)留一定變形量，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況而定。

1.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工適用于特殊圍巖地段，具體如圖2所示，其施工工藝為：①架立臨時(shí)鋼架及橫撐，并布置鎖腳錨桿、鋼筋網(wǎng)，設(shè)置徑向錨桿后噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度；②布置拱部鋼架、鋼筋網(wǎng)，設(shè)置徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；③待支護(hù)穩(wěn)定后，利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌注全部襯砌[7]。

1.2 三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法

三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法適用于淺埋圍巖、圍巖破碎地段，具體如圖3所示，其施工工藝為：①開挖隧道上臺(tái)階，每次開挖作業(yè)不超過0.6m，及時(shí)安裝臨時(shí)鋼架進(jìn)行支護(hù)，遇有圍巖破碎時(shí)需做邊墻襯砌；②待上臺(tái)階穩(wěn)定后，拆除臨時(shí)鋼架，左右交錯(cuò)開挖隧道中臺(tái)階，錯(cuò)開距離不超過2m，每次開挖作業(yè)不超過1.0m，單側(cè)開挖后及時(shí)設(shè)置拱架及臨時(shí)橫撐；③待中臺(tái)階穩(wěn)定后，進(jìn)行下臺(tái)階及仰拱施工，形成整體后及時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工。

2 支護(hù)施工

支護(hù)與開挖同時(shí)施工，以減少圍巖變形，防止圍巖在短期內(nèi)松弛剝落[8]。

2.1 超前支護(hù)

黑山隧道開挖前需做超前支護(hù)，軟弱圍巖區(qū)域采用密排注漿小導(dǎo)管加固圍巖，隧道進(jìn)洞前采用大管棚、進(jìn)洞后采用中管棚做超前支護(hù)。大管棚施工時(shí)需設(shè)置2榀I25b型鋼拱架，間距60m，拱頂覆蓋間距20cm的Φ8mm鋼筋網(wǎng)片，大管棚采用Φ108×6mm熱軋無縫鋼管。中管棚采用Φ70×5mm熱軋無縫鋼管，每環(huán)長(zhǎng)10m，環(huán)向間距0.4m，外插角3～5°；中管棚表面鉆有Φ10mm注漿孔，間距14cm，注漿選用水灰比0.5的水泥漿。小導(dǎo)管采用Φ42×3.5mm熱軋無縫鋼管，長(zhǎng)3.5m，環(huán)向間距0.33m，縱向與鋼架交錯(cuò)布置，外插角10～15°；小導(dǎo)管表面鉆有Φ6mm注漿孔，間距20～30cm，注漿選用水灰比0.5的水泥漿；隧道開挖后及時(shí)施工錨噴網(wǎng)和鋼架，并將小導(dǎo)管端部與鋼拱架焊接形成整體。endprint

2.2 初期支護(hù)

初期支護(hù)時(shí)，圍巖拱部采用Φ25mm中空錨桿，單根抗拉承載力不小于180kN，邊墻采用Φ22mm砂漿錨桿，砂漿強(qiáng)度等級(jí)不低于M20，錨桿端部均設(shè)置160×160×16mm鋼墊板。支護(hù)施工流程為：①鉆孔由鑿巖機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度，清除孔內(nèi)及錨桿中雜物，安裝錨桿、墊板及止?jié){塞；②注漿采用水灰比為0.45～0.5的水泥漿或M20水泥砂漿，長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)規(guī)定確定，由注漿泵向錨桿內(nèi)連續(xù)注漿。

為增強(qiáng)錨桿的整體性，需將錨桿端部與鋼架焊接。鋼架由工廠預(yù)制，按設(shè)計(jì)圖紙放樣根據(jù)工藝要求預(yù)留加工余量，焊接時(shí)由鋼架兩邊對(duì)稱焊接以防變形過大。為保證鋼架與地基可靠連接，開挖時(shí)在鋼架撐腳部位預(yù)留0.15～0.2m基巖，并預(yù)先埋設(shè)定位鋼筋以保證安裝準(zhǔn)確，定位鋼筋錨固長(zhǎng)度0.5～1m；鋼架采用16mm厚鋼板連接，上、中、下臺(tái)階各單元連接板采用4個(gè)螺栓連接，仰拱與下臺(tái)階連接鋼板采用8個(gè)螺栓連接，同時(shí)將鋼架與錨桿焊接在一起，并沿鋼架設(shè)Φ22mm縱向連接鋼筋以增強(qiáng)其整體性。

2.3 二次襯砌施工

隧道采用復(fù)合式二次襯砌，采用全斷面襯砌模板臺(tái)車施工，混凝土運(yùn)至隧道內(nèi)后采用泵送方式澆筑二次襯砌。當(dāng)隧道斷面收斂變化速率小于0.2mm/天、拱頂下沉速率小于0.15mm/天時(shí)，圍巖變形較穩(wěn)定后可開始二次襯砌作業(yè)。襯砌混凝土每次施工長(zhǎng)度9～12m，先澆筑邊墻后澆筑拱頂混凝土，由下向上對(duì)稱澆筑，每次澆筑混凝土應(yīng)預(yù)留斜面，斜面寬度為200～300mm，混凝土終凝2h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。

3 監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)工作需與開挖、支護(hù)作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模及設(shè)計(jì)要求確定，主要有地表沉降、拱頂及軌道下沉、隧道凈空變化等[9]。

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

淺埋隧道地表沉降測(cè)點(diǎn)應(yīng)在隧道開挖前布設(shè)，拱頂下沉測(cè)點(diǎn)設(shè)置在拱頂軸線附近，隧道跨度較大時(shí)應(yīng)增設(shè)測(cè)點(diǎn)，地表沉降測(cè)點(diǎn)和隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上[10]，具體如圖4所示。測(cè)點(diǎn)需安裝牢固、易于識(shí)別，監(jiān)測(cè)基點(diǎn)需埋設(shè)在穩(wěn)定的基巖上。監(jiān)測(cè)頻率及相對(duì)變形允許值見表2。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

隧道開挖時(shí)對(duì)斷面收斂變化及拱頂下沉進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5。可以看出，斷面收斂變化及拱頂下沉的趨勢(shì)近似于對(duì)數(shù)曲線，隨著隧道逐漸開挖，其變形逐漸穩(wěn)定[11-12]，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)均滿足安全施工要求。

4 結(jié)論

新建京沈鐵路客運(yùn)專線穿越遼寧黑山時(shí)采用單洞雙線隧道，由于圍巖松散破碎且受降水影響較大，故對(duì)施工期間支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性能要求較高，施工時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)裂縫而影響結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)營(yíng)安全。結(jié)合已有工程，本文從隧道開挖、支護(hù)及監(jiān)測(cè)三個(gè)方面闡述了隧道施工的具體方案及工藝，并對(duì)隧道變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明該施工方案是安全可靠的，為類似工程應(yīng)用提供了參考。

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