沪昆高铁白力坞隧道三台阶临时仰拱法开挖技术

卢军燕，杨 阳

（河南理工大学万方科技学院，河南 郑州 451400）

0 引言

隧道的施工方法随地质条件的变化而变化。对于地质条件较好的隧道，施工方法的选择较为灵活；对于地质条件较差的隧道，考虑到安全与效益的协调统一，施工方法的选择有一定的局限性［1～2］。一般情况下，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道，常采用三台阶临时仰拱法加竖向支撑施工。该工法通常是将大断面自上而下划分成3个小单元进行开挖，每个小单元及时封闭成环，形成环向受力，并结合临时仰拱，在上台阶中间设置Φ273无缝管，形成竖向支撑，从而有效地发挥初期支护的整体受力效果，阻止支护结构变形［3～6］。

沪昆（上海至昆明）高铁客运专线杭长段白力坞隧道 DK332＋985～DK333＋070 浅埋段埋深 4～6 m，设计围岩等级为Ⅴ级，施工方法初步设计为6步CD法，后因DK332＋994掌子面围岩为强风化岩石，经现场分析，决定采用三台阶临时仰拱法加竖向支撑安全渡过浅埋。笔者对该工程的施工、工艺流程、施工方法、质量控制方法进行探讨。

1 工程概况

沪昆客运专线杭长段白力坞隧道全长为2182m，隧道进口里程为 DK332＋482，出口里程为 DK334＋673，中心里程为 DK333＋581，进口 DK332＋514～DK332＋522段，隧道最大埋深160m。

1．1 自然地理特征

沪昆高铁白力坞隧道位于丘坡剥蚀区，自然坡度 20°～450°，地势起伏较大，相对高差 125～155 m，坡上发育有植被。

1．2 气候特征

本线所经区域属亚热带季风气候，四季分明，温暖湿润，雨量充沛，无霜期长。气象灾害四季都有可能发生，春季倒春寒，梅雨期洪涝，盛夏高温，伏秋干旱，冬季冻害。另外，大雪、冰雹、大风等灾害性天气出现比较频繁。

1．3 工程地质特征

地面表层为粉质黏土，硬塑，厚度8 m。DK332＋495～DK332＋550 段，下覆白垩系石溪组（Kis）岩系、泥质沙岩，灰绿色，强风化层厚大于2 m，下部为弱风化。DK332＋550～DK334＋155 段，下覆 Pt3s墅组凝灰岩，角砾凝灰岩，局部为安山岩、花岗岩，厚层构造，强风化层厚 1～4 m，下部为弱风化。DK334＋155～DK334＋680段，下覆συ2闪主长粉岩，类绿色和肉红色，厚层构造，颗粒结构，有节理发育。

2 工程施工

2．1 工艺流程

三台阶临时仰拱法加竖向支撑的施工工艺如图1所示。

2．2 施工工序说明

沪昆高铁白力坞隧道三台阶临时仰拱法加竖向支撑工序如图2～图4所示。

（1）开挖1部台阶。通过初喷4 cm厚混凝土，架立钢架施作1部洞身结构的初期支护。钻入锚杆后，复喷混凝土至设计厚度，底部设置I18临时钢架，加设临时支撑并喷10 cm封底混凝土封闭。

（2）上台阶施工至0．6倍洞室宽度后，开挖2部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及临时仰拱、封底混凝土。

（3）开挖3部台阶，及时封闭初期支护。

（4）用混凝土灌注该段内IV部仰拱。灌注时，要注意混凝土的和易性良好。

（5）对该段内V部仰拱进行混凝土填充。

（6）采用模板台车，一次性灌筑VI部衬砌。

图1 沪昆高铁白力坞隧道施工工艺流程图Fig.1 Construction process flow of Bailiwu tunnel of Shanghai-Kunning high-speed railway

2．3 施工方法

2．3．1 初期支护

初期支护是由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施作。其施工流程如图5所示。

图2 沪昆高铁白力坞隧道施工工序横断面示意图Fig.2 Three-step temporary inverted arch method cross section of Shanghai-Kunning high-speed railway

图3 沪昆高铁白力坞隧道施工工序纵断面示意图Fig.3 Three-step temporary inverted arch method vertical section of Shanghai-Kunning high-speed railway

2．3．2 仰拱施工

在混凝土仰拱地段，为使初期支护尽早闭合成环，构成稳固的初期支护体系，拱墙初期支护施工完成后，要及时左右错位跳挖仰拱，安装仰拱钢架，进行仰拱混凝土施工。

2．3．3 混凝土衬砌

采用可调式专用台车进行防水层施工。施工时，采用无钉孔工艺，并视初期支护的平整情况，将防水板留一定的富余量，以防绑得过紧而被混凝土挤破。

混凝土衬砌采用全断面液压钢模台车、泵送混凝土灌筑。混凝土浇筑时，要左右对称，防止台车偏移。另外，要设置制式档头板，以确保施工缝处混凝土质量。

图4 沪昆高铁白力坞隧道施工工序平面示意图Fig.4 Three-step temporary inverted arch method plan sketch of Shanghai-Kunning high-speed railway

图5 隧道初期支护施工工艺流程Fig.5 Preliminary bracing process flow

2．4 施工要点控制

（1）隧道施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

（2）为确保钢架基础稳定，锁脚钢管严格按照设计要求设置，并及时注浆。

（3）严格控制台阶长度。采用三台阶临时仰拱加竖向支撑时，台阶过长影响后面仰拱与二次衬砌施工，导致仰拱二次衬砌与掌子面步距超标，违反验标要求；台阶长度过短，对开挖后出渣车辆出渣效率影响极大，并延长循环时间，造成安全隐患。因此，台阶长度控制很关键，既要有利于大型施工机械设备的开展，又要保证隧道施工的安全。但是，目前台阶施工长度还没有统一的控制标准。该工程结合现场的具体情况并综合多方意见得出，每部台阶的长度控制在0．6倍洞室宽度，掌子面与仰拱的长度控制在2倍洞室宽度以内，仰拱与二次衬砌之间的长度也控制在1．5倍洞室宽度左右。

（4）为减少对周边围岩的扰动，按照钻爆设计打眼装药，进行弱爆破。开挖进尺时，每循环进尺不大于一榀拱架间距。

（5）按照有关规范及标准图的要求，进行监控量测，并及时反馈结果。分析洞身结构的稳定性，为支护参数的调整和灌筑二衬砌的时机提供依据。

（6）为减少围岩暴露时间，要严格保证工序连续。

（7）临时仰拱是关键。在施作时，要保证临时仰拱与主拱架螺栓连接，保证成环质量。为了控制下沉，要快速对临时仰拱封闭成环。

3 结语

综上所述可以看出，采用三台阶临时仰拱加竖向支撑的施工方法，虽然不能多次成环，却能够通过快速施工及早封闭成环，充分发挥围岩自身承载能力，这反映了新奥法的核心理念。利用超前支护及初期支护的支护作用，滞后的台阶作为超前台阶的稳定土，也可作为大型机械工作平台，多工作面同时施工，达到快速施工的目的。三台阶临时仰拱法加竖向支撑虽然充分利用了隧道开挖的时空效应，但在某些方面存在一些不足，不足的地方可以通过控制好台阶长度、做牢拱脚、适当增大超前支护长度、做好临时排水工作等措施弥补。该工法是在实践中摸索总结出来的，适用于山岭客运专线隧道施工。

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