哈大铁路客运专线鞍山隧道工程设计

2012-11-27叶少敏马志富

铁道标准设计 2012年5期

叶少敏，马志富

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 工程概况

鞍山隧道位于辽宁省鞍山市宁远镇，是为满足有关方要求而设的钻入地下的隧道，全长2 440 m，为双线隧道。隧道内线路最大埋深20.5 m(轨面至地面)，最大覆土厚度10.5 m。隧道位于冲积平原区，地形平坦、开阔。进口段基本为耕地，有零散的房屋及温棚;出口段分布较多的房屋，尤其在鞍腾路两侧较为密集。隧道多处通过高、低压供电线路和油管以及其他管线。

由于地理条件的特殊性，本隧道施工工法采用以明挖为主，下穿铁路专用线采用暗挖的方案。其中共1 890 m采用放坡明挖，中部基坑较深460 m段采用钻孔灌注桩围护结构明挖，下钻铁路专用线段共50 m采用暗挖法施工，隧道两端与路基“U”形槽封闭结构(带雨棚)相接。见图1。

图1 鞍山隧道纵断面示意

2 工程地质及水文地质概况

2.1 自然地理

隧道区域属温带，湿润～半湿润的季风气候，冬季长寒冷，夏季短促温暖，雨量集中在7～8月份，春秋多风。按对铁路工程影响的气候分区，隧道区属于寒冷地区，冬季寒冷干燥，夏季酷热少雨，属典型的温带大陆性气候。

2.2 地形地貌

本隧道进口位于笔管堡的耕地中，地形平坦;出口位于宁远镇小台子村，周围多为建筑物，地面情况较复杂。

2.3 工程地质条件

隧道区地层主要为第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)黏性土、砂类土、碎石类土;第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl)黏性土、砂类土、碎石类土;寒武系石灰岩。局部表覆第四系全新统人工堆积层(Q4ml)。隧道围岩分为Ⅴ～Ⅵ。

2.4 水文地质条件

鞍山地区在天然条件下，总的地下水补、径、排特点是:在水平方向上，浅层水和深层水由北向南形成补给，在垂向上，下伏含水岩组接受上覆含水岩组的渗透补给。地下水类型主要为第四系孔隙潜水，赋存于第四系松散堆积层;基岩裂隙水赋存于碳酸盐岩溶裂隙中。地下水位较高。根据取样试验分析，该段地下水对混凝土结构无化学侵蚀性。

3 隧道建筑限界及断面内轮廓

隧道建筑限界采用《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》(铁建设［2007］47号)客运专线铁路建筑限界。

隧道在下穿鞍腾路段因线路高程与道路路面高程的限制，为了满足隧道净空面积要求，隧道内轮廓在标准断面基础上进行了局部修改，见图2。

4 隧道施工方法及结构设计

图2 鞍山隧道立交明洞断面内轮廓(单位:cm)

本隧道位于冲积平原区，地形平坦、开阔，鉴于隧道内线路最大埋深20.5 m，基坑最大开挖深度约22.8 m，本隧道施工工法采用以明挖为主，下穿铁路专用线采用暗挖的方案。

开挖施工前必须进行基坑降水，降水的目标为地下水降到基坑底面以下0.5～1 m。降水采用管井降水，井径采用φ705 mm管井，纵向井间距为8 m，降水井兼做降压井，降水井的参数及降水井的深度可在施工中根据降水试验及实际地层进行调整。

4.1 放坡开挖段

隧道共1 930 m采用放坡明挖。其中既有鞍腾路下方的段落和隧道结构露出地面的段落，采用微拱直墙带仰拱框架明洞结构，其余明挖段落采用曲墙带仰拱明洞结构，见图3。

图3 放坡开挖段断面

放坡开挖段基坑深度在21.5～3.2 m，采用单级或多级放坡方式，单坡最大高度为8 m，坡间设置2 m平台，放坡坡率为1∶1.5，基坑深度在8 m以下且能保证安全时放坡坡率可采用1∶1.25。

在平台或坡脚位置设置降水井，当基坑深度≤16 m时设置2排降水井，当基坑深度＞16 m时设置4排降水井，纵向间距8 m。

4.2 钻孔灌注桩围护段

隧道改DK285+340～改DK285+800段共460 m为明挖顺做施工，基坑开挖宽度36.9～88.3 m，深度20.6～24 m。基坑采用钻孔灌注桩围护支护，隧道采用边墙内曲外直的带仰拱明洞结构，见图4。

(4)选择适宜的钻孔设备，按规范要求施作钢筋混凝土灌注桩及冠梁。

(5)分层开挖基坑土方，及时架设支撑系统。坑内设排水沟和集水井，及时排出基坑内。

(6)基坑开挖至距坑底30 cm时，采用人工开挖，对坑底进行找平。对坑壁渗水处进行封堵处理，喷射C20早强混凝土并用砂浆找平桩壁。

(7)施作混凝土垫层、防水层、主体结构。

(8)基坑回填、恢复路面。

4.3 暗挖段

隧道在改DK284+994.8下穿铁路专用线，专用线与线路中线交角为62°，为了专用线的安全运营，改DK284+970～改DK285+020段共50 m采用暗挖施工，采用复合式衬砌，结构形式为曲墙带仰拱。

暗挖与放坡开挖衔接处采用钻孔灌注桩围护保护专用线路基坡脚。为了控制隧道施工期间地面尤其是铁路专用线

基坑围护结构采用φ1 200 mm@1 400 mm钻孔桩+钢支撑体系，冠梁顶设置5 m宽平台，以上部分土体采用1∶1.5放坡开挖，设计桩长(至冠梁顶)26.3～31 m，主筋净保护层厚度为70 mm。钻孔灌注桩段槽内土体开挖采用自上而下分层开挖、分层钢管支撑的方式，明洞结构采用自下而上分段灌注。围护结构支撑体系由钢围檩+横撑，横撑采用φ600 mm钢管，壁厚t=12、16 mm，水平间距为3 m(局部2 m)，钢围檩采用2I45b型钢。基坑降水采用坑外降水，双侧布置降水井，纵向间距8 m，降水井埋设深度为H+4 m(H为基坑深度)。

钻孔灌注桩围护段与放坡明挖段的衔接处，采用钻孔灌注桩堵头，并采用钢筋混凝土腰梁+预应力锚索作为支撑体系，锚索采用3股7φ11.1、15.2 mm的钢绞线，锚索钻孔孔径φ150 mm，并应根据现场施工的变形、受力监测情况调整实施，见图5。

其中本段在改DK285+500线路中线右侧约80 m处有一变电站，为确保施工期间电站的安全，在改DK285+420～改DK285+610段沿电站周围施做双排φ600 mm@400 mm垂直旋喷桩止水，桩长20～5 m，防止因降水导致地面沉降，从而影响建筑物的安全。

本段主要施工步骤:

(1)调查地下管线，平整场地，做好施工准备。

(2)施工降水井点，进行降水。

图5 放坡开挖段与围护段衔接平面示意

(3)开挖基坑至冠梁顶高程，并按1∶1.5放坡。的沉降，隧道开挖轮廓外最大跨以上采用φ300 mm(t=10 mm)超前管幕保护，最大跨以下边墙采用密排超前小导管注浆加固地层，见图6。

为减小正面桩背土体的土压力，最大跨以上衬砌轮廓外土体采用旋喷桩加固，纵向长度10 m。

暗挖段开挖方式采用双侧壁导坑法施工，为了控制隧道施工期间地面尤其是铁路专用线的沉降，隧道内开挖正面采用φ50 mm玻璃纤维注浆锚杆加固。施工期间采用洞外降水方式，降水井布设在隧道两侧距离开挖轮廓不小于2 m处，纵向间距8 m。

5 防排水设计

5.1 防排水原则

确定结构自防水为根本，同时加强施工缝、变形缝等细部结构的防水措施，以防为主，多道防线，综合治理的原则。隧道结构防水等级为一级，主体结构的抗渗等级为P12。

图6 暗挖段进洞处横断面(单位:mm)

5.2 主体防水措施

全隧道衬砌均采用全包式防水，明挖隧道防水层采用2 mm厚自粘式防水层，暗挖隧道采用2 mm厚防水板加400 g/m2无纺布防水。

5.3 施工缝、变形缝防水

衬砌施工缝采用橡胶止水带防水，地层明显变化处、结构形式变化处和明暗分界处设置变形缝，变形缝采用中埋钢边橡胶止水带加背贴式橡胶止水带防水。为了加强施工缝防水措施，施工缝内预埋可维护注浆管，以期在施工缝渗漏水时进行衬砌内注浆堵漏。

5.4 隧道洞身排水

洞内设双侧水沟与中心深埋排水管排水。隧道内为“Ⅴ”形坡，在隧道内变坡点处设集水坑，采用机械方式将水排出洞外。隧道进出口洞外路基采用雨棚防水，雨棚在隧道口环节衬砌上设堵头板，防止雨水直接降到洞口线路上。

6 隧道保护设计

隧道施工完毕后，结构顶低于原地面地段，施工回填全部恢复到原地表，隧道两端结构高出原地表段，结构顶覆盖一定厚度的土，两侧进行坡状回填，对回填土表面采用植草绿化。

隧道保护设计分2个区域，Ⅰ区为封闭区，Ⅱ区为开放区。Ⅰ区结构高出地表或埋深较浅仅考虑现有的规划道路及既有道路可以通过本区;Ⅱ区埋深较深为恢复原地表区，可以通行、种植，但限制在此区域内进行其他土建工程建设，必须实施时须与铁路产权部门沟通，并采取隧道保护措施后方可实施。保护区内不容许在恢复的地表上增加永久的堆载。Ⅰ区保护点沿隧道纵向约100 m设1处，采用铁路用地标志牌方式，必要时设置防护网。保护设计平面布置见图7。

图7 鞍山隧道保护设计平面示意(单位:m)

7 隧道设计施工遇到的问题及思考

(1)鞍山隧道长段落为明洞结构且基底处于砂、土类地层，承载力远低于一般山岭隧道，可以说鞍山隧道是在类似地铁区间修建的高铁隧道。而高速铁路无砟轨道铺设对隧道基础沉降要求非常高，鞍山隧道主体完成后经过多个沉降观测期后沉降才趋于稳定，因此鞍山隧道的建设经验对以后修建同类型高铁隧道有指导意义。

(2)鞍山隧道采用了一些新材料、新工艺，特别是明洞部分采用的自粘性防水卷材，自粘防水卷材由于具有皮肤式防水的理念，具有很多优点，是一种应用前景很广的新型防水材料。但对施工工艺、现场环境要求较高，一开始发现贴好的防水板第二天便脱落，后找厂家专业队伍铺设情况才有所好转。自粘式防水卷材在山岭隧道长段落明洞中应用较少，应用的时间也不长，今后设计施工中需要结合工程类型和特点进行考虑，采取一些变通措施来适应特定的工程环境，达到理想的防水效果。