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技术文章
 
 

联合隧道超浅埋偏压段明洞暗做施工技术

2015-6-26 点击次数：[1350]
 
    1 ·工程概况
    厦深铁路惠深段联合隧道位于深圳市龙岗区山塘陵园境内，起讫里程DK476 + 860 ～ DK477 + 845，隧道长985 m。DK477 +090 ～ DK477 + 200 段设计采用明挖法施工，其中DK477 + 090 ～DK477 + 170 段地势陡峭，右拱顶覆盖层厚0． 5 m ～ 1． 5 m，DK477 +170 ～ DK477 + 200 段地势平坦，拱顶外露0． 2 m ～ 1． 0 m。
    隧道山坡表层为第四系全新统坡残积层( Qdl + el4) 粉质粘土砂夹石，褐黄色、硬塑，厚0． 5 m ～ 2． 5 m，系山塘陵园内道路修筑时弃土，下伏石炭系下统大塘阶( C1dc) 粉砂岩夹页岩，褐～ 褐黄色，局部夹黑色、碳质页岩，全～ 强风化，厚10 m ～ 14 m，地层呈土状或岩层破碎、岩质较软、遇水易软化，长期暴露易崩解，浅埋地段，地表沟谷雨季易集水径流下渗，软化围岩，洞顶易掉块、变形甚至冒顶或坍塌。明挖段地表植被发育，DK477 + 090 ～ DK477 + 170段自然山体陡峭，横坡呈40°～ 60°，与左侧相对高差较大，典型偏压超浅埋结构断面见图1。DK477 + 170 ～ DK477 + 200 段地势较平坦，植被较少，隧道线右10 m 有一条陵园内既有公路通过。场地内未见常年性地表径流或稳定地表水体，仅在雨季于丘坡表面形成短时洪流，向谷地低洼处排泄，雨后自然消散。隧道区地下水类型为松散岩类孔隙潜水及基岩裂隙水。
            
    2· 施工方案比选
    2． 1 原设计情况
    该明挖段位处山塘陵园内，原设计采用明挖施工，围岩设计为Ⅴ级，最高开挖高度32 m。DK477 + 170 ～ DK477 + 200 段拱顶裸露，DK477 + 090 ～ DK477 + 170 段自然山体横向陡峭，且结构松散，与左侧高差达5 m ～ 9 m，形成了显著的地形式偏压结构，造成该段右侧侧压力较大。明洞临时边仰坡采用锚喷混凝土加固，支护参数为: C20 网喷混凝土厚10 cm，Ф6 钢筋网，网格间距25 cm ×25 cm; 22 砂浆锚杆长L = 4 m，间距1． 5 m × 1． 5 m，梅花形布置。穿越明挖段施工正值雨季，明挖法施工隧道偏压情况严重、临时防护工程量大、工期长、安全风险高，不利于满足该隧道施工安全、工期总体要求及运营期间安全要求; 同时，若大面积开挖，陵园管理单位不予同意，必须改变工法。
    洞口偏压一般的处理措施是对偏压一侧的山体进行回填，但具体到该工程，由于DK477 + 090 ～ DK477 + 170 段左侧存在较大偏压，洞身埋深仅0． 5 m ～ 1． 5 m，且为全风化粘土，如果实施简单常规的回填，则造成洞顶松弛荷载加大、开挖过程中很可能引起洞身塌方，如果实施明挖、洞身左侧将形成18 m ～ 32 m 的高边坡，明挖过程很可能引起边坡坍塌。
    2． 2 优化方案
    通过优化，拟确定该段洞身采取“明洞暗做”法综合施工措施，即先施作拱顶偏压侧填土( 素粘土+ 10% 水泥改良土) 4 m后，将坡脚支挡并从原地表施打横斜向锚杆; 超前支护采用89管和50 双层小导管; 再采用三台阶七步法进行开挖，分部开挖;初期支护采用Ⅰ20a 工字钢钢拱架; 中、下导坑设22 砂浆锚杆，洞顶露出地表的，中导坑系统锚杆变更为42 小导管，以确保该段隧道施工和使用安全。
    3· 施工方法
    3． 1 施工工艺流程
    清表→拱顶回填素粘土+ 10% 水泥改良土→分层碾压→左右侧回填部分边坡支挡→横斜向组合中空锚杆施打→洞内土体开挖→初期支护→仰拱、仰拱二次衬砌、填充→拱墙二衬。综合处治后隧道横断面示意图见图2。
            
    3． 2 施工控制
    主控隧道地表处理工作，除对高边坡处进行卸载和对浅埋处进行填土碾压反压外，主要做好洞顶的防排水工作，做好排水天沟，对洞身穿越的地表进行防水覆盖，防止和最大限度地限制降水渗透至隧道洞身内，改变洞身土体的自稳性，对初期支护造成较大变形，增加施工中的安全风险和质量隐患［1，2］。隧道内开挖严格施工工法，控制单次循环进尺，做好超前支护，及时封闭，加强监控，仰拱和二次衬砌紧跟［3，4］。
    1) 清表。将原地面植被采用挖机进行清除，坡度大于15°时挖台阶后进行碾压，压实度不小于95%。
    2) 拱顶回填素粘土+ 10% 水泥改良土。水泥采用P． O42． 5普通低碱硅酸盐水泥，现场在回填部位以外与素粘土搅拌均匀，严格控制水泥掺量不小于10% 和压实度，倾倒至回填地段后整平、分层碾压，每层厚度不得大于30 cm，填挖结合段，分段分层设置台阶，每侧回填宽度必需宽出隧道边5 m 以上。
    3) 左右侧回填部分边坡支挡。线路左侧为尽量减少偏压带来的负面作用，需对一部分土体进行卸载，卸载后的边坡进行锚喷网支护，同时卸载边坡中间设置一个2 m 的台阶，防止雨季出现边坡滑坍; 线路右侧回填部位为了确保土体边角稳定，设置C25片石混凝土挡墙，挡墙底部基础嵌入深度1． 5 m，上部高度2． 5 m，挡墙自下向上厚度由2． 0 m ～ 1． 2 m 渐变，垂直角度为20°。同时挡墙上设置两排泄水孔，间距1． 5 m，梅花形布置，泄水孔采用预埋50 PVC。
    4) 施打横斜向组合中空锚杆。25 组合中空注浆锚杆由杆体、止浆塞、垫板、锚头、护套、螺母组成，采用凿岩机钻孔，钻进至设计深度后，高压风清孔; 检查孔中是否有异物堵塞; 若有，应清除干净，再将锚杆插入孔内，锚杆外露长度满足安装止浆塞、垫板螺栓为宜; 将止浆塞通过锚杆外露端打入10 cm 左右，安装垫板及螺母，此时不宜上紧。开动注浆泵注浆，整个过程应连续不停顿，一次完成，观察到浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值，即可停泵，采用中空锚杆专用注浆泵往中空锚杆内压注水泥浆，砂浆随拌随用。灰浆达到设计强度后，上紧垫板及螺母。考虑此明挖段洞顶部位围岩均为全～ 强风化，为软弱围岩，需隔孔钻进，防止因向岩体注水太多导致围岩滑坍，锚杆长度宜控制在4． 5 m 左右。
    5) 洞内土体开挖。开挖采用三台阶七步法进行开挖，分部开挖，留好核心土，单次开挖循环进尺不大于1． 2 m，同一台阶面上左右两侧采取跳槽开挖，跳槽距离控制在3 m ～ 4 m，开挖图见图3。
            
    6) 初期支护。超前支护采用Φ89 管( 10 m 一环，搭接3 m) 和50 双层小导管( 3 m 一环，每环50 根，L = 5．0 m，灌注水泥单液浆) 。采用Ⅰ20a 工字钢钢拱架，间距60 cm，Φ22 连接筋采取纵向连接，焊接至钢架边缘外侧，环向间距1 m，与钢架形成连接整体共同承压; 中、下导坑设Φ22 砂浆锚杆，间距1． 5 m × 1． 5 m，梅花形布置，每根长度L = 4． 0 m，锚固长度不得小于3． 6 m。洞顶露出地表的，中导坑系统锚杆变更为42 小导管，预留注浆条件; 锁脚导管采用Φ50 小导管，L = 4． 5m，洞顶外露部位，锁脚导管采用Φ50 小导管，L = 5． 0 m，锚固长度不得小于设计长度的90%。局部部位预留双锁脚条件。Ф8 钢筋网片，网格间距20 cm × 20 cm，1． 0 m × 2． 0 m，网片搭接不小于一个网格。钢架底脚增设槽钢、木板( 枕木) 或者混凝土垫块、混凝土梁加强垫设，减少沉降。考虑土质破碎，初期支护易沉降，钢拱架连接板增大为30 cm × 50 cm。喷射混凝土采用C25 喷射混凝土。
    4· 监控量测
    监控量测的内容根据《铁路隧道监控量测技术规程》进行设计。初步选择确定本段隧道拱顶下沉及水平收敛作为施工监控量测项目。
    4． 1 量测断面间距
    考虑此处地质情况复杂，施工安全隐患大，按《铁路隧道监控量测技术规程》要求，该段隧道沿洞顶中线和边墙位置，每10 m布置一个量测断面，每个断面布置5 个点。
    4． 2 量测断面布置
    隧道每个量测断面各布置一个拱顶下沉测点和两条水平净空收敛量测基线。测点布置见图4。
            
    4． 3 量测频率
    根据现场实际情况，每日量测2 次，2次间隔在( 12 ± 2) h 之内。降水天气每日量测3 次。
    4． 4 监测资料整理、数据分析及反馈
    在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形( 1，1-2，1-3，1-4，1-5，2-3，4-5测线) 应力—时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，及时向有关技术主管报告，以保证施工和结构安全。
    该段隧道拱顶下沉及净空收敛实测值均能满足施工允许的位移变化速率。以DK477 + 090 拱顶下沉( 1 测线) 及净空变化( 2-3 测线) 应力—时间关系曲线为例，绘制出K 线图( 见图5) 。
            
 
 
 
 
 
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