短小隧道出洞施工中用双层小导管超前支护的施工实践

张旭一

（中铁十九局集团有限公司海外事业部 北京 100176）

短小隧道出洞施工中用双层小导管超前支护的施工实践

张旭一

（中铁十九局集团有限公司海外事业部 北京 100176）

介绍新建某某客运专线沈家岭2号短小隧道利用双层小导管作为超前支护直接出洞，代替大管棚由出口反向进洞的施工技术，取得良好的经济效益。施工经验可供同类工程参考。

隧道施工 双层小导管超前支护 大管棚施工

新建铁路线路上一般都有数量不小的短小隧道。1km以下的短小隧道施工时，大多采用从下坡一侧的洞口单侧进洞，从另一侧出洞。为了确保隧道出洞时的施工安全，以往的施工中往往会采用大管棚反向进洞的施工方法，与正面开挖过来的洞身衔接。但是，施做大管棚不但施工成本高，大管棚施工时需要较大型的管棚施工设备，需要修建等级较高的进场施工便道，这无异会提高短小隧道的工程造价，增加了对工程的投入，尤其是出洞一侧洞口外的地形较陡峻时。今以新建某某客运专线沈家岭2号短小隧道的工程实例介绍我们采用双层小导管代替大管棚直接出洞的施工经验。

1 工程简介

新建某某客运专线Ⅳ标段沈家岭2号隧道是一座单洞双线铁路隧道，进、出口里程分别为

DK254+279和DK254+843，隧道长度为564m，隧道处于直线段上，隧道纵坡为＋5.8‰的单面上坡，隧道最大埋深约54m，隧道进、出口分别设计有10m明洞。隧道出口紧邻沈家岭中桥，中桥0号台台尾距隧道出口仅3.7m。

沈家岭2号隧道地处低山丘陵区，剥蚀地貌，地势起伏较大，山体比较陡峭，沟谷呈“V”字形深切，自然坡度一般在12°～28°。隧道的地表分布着第四系全新统（Q4）洪积层和第四系全新统的坡积、残积层，岩层破碎，局部有人工堆积层（Q4ml）杂填土，地表以下分布有上、下更新统（Q、Q1）和第三系上新统（βN2）等地层。沈家岭2号隧道洞内Ⅲ级围岩段长371m，Ⅳ级围岩段长173m。

沈家岭2号隧道施工时由进口单侧进洞，出口出洞，单方向施工。隧道的出口处在25°左右的陡峭高坡上，隧道出口的基底距沟底高差约有29m左右，修建施工便道不但困难，工程量也比较大。

2 施工方法的确定

沈家岭2号隧道正洞的Ⅲ级围岩段采用三台阶法施工，Ⅳ级围岩段采用大拱脚台阶法施工，出洞段采用中隔壁法施工，进出口的明洞段采用明挖法施工。

为了取得用双层小导管代替大管棚出洞的施工经验，我们在沈家岭2号隧道采用了从洞内使用双层小导管配合钢支架出洞的施工方法。

3 洞内使用双层小导管出洞的施工方法

使用双层小导管配合钢支架出洞的施工方法是在距隧道出口30m（里程为DK254+813）的断面处开始的，先打设双层超前注浆小导管，并开始采用中隔壁法施工，一直将隧道开挖至右侧第三层台阶底部超过明、暗洞分界线后停止开挖，喷射厚10cm的C25混凝土封闭掌子面和拱、墙，随后加紧施工后续工序，一直将仰拱和拱、墙衬砌浇筑到明、暗洞分界线。之后从出口洞外用常规方法进行明洞施工，实现明、暗洞对接，完成隧道出洞施工。

3.1 中隔壁法施工程序

中隔壁法施工程序[1]51-53见图1。

图1 中隔壁法施工程序图

中隔壁法施工程序：Ⅰ拱部打设双层超前小导管→1左侧上部开挖→Ⅱ左侧上部初支→2左侧中部开挖→Ⅲ左侧中部初支→3左侧下部开挖→Ⅳ左侧下部初支→4右侧上部开挖→Ⅴ右侧上部初支→5右侧中部开挖→Ⅵ右侧中部初支→6右侧下部开挖→Ⅶ右侧下部初支→Ⅷ浇筑仰拱、拱上填充混凝土→Ⅸ浇筑拱、墙混凝土。

隧道中隔壁法按常规方法施工，本文不再赘述。

3.2 双层超前注浆小导管的敷设

（1）双层超前小导管布置。双层超前小导管分为两层打设：第一层用L＝6.0m、Φ50×5mm热轧无缝钢管按常规方法加工制做，环向间距330mm，外插角45°，每2.0m打设一排，搭接长度2.4m，其作用是加固拱圈以上约5m范围内的围岩；第二层用L＝4.0m、Φ45×3.5mm热轧无缝钢管按常规方法加工制做，环向间距330mm，外插角10～15°，每2.0m打设一排，搭接长度1.8m，其作用与常规的超前小导管相同，加固拱圈以上的围岩，确保隧道开挖的安全。

两层超前小导管在拱部144°范围内敷设。两种超前小导管以前后1.0m的间隔分别打设。即从DK254+813断面开始打设第一层超前小导管，每2.0m打设一排；从DK254+814断面开始打设第二层超前小导管，每2.0m打设一排。

（2）超前小导管注浆参数：双层超前小导管压注水泥浆和水玻璃双浆液。注浆浆液中：水泥浆的水灰比为1∶1；所用水泥为PC32.5R复合硅酸盐水泥；水玻璃用40B´e、模数＝3.2的水玻璃；拌和用水为能够饮用的自来水；水泥浆液与水玻璃的体积比为1:0.75。注浆压力为0.8～1.5MPa。当注浆压力达到1.5MPa并保持5min后才能停止注浆。

3.3 隧道出口段开挖与衬砌施工

（1）隧道出口段开挖与衬砌施工原则。隧道出口段应该按照“控制进尺，控制爆破，加强支护，尽早封闭成环”的原则组织开挖与衬砌施工，并要加强监控量测工作。

（2）隧道出口段开挖施工。隧道出口段应采用人工配合小型机械的方法进行开挖，尽量减轻开挖工作对围岩的扰动，必须进行爆破时要用毫秒雷管分段起爆的方法，严格控制每一段的起爆药量。开挖时每循环的进尺严格控制在1.0m，相邻台阶的宽度控制在3.0m左右，左右两侧台阶的宽度控制在9.0m左右。每层台阶开挖出来以后立即对掌子面和拱、墙噴厚5cm的C25混凝土进行封闭，接着施做初期支护。

中隔壁法施工段的初期支护按Ⅳb双线隧道复合式衬砌参数设计。喷混凝土厚度：拱、墙为25cm，仰拱为15cm；拱、墙部位的钢筋网：用Φ6盘条加工，@＝200×200mm，单层；系统锚杆：用L＝4.0m、Φ25mm的中空注浆锚杆，环×纵向间距为1.2×1.2m；支撑钢架：用I18的工字钢分段加工制作，纵向间距＝1m，用L＝1.5m、Φ25纵向连接钢筋连接，@＝1.0m。

隧道出口段分部开挖时，分段的拱、墙支撑钢架和中间的临时竖撑都要准确对接、焊牢，及时焊接纵向连接钢筋，使初支体系尽早成环。分段安装支撑钢架时，钢架分段节点处和边墙底脚处两侧各安装2根（围岩破碎时可增加至4根）L＝6.0m、Φ50×5.0mm热轧无缝钢管制作的注浆锁脚锚管。锁脚锚管要及时打设，立即注浆，并要与支撑钢架底部牢固焊接。

（3）隧道出口段衬砌施工

根据监控量测提供的数据分析及时进行衬砌施工。在围岩变形逐渐趋于稳定后，拆除中间的竖向临时支撑钢架，在完成仰拱和拱上填充混凝土浇筑以后，尽快组织拱、墙衬砌混凝土的整体浇筑，使二衬尽早封闭。

为提高拱、墙衬砌承载能力，隧道暗洞出口段20m范围内（DK254+823～DK254+833）的二次衬砌按Ⅴa级衬砌类型设置。

4 隧道出口段明洞施工

当隧道出口段衬砌浇筑到明、暗洞分界线以后，停止洞内作业，改由出口从洞外开挖明洞。

隧道出口明洞施工程序[1]33-36：出口明洞边、仰坡清除危石、刷坡→开挖截、排水天沟→明洞边、仰坡坡面挂网、锚、噴混凝土加固→明洞段土石方分层开挖→对开挖出来的边、仰坡分层进行挂网、锚、噴混凝土封闭、加固→仰拱开挖→基坑基底加固处理及承载能力检验→浇筑仰拱钢筋混凝土及拱上填充混凝土→整体浇筑拱、墙钢筋混凝土→混凝土养护→施做防水层和保护层→分层、对称地进行拱、墙外的土方回填。

明洞施工按照常规方法施工。

明洞施工必须注意做好以下几点：

（1）本隧道明洞段土石方采用人工配合小型机械开挖，采用溜槽将弃土溜放到隧道出口陡坡下面的集土仓中，再用车辆将其运走。土石方开挖尽量不实施爆破，尤其是明、暗洞交界处和边、仰坡附近。

（2）当隧道开挖到距暗洞初期支护上方2m时，改由人工挖穿初期支护。施工时，洞内的人员、机械应撤离至安全地带，明洞施工人员应注意施工安全，防止人员坠入预先开挖出来的洞穴中。

（3）隧道出口紧邻沈家岭2号中桥的0号台，应该与桥梁施工单位进行沟通，相互协调，避免发生安全事故和明洞弃渣影响桥梁施工的情况。

5 监控量测工作

为了保证隧道双层小导管出洞段的施工安全，我们把监控量测工作[1]129-140，[2]4-19作为关键工序纳入了施工程序，制定了监控量测工作的实施方案，聘请第三方监测机构，除了按照规范规定的监测项目、方法、频次进行监测以外，我们还对监控量测工作进行了加密和加强。

（1）需要进行的监测项目。隧道出口段的监测项目按照了规范的规定进行。其中洞外的地表沉降、洞内的拱顶下沉、净空变化等为重点监测项目。

（2）需要加密的项目。隧道出口段需要加密监测断面和监测点。将隧道出口段的地表沉降观测断面的纵向间距加密到5m，每条观测断面上监测点的横向间距加密到5m。洞内拱顶下沉和净空变化观测断面的纵向间距加密到5m，观测断面位置要与地表沉降观测断面布置在同一里程上。每个断面上在拱顶布置3个拱顶下沉测点，在每个台阶上布置一条水平测线，两条斜测线，用来观测隧道净空的变化。

（3）在隧道采用中隔壁法施工以后，监测频率提高到4次/d。通过严谨的监控量测工作，在距明、暗洞交接点20m的范围内，洞内拱顶最大沉降实测值为26mm，最大水平收敛值为2.7mm，最大地表沉降值为33mm，均未超出规范规定的范围，证明这种隧道施工方法是安全的。

6 结语

沈家岭2号短小隧道采用由进口单方向进洞的方法施工，一般情况下多采用大管棚反向进洞的方法实现进、出口施工的对接。如此施工需要使用较大型的管棚施工机械，需要修筑等级较高的施工便道。由于沈家岭2号隧道出口地势比较陡峭，修筑施工便道工程量比较大，因而我们尝试了在洞内用双层超前小导管直接出洞的施工方法。施工实践证明这种施工方法是安全的、可行的，具有以下优点：

（1）只需要使用原有的隧道施工机械，不需要再配备大管棚机等施工机械，隧道出口不需要修筑高标准的施工便道和较大的施工场地；

（2）小导管的工、料、机费用远低于大管棚的工、料、机费用。本工程用双层超前小导管代替大管棚施工大约可以节省施工费用16万元左右；

（3）用双层超前小导管直接出洞的施工方法可以缩短施工工期。以本隧道为例，工期大约可以缩短16d左右。

参考文献：

[1]TZ204-2008. 铁路隧道工程施工技术指南[s].北京:中国铁道出版社,2008

[2]TB10121-2007. 铁路隧道监控量测技术规程[s].北京:中国铁道出版社,2007

Application of Double-layer Small Pipe as Pre-Support in the Construction of Short Tunnel Exit

ZHANG Xu-yi

(Overseas Business Department of China Railway 19th Bureau Group Co., Ltd Beijing 100176)

This paper introduces the technique of replacing the using big pipe shed to enter a tunnel reversely from the exit with the using of double-layer small pipes as pre-support to exit the tunnel directly in No.2 short tunnel of Shenjialing section of some newly-built passenger line, which brings good economic benefits. This construction experience can be referenced by similar projects.

tunnel construction double-layer small pipes as pre-support construction with big pipe shed

A

1673-1816(2016)04-0020-05

2016-03-13

张旭一，男，学士，工程师，研究方向隧道施工。