卓资一号隧道出口临近既有线出洞施工技术

陈 洋

(蒙冀铁路有限责任公司，内蒙古呼和浩特010010)

1 工程概况

集包增建第二双线铁路卓资一号隧道起讫里程为：DK549+390～DK551+003，为双线隧道。隧道出口地层为太古界下统大理岩，山体岩层较破碎，岩体节理裂隙较发育。出口洞口段山势陡峭，自然坡度大约为1∶1。坡面岩石裸露，风化严重。出口下临既有京包线，DK551+003处设计轨面标高为：1 459.82 m，既有京包线轨面标高为:1 436.2 m。两轨面高差23.62 m，洞口距既有线平距39 m，洞口爆破飞石和洞口出碴石块极有可能滚落到既有线上，且既有京包线行车密度大，危及既有线行车安全(图1)。

图1 卓资一号隧道出口平面

2 既有线边坡防护关键技术

卓资一号隧道出洞以前，提前做好清除山坡危石、施作防护排架和布鲁克主动防护网防护工作(图2)。

图2 卓资一号隧道出口边坡防护

(1)排架防护。为防止滚石落入既有京包线，在出洞前在仰拱面标高处设5 m高的竹架板排架防护。

(2)清除危石。人力清除坡面上的浮石、危石至边坡外安全地带，对不易清理的较大危石进行喷射混凝土封闭，固定危石。

(3)布鲁克主动防护网覆盖。在卓资一号出口端洞口沿开挖轮廓线外上方20 m，下、左、右10 m范围内整体将坡面覆盖布鲁克网，以防止洞内爆破作业松动山坡危石下滚进入既有线危及行车安全。布鲁克网用锚杆固定于山体之上。

3 出洞技术方案

在掌子面距离出口设计明暗交界里程30 m左右时，测量出口地面线，准确测出出洞里程。在距离出洞里程30 m左右时，开挖进尺及钢拱架间距不得大于0.8 m，并增设超前支护。在距出洞里程22 m左右时，开挖进尺不得大于0.6 m，同时增设超前支护，加强围岩量测。在距出洞里程4 m左右时，使用长钻机打出洞外，准确测量出洞距离，缩短开挖进尺及避免爆破施工，开挖进尺不得大于0.5 m。出洞时每台班用长4 m钻杆超前钻探，准确量出掌子面到风化层的距离，掌子面距离出洞3 m时，采用非爆破方式(液压破碎锤、风钻、挖掘机)掘进出洞；如围岩较硬，破碎锤挖不动时，采用2 m×2 m小洞提前掘进制造临空面和用膨胀炸药松动作为辅助方式。采用I 20型工字钢钢架施作初期支护，拱架间距0.3～0.5 m。锁脚锚管每榀拱架上中下台阶左右两侧各8根，每根长4 m，双层连接筋，双层网片，拱脚垫木板或槽钢增大单榀拱架受力面积，随挖随护。上导坑出洞后，停止掘进，随即跟进中导坑，待中导坑到达出洞里程后，用挖掘机将洞碴移至洞内，尽量避免洞碴滚下仰坡。中导出洞后，清理出洞口平台，修整边、仰坡，施作边仰坡喷锚支护，保证边、仰坡围岩稳定。然后跟进下导坑，待下导坑出洞后，随即在洞口段紧跟施工仰拱封闭程环，施作长度3～4 m，确保洞口稳定。

4 施工关键技术及要点

卓资一号隧道出口端洞口出洞采用三台阶七步法施工。

4.1 三台阶七步法工艺流程

三台阶七步开挖法主要步骤为上部弧形导坑环向开挖并施作拱部初期支护，再左右错开开挖中、下台阶并施作墙部初期支护，及时施作仰拱，尽早封闭成环。三台阶七步开挖法的施工工艺流程见图3。

图3 三台阶七步开挖法施工流程

4.2 施工方法

首先根据TSP探测结果推断，掌子面前方围岩以大理岩为主，围岩受构造影响，节理、裂隙发育，岩体破碎，呈块状夹软弱层或软塑体。

为保证隧道开挖安全，防止围岩松弛，加强超前支护。采用小导管超前注浆预支护。采取一组长500 cm小导管超前注浆预支护环向间距25 cm，每掘进100 cm施作一环，浆液采用超细纯水泥浆，水泥浆浓度及注浆压力依据现场需要进行调整。小导管采用φ42×4无缝钢管加工。

4.2.1 开挖

(1) 弧形导坑沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，核心土长度3～5m，宽度为隧道跨度的1/3～1/2，开挖后立即喷射3～5 cm厚混凝土封闭。其他分步平行开挖，平行施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时闭合构成稳固的支护体系。施工过程中对开挖面、初期支护应加强围岩监控量测，根据量测结果，进行数据分析，确定是否调整支护参数和预留变形量大小，以控制拱顶下沉和围岩净空变化。初期支护及时封闭成环，各分步工序衔接紧密。完善洞内临时防排水系统，防止浸泡拱墙脚基础。开挖步骤见图4。

第1步：拱部进行超前支护后，采取上部弧形导坑预留核心土环向开挖，合理确定循环进尺，开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，开挖进尺按照出洞方案要求施工。

图4 开挖步骤

开挖后立即初喷3～5 cm混凝土，增强围岩自稳能力，避免围岩长时间暴露产生掉块。上台阶要求开挖矢跨比大于0.3，及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架并复喷至设计厚度。

第2、3步：在拱部支护的保护下，交错开挖左右侧中台阶，开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.0 m，及时施作初期支护，保持左右错开2～3 m。

第4、5步：交错开挖左右侧下台阶，开挖进尺最大不超过1.0 m，及时施作支护，保持左右错开2～3 m。

第6步：开挖上、中、下台阶预留核心土。

第7步：开挖隧底，施作仰拱初期支护及混凝土。

(2) Ⅴ级围岩采用机械配合人工开挖。

4.2.2 初期支护

(1) 初喷混凝土封闭岩面。

(2) 施作系统锚杆(管)，挂设钢筋网。

(3) 安装钢架。

(4) 二次喷射混凝土。

4.2.3 仰拱施工

(1) 隧底开挖。隧底开挖采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度控制在2～3 m。如仰拱施工滞后，超过距下部台阶开挖面30～40 m时，停止前方工作面开挖或跳槽进行隧底开挖。

(2) 仰拱初期支护。隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，然后安装仰拱钢架，并喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

(3)仰拱混凝土浇筑。仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度为4～6 m，仰拱成型采用浮放模板支架。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝施作止水带。仰拱表面应平顺，不积水。

(4)仰拱填充混凝土浇筑。仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5 MPa后允许行人通行，达到设计强度的100 %后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺，排水通畅，不积水。

4.2.4 施做二次衬砌

防水板采用厚度不小于1.5 mm的PVC复合防水板，严格控制防水板施工工艺，严防钢筋等尖锐物件刺破防水板，确保防水板施工质量，严防二次衬砌渗漏水。二次衬砌混凝土采用全断面液压衬砌台车整体浇筑。衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求，二次衬砌紧跟仰拱施工，二次衬砌至掌子面距离控制在35 m，确保施工安全。

5 监控量测

根据本隧道工程的地形地质条件、支护类型和施工方法等特点，选择确定本隧道出口端洞口段以围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移及收敛以及浅埋段的地表下沉为必测项目。出口段洞内每隔2 m布设一个量测断面，每个量测断面布置一个拱顶下沉量测点和两条水平净空收敛量测基线。洞外每隔5 m布设一组地表位移观测点。实际量测频率根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。净空水平收敛量测及拱顶下沉量测及地表位移量测采用相同的量测频率。水平收敛量测采用激光断面仪进行量测，开挖后按要求迅速安装测点并编号，在开挖后6 h内读取初始读数。

6 结束语

卓资一号隧道出口临近既有线出洞采用清除山坡危石、排架防护、布鲁克主动防护及开挖、支护创新施工技术，经实际开挖检验达到了安全开挖、有效防止飞石的滚落的目的，保证了既有线行车安全，在施工中不仅化解了临近既有线施工安全风险，也确保了隧道施工的安全。采取该技术施工后，较之前的大管棚超前支护出洞方案降低了施工费用近80万元，节省出洞施工时间15 d，创造了良好的经济和社会效益。卓资一号隧道出口临近既有线出洞工程实践对类似条件的隧道工程有很好的参考、借鉴价值。

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