超浅埋暗挖隧道下穿河道施工技术研究

高伟强

（中铁二十三局集团第三工程有限公司，成都611130）

1 引言

超浅埋隧道下穿河道，施工最大的风险就是安全风险。合理的施工方案需因地制宜，本文就格鲁吉亚现代化铁路项目T7 隧道下穿河道段超浅埋、地表水丰富、断面大、地质条件差的特点，阐述了采用三台阶七步开挖法配合拱部护拱备用方案顺利通过了河道段的应用实例。

2 工程概况

T7 隧道位于格鲁吉亚现代化项目，起止里程为Km17+100～Km19+233，隧道全长2133m，双线隧道，设计坡度13.1‰。隧道Km17+702～Km17+775 段下穿河道，该段隧道位于半径R=470m 右偏曲线上，长度73m，埋深3～5m，属于超浅埋隧道。

T7 隧道下穿河道段埋深浅，地质条件差，溪流常年流水。为了更充分地了解隧道下穿段的地质情况，在下穿段进行了地质钻孔，分别于里程Km17+716 和Km17+756，孔深15m。

3 施工风险分析

3.1 隧道超浅埋

隧道埋深距顶部溪流仅3～5m，隧道开挖过程中的震动容易引起隧道塌方。

3.2 大断面

该隧道开挖断面为138m2，随着隧道的开挖，对隧道围岩影响巨大，极易造成隧道垮塌。

3.3 地质条件差

通过两个地质钻孔调查可见，地表以下8m 均为饱和性砂砾层，8～15m 为淤泥和全风化的灰色粗粒砂岩，开挖过程中自稳性很差，遇水将全面崩解。

3.4 河道常年流水

隧道下穿的河道常年流水，流量随季节变化为2～30m3/s。施工过程中丰富的地表水非常容易造成塌方突水事故。

4 下穿方案研究

4.1 河道改移

无论采用哪种方案，都需要将河道进行改移。根据现场测量调查，将既有河道从上游改移延小里程山体坡脚经Km17+690 处与下游连接。施工在河道水流量最小的季节进行。

4.2 开挖方案的选定

开挖方案拟定了3 种：①整段采用明挖法施工，明挖长度73m，施作永久性混凝土水沟约200m。优点：安全风险低。缺点：工程造价大，工期长，附近村道中断。②采用先护拱后暗挖的综合施工方法。对超浅埋段隧道拱顶120°范围进行护拱施工，护拱施工完成后进行暗挖施工。采用机械开挖，减少对围岩的扰动。优点：施工安全系数高，工程量相比方案①少。缺点：护拱需要施作至少90m，工程造价仍然较大，村道仍需中断。③主要采用三台阶七步开挖，护拱方案作为备用方案。开挖采用机械开挖，加强超前支护，对拱顶进行注浆固结，增强初期支护。若掌子面出现塌方冒顶，再进行护拱施工。优点：不破坏原地表，工期最短，工程量造价最小。缺点：虽然有塌方冒顶风险，但埋深很浅，即便是发生塌方，塌方量会很小，安全风险可控。最终，经过经济分析和施工模拟比对，选用了方案③。

5 施工过程控制

5.1 加强超前支护

掌子面开挖施工前，需在拱顶及两侧拱腰进行5m 长的超前地质钻孔，如果探孔发现前方出现不饱和性砂砾层，将进行超前小导管注浆、固结，超前小导管采用φ42 花钢管，每环35 根，每根长4m，由原设计每2.4m 施作一环改为每2m 施作一环，然后进行注浆，待到地表或者洞内开挖面有浆液冒出时停止注浆。

5.2 开挖及支护

开挖采用破碎头施工，减少围岩扰动。开挖进尺控制在0.5～1.0m，满足1～2 榀钢拱架安装即可。出渣后对掌子面进行排险、喷射混凝土封闭，厚度不低于5cm，封闭后立即进行初期支护。初支参数：I20a 钢拱架，拱架间距0.5m，双层φ8 钢筋网片，锁脚锚杆由原设计φ25 增强为φ32 钢筋，以增加钢拱架的承载力，喷射混凝土厚度25cm。二衬设计为φ30 钢筋混凝土，主筋φ25 双层钢筋，拱墙55cm，仰拱60cm。

5.3 围岩变化应对措施

若围岩变差，拱顶出现下沉时，对两侧拱脚设置扩大拱脚，以增加钢拱架的承载力，防止拱顶下沉；若围岩进一步变差，初支两侧出现较大收敛时，增设临时仰拱，以控制初支收敛；若初支或掌子面围岩松散，发生局部坍塌时，对坍塌区域打入注浆管进行注浆固结并喷锚，防止进一步坍塌[1]。

5.4 备用护拱施工

隧道暗挖时若上台阶掌子面出现塌方冒顶，待塌方稳定后，于塌方处往大里程方向开挖护拱边坡，开挖后进行喷锚支护。边坡开挖完成后在隧道拱部以上120°范围施作钢筋混凝土护拱，护拱厚度40cm，采用25 钢筋混凝土浇筑并做防水处理，护拱两侧施作2m 宽扩大拱脚。护拱施工长度根据塌方范围确定。拱架地基承载力检验不合格时，对地基进行注浆固结处理。护拱施作完成后进行分层回填压实。

5.5 隧道安全距离控制

隧道开挖过程中要控制好安全距离，上中台阶之间要保持在10m 左右的距离，中下台阶之间要保持在20m 左右的距离，下台阶距离仰拱位置4m 左右，衬砌与仰拱之间保存两板衬砌的距离在20m 左右。

6 监控量测

6.1 洞内监控点布置方案

隧道内的监控量测点设置距离为5m，布置的点位主要在隧道拱顶，拱腰及仰拱位置（见图1）。

图1 洞内监控布置点

6.2 监测周期

在初期支护完成后，需要立即按照埋设点位埋设监控量测点，监控量测周期为每天2 次，待二衬施工通过后，控制点每天监测1 次并连续监测1 周，1 周后数据无变化，可停止监测，若监测点数据仍有变化则持续监测，并分析原因同监理和设计单位商讨解决办法。

6.3 监测结果分析

下穿施工从开工至安全通过共用时71 天，监测工作持续进行。通过监控数据得知，隧道拱顶沉降数据非常稳定，从数据来看都是测量误差；隧道收敛平均发生了1.3～3.8mm 收敛值，施工安全风险得到了有效控制。

7 结语

新建双线铁路隧道在浅埋下穿既有线施工时最重要的就是安全问题。从T7 隧道安全顺利地通过超浅埋段施工总结出以下几点内容：①充分分析施工风险，做好地质调查，明确施工方案。②施工前首先要解决地表水对施工的影响，减少外部施工影响，加强超前支护施工，增强围岩的自稳性，有助于开挖时减少对地层的扰动。③三台阶起步开挖法预留核心土，全程破碎锤开挖，最大限度减少对岩层的扰动并控制了超欠挖，开挖进尺严格控制在0.5～1.0m，加强初期支护拱架间距0.5m，锁脚锚杆增强为φ32，喷射混凝土快速封闭成环。各台阶、仰拱、二衬保证严格控制安全距离使施工稳步进行，施工进度达到平均1m/d。此方案造价最低，安全风险可控，对外部影响最小，施工进度最快。④监控量测为施工方案变化提供依据，施工全程不可或缺。