金牛山浅埋大断面隧道施工技术

戴荣里

(中铁建工集团，北京 102488)

1 工程概况

金牛山隧道全长1 905 m，隧道内为3‰和12‰的上坡，平面处在9 000 m的曲线上。隧道位于丘陵缓坡，地形起伏较大，隧道最大埋深35.37 m，下穿某高速公路处埋深9.28 m。山坡自然坡度约15°～20°，种有果树。

隧道区地层为太古界泰山群花岗片麻岩局部夹角闪片岩，灰白～灰褐色，中细粒变晶结构，片麻状构造，节理裂隙发育;隧道区地下水主要为基岩裂隙水，主要由大气降水补给。渗透系数K=(0.05～0.40)m/d。地下水埋深10.1～12.05 m，水位季节变幅2～10 m，经取样化验地下水对混凝土不具侵蚀性。

2 超前支护

2.1 超前支护

根据掌子面围岩情况及超前地质预报等数据，对围岩实施超前小导管、超前长管棚、超前预注浆等支护措施，并及时调整参数保证施工安全。设计超前支护(长管棚)横向、纵向布置见图1、图2。

图1 洞身长管棚横向布置

2.2 初期支护

初期支护设计要求为锚杆，钢筋网加格栅钢架进行喷混凝土支护。本项目根据不同的围岩、检测数据等分析对围岩采取不同的初支措施，如沉降过大可加长洞内系统锚杆、加密格栅钢架、增加喷护厚度，以控制沉降保证施工安全。

图2 长管棚纵向布置(单位:cm)

3 施工测量

3.1 测量方案和加密控制点测量

3.1.1 CPⅠ、CPⅡ控制网复测

1)对设计单位移交的基础平面控制网(CPⅠ)、线路控制网(CPⅡ)、高程控制网进行复测。复测按照设计单位所交测量成果资料，在同精度的情况下进行。

2)复测过程中应请驻地监理进行现场测量记录的确认。

3)将复测成果编制成测量复测报告上报监理单位审批。

3.1.2 控制网的布设和计算

1)洞外控制网GPS按B等测量设计，洞内导线网设计按二等导线测量要求作业。

2)测量作业程序及点位的设置和布设原则严格按照铁路规范、标准和有关文件要求进行。

3)各测量科目进行换手测量，独立平差计算。

4)根据本隧道特点，洞外控制采用大地四边形控制网，洞内布设闭合导线环，并扣连设计院(CPⅠ)或(CPⅡ)。其导线的边长选定为300～400 m，洞外采用GPS测量地表控制点，洞内采用全站仪同精度测量，测量成果两组平行严密平差计算。

5)为确保隧道的测量精度，平面坐标系统建立以隧道线路左线中线(曲线段为起端切线)为X轴方向，里程增加方向为其正向;由X轴顺时针旋转90°的方向为Y轴。平面坐标系统与 CPⅠ或 CPⅡ控制点联测，计算出坐标换算关系。

6)高程控制采用二等水准测量，其测量结果进行两组平行严密平差计算。

7)二等水准测量往返观测顺序如下:往测，奇数站为后→前→前→后，偶数站为前→后→后→前;返测，奇数站为前→后→后→前，偶数站为后→前→前→后。

3.2 施工过程中的控制测量工作

1)隧道的洞门点要定位测量，隧道每延伸50 m时要进行中线、水平复核。每延伸到200～300 m时与洞外地表控制点(CP点)联测一次。

2)对洞内曲线五大桩和直线段每100～150 m中线桩进行定位测量。洞内每公里设置一个永久性水准点。

4 下穿公路段专项施工技术方案

为了安全快捷地进行下穿公路段的施工，引入水电工程成熟的中导洞施工技术。

中导洞法就是在大断面隧道中先开挖一个小断面(约20 m2)的导洞，然后以小导洞为临空面，扩挖隧道至全断面，最后分左右半幅开挖仰拱和下台阶。采取中导洞法施工时，首先对下穿公路段原设计参数做适当调整，隧道初期支护按照V级围岩支护参数实施，即设超前大管棚，格栅拱架间距为0.6～0.8 m，锚杆间排距为1.0 m×0.8 m(环×纵)，喷早强混凝土厚28 cm。

结合本工程特点，确定金牛山下穿公路段施工方案如下:

1)做好地面排水疏堵工作和监控量测点的布置。

2)进入下穿公路段之前，进行15～30 m中导洞法工艺性试验，加强围岩收敛和变形观测，对相关成果进行分析，采集导洞施工参数，指导施工。

3)分析超前地质预报结果，调整支护参数，在围岩较差地段按照设计要求施作超前支护φ108 mm长管棚，每段22.5 m。同时加密双排超前小导管。

4)然后开挖中导洞。中导洞为城门洞型，尺寸为4.0 m×4.1 m，底部距离圆心30 cm，顶部距离拱顶结构线3.10 m，轴线与隧道一致。导洞超前约6～9 m。

5)导洞内采用临时支护，喷厚10 cm的C25纤维混凝土，并挂钢筋网(参数为 φ8@25 cm×25 cm)支护。岩石破碎的地段随机布置 φ22砂浆锚杆加强支护。中导洞开挖过程中应进行地质素描。

6)施作超前小导管，扩挖隧道的顶拱和侧墙至设计结构线，循环进尺为0.8 m。边、顶拱结构周边采用光面爆破。

7)出渣完成后，立即按设计要求实施初期支护，包括系统锚杆、格栅拱架、挂钢筋网、喷混凝土。

8)滞后上部30 m分左右半幅开挖下台阶及仰拱，及时完成初期支护，使其封闭成环。二次衬砌紧跟。

9)施工时同步进行地面监控量测和洞内收敛观测，在必要时与高速公路管理单位联系对高速公路通行采取限速、限吨位、分道通行的交通管制措施。

5 仰拱栈桥的应用

5.1 工艺原理

通过在隧道施工中采用带有行走装置的仰拱栈桥跨越仰拱作业区段，来解决仰拱作业与隧道开挖出渣进料工序间的相互干扰。亦即各种车辆设备和人员在栈桥上正常通行，栈桥下同时进行隧道的仰拱初期支护、衬砌、回填等工序的施工，从而实现隧道施工快速安全的推进。

栈桥结构参考国内外贝雷桥、钢桥成熟的设计技术，采用标准化的结构形式，将整个栈桥分成若干段，每段9 m长、桥面3.5 m宽。为满足移动要求，在栈桥两端设置移动行走机构，并设置限位预警装置。行走时，栈桥抬起、下落由液压系统执行机构完成。本移动栈桥主要由钢桥、行走装置、液压系统、电气系统、限位装置和预警系统等组成。

5.2 施工工艺流程及操作要点

1)施工工艺流程(见图3)

图3 施工工艺流程

2)施工总体工序安排

①隧道开挖到一定长度可安排进行仰拱施工，先完成首段仰拱浇筑并回填，仰拱栈桥同时拼装并通过检验，此时即可将栈桥移动就位。若此时首段仰拱强度未达到70%，栈桥后轮可设在原地面上(最好是基岩或经过处理的地面)。

若首段仰拱强度达到70%后，则可将栈桥后轮设于仰拱上，栈桥下可展开两段仰拱的施工。

②仰拱栈桥移动就位后，即可依托栈桥在掌子面正常推进的情况下进行仰拱的施工。正常情况下，栈桥下可分为两段，按照基础处理、防水板安装、仰拱钢筋绑扎、仰拱浇筑、填充进行流水施工安排。当完成栈桥下一段仰拱浇筑与填充，且达到一定强度后即可向前移动栈桥。如此循环推进。

③采用台阶法开挖时，台阶的开挖一般可以按照左右两幅分别进行开挖，这样可以实现栈桥施工紧跟台阶开挖。此时栈桥须在隧洞内进行侧向移动。

仰拱栈桥大样及栈桥下的仰拱作业情况见图4、图5。

图4 仰拱栈桥大样

图5 栈桥下仰拱作业状态

6 结语

中导洞施工方法的成功应用，为铁路隧道浅埋段施工引入了新的施工技术，既降低了施工成本，又便于安全施工管理，具有极大的推广价值。

可移动仰拱栈桥的使用，不仅解决了铁路隧道掌子面施工、仰拱施工、二次衬砌各工序之间的施工干扰，也使隧道施工逐步进入全面机械化施工阶段，提高了施工效率。

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