浅埋客运专线隧道下穿河道施工技术

摘 要 ：贵广铁路岩山隧道下穿寨蒿河段由于埋深浅、地质条件差容易导致开挖困难和河水渗漏,施工方案的重点是保证安全开挖的同时防止地表沉降和河水渗漏.通过改移河道、加固公路挡墙、进行河底地表加固处理等措施保证了隧道开挖的顺利进行,然后采用三台阶七步开挖法、洞内监控量测和地表沉降观测相结合,成功地穿过寨蒿河底段,既确保了施工安全又降低了施工成本,可为类似工程施工提供参考.

关 键 词 ：下穿；改移河道；地表处理；监控量测.

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

铁路隧道需要下穿河流时,施工难度和安全风险很大,一方面如何防止河流水下渗,避免施工作业面发生突泥突水等工程灾患；另一方面隧道开挖施工将不可避免导致地层变形,当变形过大时将危及地表建筑物的安全和正常运营.因此,如何采取有效的措施和科学的手段来保证施工环境和周围环境的安全,是此类隧道施工亟待解决的现实难题.

1.工程概况

岩山隧道位于贵州省黔东南州榕江县,为贵阳至广州双线客运专线隧道,其中DK219+405～DK219+462段斜交下穿寨蒿河,隧道与溪沟相交约60度,最浅埋深约3m.根据设计地勘资料,河底为松动卵、砾石层,厚约5～12m；线路右边缘就在山体坡脚与溪沟边相交处,存在偏压现象.河沟位于靠山侧,河水宽约3m,深约1m.在河岸的另一侧有省道S308,公路走向与河流方向平行.

由于隧道下穿寨蒿河段埋深浅,河底土层强度低且透水性强,采用常规暗挖施工很难保证隧道施工安全,如果隧道施工不慎造成河水下渗及地表沉降,从而对公路的运营也带来危险.因此,该段隧道施工方案的确定尤为重要,施工方通过多方案比选和优化处理,在获得业主及设计方的同意后,采用了改移河道、地表加固和隧道暗挖施工的施工方案,最终取得了较好的效果.

2.施工方案

在设计施工方案时,为确保施工及道路行车安全,必须考虑以下因素：

1）该段人工填筑土及卵砾石土总厚5～12m,河道常年流水,据调查,枯水季节水深都会在1m深以上,隧道最浅埋深在3m左右,隧道开挖后极易加剧河水冲刷、下渗造成围岩失稳坍塌,且对今后的长期运营存在极大安全隐患；

2.寨蒿河流域汇水面积大,雨季洪水频繁,施工过程中可能受到季节性突发性洪水的威胁,施工安全隐患大；

3.寨蒿河下游及汇入的寨蒿河流域村镇人口稠密,环保要求高.

根据现场施工实际情况,确定先进行河道改移,挖除拱顶松软土然后进行水泥土回填,同时进行公路加固防护,待隧道通过河段后再进行盖板部分施工.隧道过河段采用超前支护、三台阶七步法施工.施工平面布置如图1所示：

3.地表处理

3.1 河道改移

河道疏通、改移：将原有河道进行疏通,河道疏通方向为延截水坝方向并距截水坝基础约1m,以防止河水直接对截水坝基础的直接冲刷；清理出的河道土石置于内侧截水坝处,作为截水坝的反压回填之用.跨河加固区上游15m处施作拦水土坝,将原靠山（贵阳）侧河道改移至靠公路（广州）侧,施作引水渠A.

3.2 S308省道坡脚防护施工

主要设置加强肋及挡墙,加强肋位置设Φ42注浆小导管加固,导管长3m,间距1.0x1.5m,外露不小于0.5m且与片石混凝土浇筑为一体；加强肋共两道,厚1.5m,高6.5m,采用C20片石砼,基础埋置深度设计为1.0m.在基础施工时必须确保公路挡墙的稳定,如果基础承载力小于150Kpa,需打入Φ42间距50cm*50cm小导管,梅花型布置,长度为3m,外露50cm与片石混凝土一起浇注.两肋间排水沟以下不设注浆小导管,施作M10浆砌片石挡墙,断面同加强肋.

3.3 DK219+405～DK219+420段地表处理

清除地表碎卵石层厚约2.5m（拱顶以上1.7m）,开挖范围为隧道中线左右侧10m；已挖出的孤石采用解炮破除,以利于洞身开挖后的稳定；利用挖出砂卵石掺20%水泥进行水泥土回填,回填厚度30-50cm每层,松铺厚度不得大于50cm,人工配合挖机填筑、夯实；在前后侧各施工一个集水井,要求井底低于拱顶以便于排除积水.

过河段顺利通过洞身后施工盖板部分,然后将河道恢复至原位置,最后用砂、碎卵石回填,标高以现流水面底为准.

4.隧道暗挖施工

在地表处理加固后,为保证隧道施工的安全,洞内暗挖在双层小导管超前支护下采用三台阶七部法施工.

4.1 超前地质预报

该地段地表为河床,岩层与洞轴大角度斜交,倾角较缓,隧道埋藏浅,洞身从强风化岩体中通过,围岩破碎,施工时易塌方,可能发生地表塌陷,同时存在洞内大面积出涌水的可能,采取超前水平钻作为超前地质预报手段.

DK219+350～DK219+500处每30米循环施作超前水平钻孔,每次钻孔长度30米,取出芯样进行分析,判断前方围岩情况、地下水情况.钻孔个数为5个,分别为拱顶、两侧拱脚、两侧墙脚,钻孔时由作业队技术负责人、项目部超前预报负责人、超前预报单位技术人员现场旁站、收集分析钻孔各过程的参数,为现场施工提供准确的地质情况.

4.2 监控量测

DK219+408～DK219+465.5该段隧道最浅埋深约3m,根据设计地勘资料可知,河底为松动卵、砾石层,厚约5～12m；线右边缘就在山体坡脚与溪沟边相交处,存在偏压现象.由于覆盖层薄,开挖后围岩难以自稳,地表易沉陷,为了确保洞口段的施工安全,施工过程中进行了地表沉降监测.在地表DK219+408～DK219+465.5处地表每间隔10米处布设地表监控量测点.地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始,直到衬砌结构封闭,下沉基本停止时为止. 洞内DK219+350～DK219+500加强洞内围岩检测,每5米布设监控量测点,点位布设原则为：沿隧道轴向每隔5m布设,同时在横向依据实际情况,选定主断面,沿主断面布设测点,以了解地表沉降的横向影响范围.横断面方向在隧道中心及两侧间距2～5m施设下沉测点,每断面施设7个测点.监测范围应在隧道开挖影响范围以外.

拱顶下沉及净空变位收敛量测, 根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等,沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点,测点间距5m,净空变位量测在开挖后尽早进行,初读数在开挖12小时内且在下一循环开挖前读取,采用无尺量测法.浅埋地段洞内外量测点布设在同一横断面内.如发现围岩变化异常及时报告相关部门决定施工方案.

4.3 三台阶七部法开挖施工

4.3.1 工序

1）、Ⅰ超前支护；

2）①上部弧形导坑开挖；

3）Ⅱ上部初期支护；

4）②③中部两侧开挖；

5）Ⅲ、Ⅳ下部两侧初期支护；

6）④⑤下部两侧开挖；

7）Ⅴ、Ⅵ下部两侧初期支护；

8）6-1、6-2、6-3上、中、下部核心土开挖；

9）⑦仰拱开挖；

10）Ⅶ、仰拱初期支护；

11）Ⅷ、仰拱及填充混凝土；

12）Ⅸ、拱墙二次衬砌.

4.3.2 台阶设置

1）、台阶高度：上台阶高度设置为4.58m,其中核心土预留高度约3.0m；中台阶高度2.96m,阶高度3.05m.施工时预留核心土（斜型）.

2）、台阶长度：上、中、阶长度为3～5m,中下左右侧台阶错开2～3m；仰拱循环开挖长度为2～3m,仰拱衬砌分段长度为4～6m.

3）、安全距离：掌子面距离仰拱不大于35m,掌子面距离衬砌面不大于70m.

4.3.3 开挖施工注意事项

1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则.

2）锁脚锚杆根据台阶位置按设计要求设置,并与钢架连接牢固,以确保钢架基础稳定.锚杆均应使用砂浆锚杆,严禁采用药卷锚杆.

3）钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固.

4）拱墙脚超挖部分采用喷射混凝土回填.

5）根据监控量测的结果进行分析,确定灌注二次衬砌的时机及调整支护参数.

6）采用短台阶法施工,每次开挖进尺长度：拱部不超过0.6m（1榀工字钢架）,边墙及仰拱不超过1.2m（2榀工字钢架）.

5.结语

该工程已经顺利竣工,在隧道开挖过程中,通过监测获得地表下沉和隆起量都较小,说明掘进对河底和地表的扰动较小；同时,监测的隧道拱顶下沉和水平收敛值较小,均在允许值范围内,且变化小.在隧道施工采用了一系列的防水设计和施工措施后,隧道防水质量较好,说明河水没有渗漏.因此,该方案的施工既实现了快速有效的目标,又取得了较好的经济效果.