“盖挖法”在铁路隧道下穿既有公路施工中的应用

吴晓华

（山西省文水公路管理段，山西 吕梁 032100）

近年来，我国高速铁路建设突飞猛进，施工技术也快速提升，但铁路隧道下穿技术应用过程中，受周边自然生态环境的局限，铁路与公路交叉工程在施工中存在诸多技术难题。同时，由于铁路隧道施工周期性长，施工过程中会对公路交通带来一定影响，降低高速公路通行能力和行车安全。因此，根据具体隧道的施工特点，研究安全可行的下穿技术具有十分重要的作用和意义。

1 下穿技术特点及研究现状

铁路公路交叉时，需通过下穿技术实现其空间上的平行运营，所以下穿技术是铁路隧道与公路交互运行的有效保障措施[1]。由于隧道项目工程措施复杂,影响因素较多，直接暗挖下穿具有较大安全隐患。同时隧道施工过程中对公路正常运营的无干扰具有一定难度，需综合隧道现场地质、水文、气候等多方面的因素，采取针对性技术手段，结合数值模拟计算，现场监测等多方面因素，才能展开施工。下穿隧道对施工管理要求、施工人员技术水平要求也较高。为提高施工安全性，往往需要加强超前支护，同时降低掘进速度，以保证施工安全。

“盖挖法”施工可较好地解决上述问题，目前该技术在地铁和高铁与公路交叉处的项目施工中得到了一定的应用，效果显著。如张党平等人针对上覆岩土体厚度为4.5 m的石林隧道，提出先拱部明挖施作盖拱，后洞内暗挖通过的施工方法[2]；侯建军等人针对岢临（岢岚—临县）高速公路王家沟隧道盖挖段，采用先架设导坑型钢架再浇筑护拱混凝土的方法形成盖拱[3]；周恒等人结合北固山隧道工程指出盖挖法可用于治理隧道洞口段滑坡，保证连拱隧道中岩墙的稳定与强度[4]。

2 盖挖法施工的优势

2.1 盖挖法工艺原理

“盖挖法”施工方法是先用连续墙、钻孔桩等形式做围护结构和中间桩，然后做钢筋混凝土盖拱，在盖拱保护下进行土方开挖和衬砌结构施工[5]。该方法保证了交叉公路的正常运营，最大限度地减少对既有公路的扰动。

施工时首先从地表明挖至盖拱拱脚底板设计标高，基坑采用台阶放坡法开挖，坡面采用锚喷支护；再修筑土拱模并施作盖拱模板，达到强度要求后对拱部进行土方回填；然后采用左右分幅错台暗挖法进行盖拱下部隧道施工，二次衬砌混凝土施工完毕后回填盖拱顶部土体，施作排水设施并进行地面绿化。

2.2 盖挖法施工优势

“明挖法”与“暗挖法”是山区隧道浅埋段通常采用的施工方法，但二者均存在一定缺点与局限性。“盖挖法”兼具了“明挖”与“暗挖”的施工优点，能在保证支护安全稳定的基础上最大程度减少对周围环境的影响。

相比传统隧道施工工艺，“盖挖”施工具有以下优点：

a）开挖断面较小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降。b）支护结构变形小，可省去隧道的边坡支护，节约施工时间成本。c）有利于保护临近已有构筑物，不影响交叉公路正常运营。d）可减少土方开挖量，降低边坡高度，减少安全隐患。e）有效减少施工周期，降低工程造价。

3 盖挖法工程案例分析

3.1 工程概况

某高速铁路隧道长460 m，隧道进、出口位于沟谷底部，且距离此隧道55 m处山坡上有一既有高速公路正在运营。为了减少边坡开挖量及对既有公路的影响，该隧道进口采用盖挖法施工。

该隧道位于黄土丘陵区，地形沟壑纵横，隧道位于第三系粉质黏土，硬塑-坚硬，具弱膨胀性，隧道进、出口浅埋段围岩分级为V2级，隧道中部相对深埋段围岩分级为V1级，隧道进出口边坡稳定性较差。项目区地表水主要为大气降水地表径流，无常年流水。隧道进口、出口位于沟谷底部，易受降水汇集冲击。

“民以食为天”。一个国家的食品工业发展状况，在一定程度上反映着该国社会生产、科学技术与百姓生活水平的高低。

3.2 隧道盖挖法设计

普通明洞与盖挖段明洞开挖边、仰坡采用相同的临时喷锚支护方式：10 cm厚C20混凝土+Φ6钢筋网，坡率为1∶0.5。

图1 盖挖明洞图

图2 盖挖立面图

套拱采用Ⅰ20工字钢作为支撑骨架，界面厚度为60 cm，采用C20混凝土浇筑而成，工字钢上铺设Ф127孔口管；采用Ф25固定钢筋与孔口管。管棚采用Φ108钢花管。

盖挖法施工段：盖拱采用直径为670 cm，厚度为60 cm的圆弧钢筋混凝土，内部设有Ⅰ18工字钢，间距75 cm。在盖挖法盖拱两侧设置宽210.5 cm，高150 cm的托梁基础。为保证隧道进出口范围内边仰坡的稳定性，在托梁基础下设置直径为80 cm的桩基础，纵向间距2 m。在盖拱、托梁、桩基等框架结构的支撑下，隧道的整体稳定与安全性得到了较好的保证。具体衬砌结构如图3所示。

图3 盖挖衬砌结构断面图

3.3 隧道盖挖法施工

3.3.1 施工准备

该隧道位于沟谷底部，易受降水汇集冲击，施工前应先对地表排水系统进行处理，合理设置地面临时排水设施，并与原自然排水系统顺接，保证排水顺畅且不冲刷坡面。排水系统设置完毕，应在合适位置安装地表测量点位，监测施工中地表下沉及边坡位移量。

3.3.2 边、仰坡开挖

边坡开挖应遵循“边开挖，边支护”，边坡自上而下，分级开挖，及时修整边坡，并对边坡进行喷射混凝土防护。

3.3.3 护拱施工

当基坑开挖至护拱设计标高时，形成弧形土胎，预留10 cm变形量，为保证二次衬砌不侵入建筑限界。当基坑开挖至设计桩号时，开始施作60 cm厚C20钢筋混凝土大管棚护拱，大管棚护拱主要起导向墙和支撑作用。大管棚护拱施工完毕后，开始施工80 cm桩基础，然后浇筑盖梁，最后施作60 cm厚的护拱。

3.3.4 开挖暗洞与初期支护

盖板下暗挖与正常暗挖施工工艺相同，采用台阶法开挖施工，施工流程为：a）开挖上台阶（全部开挖或留核心土）；b）施工上台阶锚杆、钢筋网、钢架、喷混凝土；c）上台阶完成支护后，开挖核心土或开挖下台阶，并在两侧预留马口支撑拱部支护结构；d）单侧超前开挖下台阶马口，并及时施工边墙支护结构成环。施工中严格遵循新奥法施工理念，充分保护、利用围岩自身的承载能力形成自稳，其承载体系为复合式衬砌。

3.3.5 仰拱与二次衬砌施工

开挖并施工完成初期支护后，隧道围岩已基本稳定，此时可将仰拱工字钢与下台阶工字钢采用螺栓螺母进行连接。之后可安装模板，浇筑仰拱。

3.3.6 盖拱覆土绿化

二衬施工完毕后，可对盖拱进行覆土至设计标高，然后进行防排水与绿化施工。

4 结语

本文以某高速铁路隧道下穿既有高速公路工程为例，采用盖挖法施工交叉段落，结合地形、水文、隧道设计参数等分析了盖挖法的施工特点与优势。盖挖法施工可保证新建项目安全顺利通过既有高速公路，减少对周边环境的干扰，降低了施工成本。该施工技术灵活、适应性强，具有项目周期短、安全性较高和性价比高等优点，得到了国内外铁路、隧道施工人员的广泛关注与认可。项目隧道盖挖施工技术总结，可为铁路、公路工程中隧道与路基交叉施工作业起到一定参考作用。