大跨浅埋粉质粘土富含砂粒段施工

张 龙（中铁隧道集团一处有限公司，重庆401121）

1 工程概况

1.1 工程地质概况

兴旺峁隧道设计为单洞双线隧道，起讫里程DK350+115～DK361+170，全长11055m，隧道最大埋深219.51m，地处陕北大地毛乌素沙漠，横跨陕西省靖边和横山两县；设计净高9.4米，最大宽度12.2米，内轨顶面以上净空横断面积为85.65m2，为新建特长铁路双线隧道。本文论述兴旺峁隧道出口洞口段（DK361+170～DK361+100）的施工。

DK361+170～DK361+100施工段区域属黄土梁峁沟壑区, 洞口左侧地势较平缓，右侧为一约50米的冲沟，右侧覆盖层很薄，为2～8米,埋深只有10米左右，属于浅埋偏压地段。隧道出口上覆新黄土、第三系粉质黏土，新黄土具自重湿陷性，湿陷系数δs=0.015～0.098，湿陷等级II级(中等)～Ⅲ级(严重)，局部为Ⅳ级(很严重)湿陷性；下伏白垩系砂岩，全～强风化，呈砂夹碎块状，产状平缓，层理发育，地质成岩作用较差。洞口主要是粉质粘土，且富含砂粒，有一定密实度，所以具有一定的自稳能力，局部出现流砂现象。

1.2 设计参数

兴旺峁隧道按照新奥法原理设计，采用复合式衬砌支护，DK361+170～DK361+100设计为Ⅴ级加强段。洞口设置φ108大管棚注浆加固围岩，大管棚长26m，环向间距30cm；支护参数为：边墙φ22砂浆锚杆，长度L=4.0m,间距1.0m×1.0m，梅花形布置，钢筋网φ8＠20×20cm，全断面设置I20a钢拱架,间距0.6m，φ22连接钢筋，环向间距100cm，内外交错布置，C25喷射混凝土27cm；拱部设置φ42小导管预注浆超前支护,小导管长2.5m,环向3根/m，纵向1.2m设置一环；二次衬砌为C30钢筋混凝土，拱墙厚度50cm，仰拱60cm。

2 洞口施工方案

2.1 施工原则

安全快速的进洞，采取可靠技术措施，确保洞口段施工安全。

2.2 施工方案

由于洞口属第三系粉质粘土，围岩的自支护能力比较弱，甚至没有，所以在该段施工中最重要的是提高围岩的自支护能力。提高围岩自支护能力的基本方法就是控制围岩的松弛、坍塌，其处理原则是：稳定掌子面、及时闭合成环，控制拱顶下沉和周边收敛。

根据工程的地质情况，综合安全、质量、进度、成本各方面因素综合考虑，决定采用三台阶预留核心土法联合临时仰拱、扇形支撑进行开挖支护，其分析如下

在软弱围岩段，隧道拱部开挖后，地表会出现不同程度的下沉。根据受力机理分析，上、中台阶拱架受力情况见图1。

图1 上、中台阶拱架受力

由于地质条件，围岩基本无自稳、自承能力，因此上、中台阶拱架承受着较大的垂直压力和侧压力，容易造成拱顶坍塌和拱脚钢架扭曲。因此在上、中台阶开挖过程中为了抑制拱顶下沉和周边收敛，决定对上、中台阶采取扇形支撑及临时仰拱进行支撑。上、中台阶采取扇形支撑及临时仰拱进行支撑见图2。

图2 上、中台阶采取扇形支撑及临时仰拱

3 施工步骤

3.1 施工顺序

测量放线→洞口边、仰坡开挖支护（套拱底部）→洞口大管棚施作→洞身开挖支护及明洞开挖。

3.2 洞口边仰坡

（1）洞顶截水天沟施工

根据设计及结合地形情况，在洞口上边、仰坡外侧设置与地形相应的截排水沟。洞顶截水开沟先按设计进行开挖，砂浆或喷混凝土临时封闭，待进洞一段距离或洞口变形稳定后，再按设计进行浆砌施工。

（2）洞口边、仰坡施工

开挖：开挖前先按设计对进洞的各个桩点进行复核，对边仰坡进行放样，土石方开挖自上而下顺序分层开挖。土方采用人工配合挖掘机开挖；石方开挖优先考虑人工配合挖掘机开挖，在挖掘机无法开挖的情况下，采用风钻钻孔，弱爆破。洞顶截水沟必需先行开挖，仰坡坡底做临时排水沟，防止洞口积水。

边仰坡随开挖随支护，开挖完成后及时进行喷锚作业，封闭岩面。

初期支护：钢筋网：￠8钢筋，网格间距20cmX20cm；锚杆：￠22砂浆浆锚杆、喷射混凝土：C25混凝土。

3.3 超前大管棚

大管棚参数：布设于拱部120°的范围内，φ108热轧无缝钢管，环向间距30cm，长26m；

导向墙参数：

H（高）×B（宽）=1.0m×1.0m，R=r（开挖半径）；

注浆参数：单液水泥浆的水灰比：0.5：1，注浆压力：0.5～2MPa。

大管棚施工工艺流程图见图3。

图3 大管棚施工工艺流程图

3.4 洞身开挖

洞身开挖采用三台阶预留核心土法施工，上、中、下台阶长度3～5m。在施工中、下台阶时，左右开挖错开1.2m（两榀拱架距离）开挖。三台阶预留核心图开挖示意图见图4。

图4 三台阶预留核心图开挖示意图

3.4.1 上台阶施工

1）超前小导管的施工

按照设计施工φ42超前小导管，进行预注浆加固。采用YT-28风钻钻孔，锤击将小导管从钢架腹部顶入，并与钢架焊接在一起，外插角10°～15°，再将管口用彩条布封堵，待上循环初期支护施工完毕后进行注浆，注浆采用单液水泥浆，水灰比为0.5：1，注浆压力为0.5～2MPa。

2）上台阶开挖的支护

采用人工风镐结合挖掘机进行开挖，尽量减少对围岩的扰动。严格遵循“短进尺、强支护”的原则，控制每循环的进尺在0.6m以内。开挖后立即喷射4cm混凝土封闭，然后架立钢架（φ22＠100cm纵向连接筋与钢架焊接牢固）、挂钢筋网，最后分层分片喷射混凝土至设计厚度。拱架左右两个拱脚打设2根φ4m长的φ42锁脚锚管，锚管注浆，与钢架焊接牢固。

3）扇形支撑的施工

在退后掌子面两榀拱架开始施作临时仰拱及扇形支撑，其中挂网喷射混凝土只进行竖撑和临时仰拱。竖撑采用一面关模喷混凝土。斜撑只施作连接钢筋，钢筋间距100cm，内外交错布置。

3.4.2 中、下台阶的施工

中下台阶施工依据三台阶预留核心图开挖示意图顺序依次施工，这样就可以利用挖机和装载机进行作业，加快施工进度。

4 保证措施

1）洞口段开挖施工中，派有丰富施工经验的技术员跟班作业，对开挖面前方3～5m的围岩地质情况作超前探孔，指导施工，对不良地质段及时采取加强支所措施，防止工作面塌方的发生。

2）每作业班配置一名经培训合格后上岗的专职安全员，对初期锚喷衬砌面进行定期检查，对出现变形裂缝的部位做标记并记录裂缝发展过程，向工程师汇报，由隧道工程师会同监理工程师对裂缝部位进行分析，及时提出补强支护并实施。预防洞身变形过大导致失稳。

3）人工、机械严格依测量放线开挖，最大限度地减少超、欠挖；

4）钢拱架的拱脚要落在实处，必要时在拱脚部位施工混凝土基础，并打设锁脚锚杆。

5）管式注浆锚杆、超前钢插管（锁口锚杆）注浆控制好水灰比及注浆压力，确保注浆饱满；拱顶注浆压力根据隧道埋深及拱架类型确定，一般情况下拱顶注浆压力不超过8kg，拱脚注浆压力不应低于15kg。

6）根据现场围岩及量测情况，及时进行仰拱施作。对于洞口段，应加强量测工作，地表及洞内量测应每天进行两次，并及时将量测结果进行分析，以指导施工。

5 效果

施工过程中进行了围岩监控量测并根据量测数据进行了分析，分析结果表明：该段隧道在开挖后围岩开始产生位移并逐渐增大，随着时间推移，位移速率明显收敛，最终趋于稳定。经统计，量测结果均小于设计容许变形量；洞内初期支护也没有发现任何裂缝，可见，该施工方法是科学合理、安全有效的。

6 结 语

1）浅埋偏压软弱围岩的施工，技术性较强，施工中一定要坚持“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则，采取合理的施工方法和可靠的施工技术，提高施工组织和管理水平，才能保证良好的施工质量。

2）重视量测。根据量测结果掌握围岩的变形情况，及时调整施工方法和支护参数，保证施工安全。

3）在选择开挖方法时，既要考虑到安全和质量，也要考虑到工法的经济性。要根据工程自身的特点，充分考证，采取合理的施工方法和可靠的施工技术，保证安全快速施工。

[1]新建铁路太原至中卫（银川）线施工图设计

[2]铁路隧道施工规范 TB10204-2002 中国铁道出版社 2002.7