桃曲坡灌区低干渠输水工程2#隧洞穿越铁路施工技术

郑 坤

(陕西省宝鸡峡灌溉管理局，陕西 咸阳 727100)

桃曲坡灌区低干渠输水工程2#隧洞穿越铁路施工技术

郑 坤

(陕西省宝鸡峡灌溉管理局，陕西 咸阳 727100)

结合低干渠输水工程2#隧洞成功穿越梅七铁路段的施工，阐述了隧洞穿越铁路时，在埋深较浅，并穿越土石结合变化区，围岩成洞条件较差，开挖极易塌方的不良地质段时，采取“短掘、弱爆、强支、快衬”的施工方案，采用钢拱架结合管棚超前支护技术，施工效果较好，对解决类似工程问题具有一定的参考和借鉴意义。

输水工程;隧洞穿越;施工技术

1 工程概况

低干渠输水工程是桃曲坡灌区一项重要的节水工程，工程建成后将改低干灌溉系统15.3 km的河道输水为隧洞输水，年节水1 048万 m3，改善灌溉面积20.33万亩。工程建成后可同时提高铜川新区城市及工业供水保证率，对保障当地社会经济稳步发展具有重要作用。

低干渠输水工程全长7973.2 m，主要为7座隧洞，3座渡槽，2座桥倒组成，其中:隧洞总长7 069.99 m。隧洞设计2.2×2.2m直墙圆拱型断面，采用 C20F50W4钢筋砼衬砌，土洞段衬砌厚度底板为35 cm，侧墙及顶拱为30 cm，石洞段衬砌厚度均为30 cm。

低干渠输水工程2#隧洞长407 m，其中岩石洞段长353 m，土质洞段长54 m。隧洞在桩号0+516～0+524(长度8 m)段与梅七铁路交叉(梅七线是一条运煤为主的一级专用铁路线)，平面夹角35°左右，洞顶到铁路面埋深17.25 m，隧洞通过土石结合变化区，洞室为弱风化灰岩，灰岩以上为黄土状壤土，厚度8～17 m，围岩属Ⅳ ～Ⅴ类围岩，隧洞开挖极易造成塌方。

2 穿越铁路段隧洞设计

低干渠以隧洞形式斜交穿越梅七铁路，隧洞断面净尺寸仍为 2.2 ×2.2 m 直墙圆拱型断面，底宽 2.2 m，直墙高 1.7 m，顶拱半径1.46 m，衬砌厚度和混凝土标号相对本规程一般隧洞有所提高，采用 C25F50W4钢筋混凝土模筑衬砌，衬砌厚度40 cm。

考虑到穿越铁路防护段以外的路段渗漏水对铁路地基的影响以及铁路活荷载向下扩散(一般采用45°角)的影响，防护段必须有足够的长度才能保证铁路安全，涉及确定隧洞穿越段防护范围和长度为45 m，桩号0+497～0+542。

穿越铁路段隧洞按3级建筑物考虑，裂缝宽度限值为0.3 mm情况下，主筋需采取5Ф16，鉴于隧洞顶部梅七铁路为一级专用铁路性质，在其下新建引水隧洞必须确保铁路安全，裂缝宽度按不大于0.2 mm控制，主筋最终调整为5Ф20。

考虑到穿越铁路防护段围岩较破碎，为增大强度，保证铁路安全，在穿越段衬砌后对此段先进行顶部回填灌浆，再进行洞室围岩固结灌浆，以增强此段的整体安全性。

3 穿越段隧洞施工

3.1 隧洞整体施工方案

3.1.1 施工原则

在2#隧洞穿越铁路段，遵循了“短掘、弱爆、强支、快衬”和管棚超前支护和钢拱架跟进支护的原则。

3.1.2 工艺流程

测量放线→管棚超前支护→人工钻爆开挖→出渣清理→管棚结合钢拱架超前支护→下一循环→开挖达到10 m长度后浇筑衬砌砼。

3.2 隧洞施工方法

3.2.1 测量放线

用全站仪和水准仪根据测量控制导线按工程图纸测放出掌子面规格线、顶拱中心线和两侧腰线。现场技术员按照开挖断面将管棚孔和炮孔位置用漆料标在掌子面上。每一个循环开始和结束测量检查一次超欠挖情况，以便改进钻爆作业，确保挖洞轴线、断面尺寸准确无误。

3.2.2 隧洞开挖掘进

隧洞开挖采用人工钻爆法开挖，30 kw轴流风机压入式通风，出渣采用 ZL－80型小型扒渣机装渣，三轮车运输出渣。钻机采用YT－28气腿式凿岩机，钻杆直径 φ25 mm;空压机为4L－20/8型空压机。炸药为2#岩石乳化硝铵炸药，雷管为毫秒电雷管，导爆管为塑料导爆管。此段掘进采用短掘，弱爆方案，循环进尺控制1.0 m左右，炮眼深度控制1.1～1.2 m，开挖断面面积 7.26 m2，布设炮眼 48 个，装药量17.4 kg，单位耗药量 2.4 kg/m3。

断面上炮眼布设为:在开挖面中央偏下布置1个掏槽眼，四周布置6个空炮眼，空炮眼两侧各布置3个扩槽眼，扩槽眼间距32 cm，炮眼深度1.2 m;底板眼 5个，间距 50 cm，深度与掏槽眼相同;周边眼18个，间距45 cm，深度1.1 m;辅助眼 12个，间距 60～80 cm，深度 1.1 m。

在爆破掘进过程中，根据洞室围岩的变化情况，采取小药量弱爆，不断调整炮眼的布设数量、深度和装药量，减少对洞室围岩的扰动，减少坍塌量，使隧洞掘进成洞较好。

3.2.3 隧洞支护

1)管棚超前支护。在隧洞开挖前先在顶拱范围内实施超前管棚支护，管棚钢管沿顶拱径向均布，共11根。管棚施工技术要求如下:(1)沿钢拱架上沿纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧洞开挖轮廓线越小越好。(2)管棚孔深3.0 m，孔径大于管棚钢管5～10 mm，钻孔环向间距40 cm，钻孔由高孔位向低孔位进行。(3)纵向两组管棚搭接长度1 m。(4)管棚钢管采用无缝钢管，直径 Ф50 mm，壁厚4 mm，每组钢管长度2.5 m。(5)管棚钢管与跟进支护的钢拱架之间应接触紧密，固定采用8号铁丝绑扎。

2)钢拱架跟进支护。隧洞开挖后，及时跟进钢拱架支护，钢拱架由I14工字钢加工而成，其内轮廓尺寸同混凝土衬砌结构的外尺寸，钢拱架间距 1.5 m，钢拱架之间以 Ф50 mm、壁厚4 mm的无缝钢管焊接，保证钢拱架的稳定。在铁路正下方段的10 m范围内，钢拱架进行了加密，间距1.0 m。

3.2.4 隧洞衬砌

在此穿越段45 m的掘进过程中，隧洞掘进达到10 m时，随后就停止掘进，立即进行了隧洞的永久性钢筋砼衬砌，每次衬砌长度5 m，使砼衬砌与掌子面保持不大于5 m的距离，以保证隧洞施工安全和铁路运行安全。

穿越段隧洞混凝土衬砌厚度40 cm，采用P8等级的抗渗钢筋混凝土，主筋采用5Φ20双层钢筋，施工缝及变形缝按一级防水进行施工。

3.2.5 监控量测

在采取以上支护措施后，并做到在有列车通过时停止爆破和开挖施工，并加强施工现场监测观测等工作。

在施工过程中，在0+497～0+542段洞顶每间隔5 m设置沉降观测点，在边墙每间隔5 m设置收敛观测点，每2 h观测一次，直至观测点变形量趋于稳定为止。同时在地面上方的铁路影响段布点，安排专人进行监测并做记录，监控开挖前后地表沉降变化情况，对发现的异常情况应及时采取有效措施进行处理，确保铁路运行和施工安全。

在整个施工过程中监测量测数据未发现任何异常。

4 施工效果分析

在低干渠输水工程2#隧洞穿越铁路段45 m的施工过程中，隧洞开挖安全通过，洞内未造成大的塌方，对梅七铁路也未造成任何影响，隧洞成功穿越铁路。说明施工中采用的施工方案合理，设计合理安全可靠。

1)采取“短掘、弱爆、强支、快衬”的施工方案，对隧洞穿越不良地质段和穿越一些重要建筑物，是非常有效的施工方法，施工组织简单，便于施工，成本较好控制，对围岩和建筑物影响小。

2)钢拱架结合管棚超前支护设计，增大了初期支护的整体性和刚度，有效的遏制了隧洞塌方，超前支护效果较为明显，减少了围岩垮塌，施工成果符合围岩应力释放基本规律。从而保证穿越铁路段的施工安全和既有铁路的正常运营。

3)隧洞下穿铁路段施工时加强洞室围岩及地面建筑物的监控量测和超前地质预报工作非常必要，切实做好超前地质预报，在开挖前做到对地质情况心中有数，应对方案和措施齐备，发生紧急情况可以做到立即处理。

5 结语

本工程隧洞成功穿越梅七铁路，说明施工中采用钢拱架结合管棚超前支护，增大了初期支护的整体性和刚度，有效遏制了隧洞开挖塌方，采取“短掘、弱爆、强支、快衬”的施工方案，合理可行，设计安全可靠，施工技术成熟，简便易施工，工程成本较低，对同类问题具有一定的参考和借鉴意义。

TV672

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1004－1184(2012)05－0171－02

2012－06－13

郑坤(1971－)，男，陕西富平人，工程师，主要从事工程管理工作。