高速铁路偏压隧道出洞方案

卢明轩

摘 要：文章通过对京沈客专东伍岭隧道进口出洞工程的分析总结，重点介绍了偏压式隧道的反压处理及洞内出洞的施工控制技术和安全注意事项，工程施工后满足了施工要求，达到了预期效果，为今后类似工程的施工提供参考。

关键词：反压混凝土加固 超前大管棚 出洞 监控量测

1.工程概况

京沈客专东伍岭隧道进口位于河北省承德市安匠乡，紧邻承唐高速，由于隧道进口段山体十分陡峭近乎于直立山体，不具备进洞条件，故在线路左侧设置一条165m的横洞进行辅助施工。隧道进口与安匠跨承唐高速公路大桥沈阳端桥台对接，洞口段采用偏压式明洞衬砌+倒斜切式缓冲结构洞门。如图1所示为东伍岭隧道进口正面图。

2.隧道出洞总体施工方案

2.1隧道出洞方案比选

2.1.1洞内小导洞出洞

从横洞向东伍岭隧道进口掘进，采用三台阶临时横撑法工法进行开挖；采用双层小导管超前支护措施加固，在开挖至距离明暗分界30m处，采用 5×6m的小导洞开挖贯通。 小导洞采用I22的工字钢钢架加固处理，并施做临时仰拱，小导洞贯通后，及时进行洞口边仰坡开挖防护，并施工作业平台，确保施工安全，同时利用施工平台从洞外进行超前大管棚作业。然后按照三台阶临时横撑的施工方法整体出洞。

优点：洞内小导洞直接出洞，可以节约工期。小导洞断面较小对围岩的扰动轻微，开挖作业的安全性可以保证，洞外施工大管棚作业难度较小，施工质量可控。

缺点：距离明暗分界线5m左右有一处薄弱带，围岩厚度只有2m，施工过程中可能有坍塌的风险，山体为偏压结构，施工过程中可能造成洞身位移。

2.1.2洞外加固后整体出洞

施工洞外反压混凝土里程至明暗分界处，反压混凝土高程超过洞顶高程，对洞身左侧起拱线处最薄弱处围岩厚度约2m处进行包裹加固处理，从横洞向东伍岭隧道进口掘进， 采用三台阶临时横撑法工法进行开挖；采用双层小导管超前支护措施加固，在开挖至距离明暗分界 30m 处扩大开挖面做管棚工作洞室，从洞内施工超前大管棚支护处理，然后按照采用三台阶临时横撑法工法整体出洞。

优点：反压混凝土能平衡整个山体的侧向压力，防止山体的右侧压力过大，对整个洞口造成倾斜位移。洞内超前大管棚的施工能保证整个出洞开挖作业的安全。

缺点：工期过长，洞外反混凝土的施工周期过长。需要进行先进行桩基处理，189根桩施工完毕需要3个月时间，反压混凝土共15层，18000方左右，施工工期需要2个月，会造成洞内施工的滞后，洞内施工长管棚需要扩大隧道半径作为工作洞室，且从洞内施工管棚灰尘较大，管棚角度难以控制，管棚施工质量较差。

综合以上结论，最后决定采用方案二进行东伍岭隧道进口出洞作业：洞门基底采用桩基+预应力锚索，桩基背后回填C25混凝土，侧方偏压段采用回填混凝土作为反压处理，反压混凝土基础采用直径0.8m的桩基进行加固处理；洞门仰坡采用预应力锚索+主动防护；洞门及明洞衬砌回填及反压混凝土均采用C25混凝土。洞内采用超前大管棚超前支护施工，三台阶临时支撑法进行开挖，开挖中加强监控量测，结合洞内围岩量测点数据及时进行信息反馈指导施工，及时采取补强措施，使隧道施工始终处于安全控制之中。具体施工流程如下：洞口底板孔桩→逐级施作锚索及锚固桩→分段施工反压混凝土→施工平台→洞顶临时喷锚→正洞小里程大管棚→开挖及支护→二衬及仰拱施工→暗洞出洞→明洞及洞门→洞口主动防护网→明洞及洞门回填→扩大门洞。

2.2洞外山体加固处理

（1）在山体承压侧即线路左侧段以及隧道基底与地面间的部分采用C25混凝土进行浇筑回填，浇筑区应与现场地形紧密结合并浇筑密实。回填混凝土基底采用C25混凝土换填及桩径80cm的C35混凝土灌注桩灌注桩加固处理。

（2）隧道基地回填混凝土正面设置一排直径150cm，间距2.5m的C35混凝土灌注桩，并在桩间设置预应力锚索。

（3）原则上所有桩桩基础入弱风化凝灰岩≥2m。设计的桩底及桩顶高程依据地质填绘的岩层情况确定，实际位置应以现场验槽确定。

（4）桩间设置腰梁及预应力锚索，预应力锚索设置位置详见横断面图，锚索长度25m，锚固段10m，设计锚固力500kN。

2.3洞内出洞实施方案

由于隧道进口山体垂直陡峭，隧道洞口处于半山腰位置距离地面30m，无法进入设备进行加固处理。故采用先洞内大管棚超前预注浆的超前支护施工，隧道施工至距离明暗分界里程30m时停止掌子面开挖，对掌子面进行整修，形成管棚管棚工作室，同时网喷封闭掌子面及各台阶，然后进行管棚施工。然后三台阶临时横撑法施工出洞，同时保证安全步距紧跟仰拱、衬砌施工。二衬施工距离仰拱为12m，仰拱距离开挖面≤20m，上台阶出洞后进行边仰坡刷坡处理，形成一个稳定的洞口支撑体系，再从洞内至洞外施工中下台阶，贯通隧道。

2.4洞内净空位移量测、拱顶下沉量测

（1）洞内净空位移量测、拱顶下沉量测，主要采用精密全站仪和反射片，净空变化量测应以水平测线量测为主，斜测线为辅双结合的方式进行，利用水平测线和斜测线形成的三角形更能准确的了解围岩的位移变化情况。量测拱顶测点与基准点之间的相应高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值。本次所测高差与初始高差相比较，差值即为累计沉降值。

（2）洞外围岩变形监测：因为东伍岭隧道进口出洞为偏压式结构，故出洞前利用人工在洞外，洞顶、洞口浅埋区、承压区面等四周布设监控量测点，布设间距为2m左右，监控两侧点用锚杆嵌入岩石，外贴反射片。共布设13个点，观测用全站仪免棱镜测量。

（3）监控量测结果：开挖过程中，严格控制循环进尺，及时施作支护体系。同时加强围岩的监控量测，关注围岩变形情况，使所有不安全因素均处于受控状态中。净空变化、拱顶下沉量、及洞外围岩变形情况测应在每次开挖后12h内取得初读数，且在下循环开挖前必须完成。经过系统量测结果统计在开挖过程中，单循环断面最大收敛值为13mm，单循环最大沉降值为9mm，但在24h后趋于收敛无异常变化。噴射混凝土表面无裂缝或仅有少量微裂缝，围岩基本稳定。

3.隧道出洞安全注意事项

（1）隧道洞洞身支护施作后及时进行收敛点和沉降点的布设，并及时测量，随时掌握支护的变化情况，指导和确定下一步支护类型的确定和二次衬砌施作，要做到监控数据及时和施工相结合，确保万无一失。

（2）洞口段土、石方开挖环境复杂，开挖区临近京承高速公路，施工便道，及跨承唐高速特大桥的桥台位置，下方有桥梁抗滑桩的施工，爆破前需跟相邻交叉施工作业人员做好沟通，做好现场安全防护设施，圈定爆破施工范围，放置警戒标志。

（3）出洞后应及时做好边仰坡的稳定工作，要及时对不稳定的围岩做好清危工作，同时对周边围岩做好临时喷锚加固工作，在进行后续施工。

（4）出洞施工过程中要尽块保证围岩封闭成环，要严格控制步距，尽量做到仰拱距离开挖面≤35m，二次衬砌距离开挖面≤47m。

4.结束语

综上所述，东伍岭隧道进口出洞工程共历时27个月，顺利完成。文章结合工程实际情况对这种偏压，地形陡峭的高风险隧道出洞方案及过程进行了系统总结，为类似工程提供了技术支持和经验。

参考文献：

[1]TB10003-2016.铁路隧道设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[2]刘凯.铁路偏压隧道临界状态判定研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2017.