高速铁路软弱围岩隧道明挖法综合施工技术

常 立 军

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002)

高速铁路软弱围岩隧道明挖法综合施工技术

常 立 军

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002)

以新建云桂铁路平点一号隧道施工为例，通过对隧址处围岩工程地质、自然环境的勘察，分析出施工所面临的重难点问题，对比了暗挖法、明挖法、设高路堑边坡方案存在的施工风险及影响因素，经综合分析，确定了软弱围岩隧道暗挖法改为明挖法的方案，并详细介绍了明挖法的施工工艺流程及其施工技术要点，以供类似工程参考借鉴。

隧道，明挖法，边坡防护，明洞

1 工程概况

新建云(昆明)桂(南宁)铁路(广西段)平点一号隧道(D1K144+737.5)全长105 m，位于平果—那何区间，双线隧道，左右线间距为4.6 m，单面下坡5.4‰，进口里程D1K144+685，出口里程D1K144+790，全隧浅埋，最大埋深19 m。进出口均接路基。

2 设计参数

本隧道开挖断面1 458 cm×1 269 cm(宽×高)，Ⅴ级C型复合式衬砌。全环采用 Ⅰ 20b型钢钢架支护，间距60 cm，拱墙采用φ8钢筋网，网格间距20 cm×20 cm，拱部采用4 m长φ25中空锚杆，边墙采用4 m长φ22砂浆锚杆，全环采用28 cm厚C25喷射混凝土，拱部每2.4 m设一环φ42超前小导管，环向间距40 cm，每根长4.5 m。

3 施工重难点分析

由不良地质和地质钻孔取样可知，本隧道暗挖施工风险高。从该地区同类型隧道开挖后揭示的围岩分析，该页岩夹泥质砂岩薄层状，岩层产状紊乱，相互挤压破碎，成拱能力差，具有膨胀性，遇水岩层加速软化，自行剥落成碎块状。预留沉降量多达30 cm～50 cm，初期支护完成后，受机械开挖施工影响后下沉急增，造成局部侵入二次衬砌限界。

4 施工方案比选

本段山体沿隧道横向延伸，隧道大小里程坡脚处被冲沟阻断，山体上的降水都汇集于此。在隧址位置处，堆积体发育明显。针对本段的施工，可考虑采用暗挖法、明挖法、设高边坡路堑。

1)暗挖法：从隧址所处工程地质条件、地形条件、自然环境分析，本地雨季周期长，降雨量丰富，存在的不良地质、地质构造给施工安全带来潜在的风险，这种风险发生后将面临着大范围内变形、塌方冒顶等，机械、设备、机具、作业人员无法及时安全撤出。2)明挖法：此施工方法把洞内的施工风险转化到洞外边坡开挖防护、隧道快速衬砌上，高边坡的防护以及隧道主体工程的施工具有可连续性，开挖一级边坡防护一级，稳步推进至隧道仰拱的开挖及混凝土浇筑，在旱季期间组织开挖边坡风险低，作业面较宽敞，容纳多工种作业人员同时交错展开施工，完成隧道衬砌，混凝土达到要求后接着回填洞顶土石方，施工风险单一，便于施工组织管理。3)设高边坡路堑：本段以挖方通过，放坡开挖后最大挖深约30 m，路堑坡脚处设桩间挡土墙，桩顶以上边坡采用锚杆框架梁防护，能满足规范要求的路基稳定性，但该段地面横坡较陡，右侧山体边坡较高，根据有关设计文件规定，客运专线及时速200 km客货共线Ⅰ级铁路，路堑边坡高度在土质及风化破碎软质岩地段不应超过15 m，而本段属软质岩路堑边坡，高度达到30 m。

综合以上分析对比，无论从地形、工程地质、施工风险、环境因素的影响，还是从现有的施工作业面安全考虑，明挖法更适合本隧址处的各项复杂地质条件，达到施工风险可控的要求。

5 明挖法施工工艺

在开挖断面设置上，在最大挖深处设三级边坡防护，回填线以上边坡采用节点间距3 m×3 m锚杆框架梁灌草护坡防护，锚杆长度左侧8 m，右侧10 m；以下边坡采用喷锚网支护，锚杆长度4.0 m，间距1.0 m；在线路右侧设置18根1.5 m×2.0 m抗滑桩，桩长15 m，桩中心距5 m～6 m。

5.1 监控量测点布设

边坡开挖前在明洞开挖影响范围内建立地表监测网，主要用于施工期间对边坡稳定性监测。监测断面按5 m间距布设，监测点间距按5 m设置，从明洞两侧开挖坡面以外各10 m处连续布设。开挖范围外的监测点在明洞开挖前设置，开挖面上的监测点在坡面开挖后及时布设。观测的数据主要用于分析边坡稳定性以及施工开挖对边坡稳定性的影响，参照数据及时调整爆破规模、开挖量，以及各种临时支护等参数的确定，保证施工安全。

5.2 表层土开挖

按开挖路堑边坡的施工方法开挖一级防护一级，逐级做好防护。清理征地界范围内的地表植被及果树，测量放出开挖边界，开挖前先将边坡两侧天沟挖出，防止零星雨天影响边坡的稳定。从隧道出口开始顺坡面修便道进入开挖区，从坡顶按坡比挖除表层粉质黏土覆盖层，此开挖部分约6 m深，主要采取小松360挖掘机开挖。

5.3 基岩松动爆破

下伏基岩采用深孔微差松动爆破技术，根据开挖后的断面，从线路横向、纵向分别布置炮孔，一次性爆破深约6 m，取炮孔深度为6.5 m，炮孔直径90 mm，最小抵抗线3 m，炮孔间距3.5 m，排距3 m，采用2号岩石乳化炸药φ70药卷，单孔装药量35 kg。爆破后开挖松动的土石方，直接装车运输至弃渣场。根据临空面的大小，再爆破左右两侧边坡处的岩层。

5.4 边坡防护

5.4.1 打设锚杆

按坡比开挖出一级边坡后，人工清理修整坡面表层浮渣，组织人员、机械展开框架梁锚杆的打设。由测量人员根据图纸测量放出孔位，各孔用红油漆做好标记，调整潜孔钻机钻杆与坡面角度，保证孔位与水平面的夹角25°，钻孔直径110 mm，采用干钻法钻进。遇有破碎岩层时，采用套管跟进钻进，使钻孔完整不坍孔。成孔后通过高压风吹出孔内浮渣，将制作好的Φ32 HRB400螺纹钢带三角支架锚杆沿孔壁放入孔内。配制M35水泥净浆，并添加抗侵蚀性添加剂，浆液搅拌均匀，自孔底向上一次有压注浆，注浆压力不小于0.2 MPa。孔内注浆必须饱满密实，在初凝前进行二次补浆。注浆完成后的锚杆养护7 d以上，在此期间严禁敲击、摇动锚杆或在杆体上悬挂物体。待锚杆孔内水泥浆强度达到设计强度的70%后，进行框架梁施工。

5.4.2 浇筑框架梁

沿纵向、横向锚杆孔位置挂施工线分别在坡顶、坡脚、大小里程两端固定，整个坡面的框架梁纵横向中心位置确定，由此再放出框架梁开挖边线，按照土质、石质边坡要求，沿施工开挖边线人工挖槽。框架梁钢筋沿纵梁、横梁整体布置，在节点位置处互相穿过。在坡面上沿框架梁断面立木模板，模板两侧打设钢筋桩设三角架支撑。框架梁混凝土采用SY5382THB型45 m输送泵车浇筑混凝土，并在梁体混凝土初凝前立挡水缘模板，由人工提升混凝土浇筑挡水缘。

5.4.3 抗滑桩施工

边坡开挖到抗滑桩桩顶标高后，同时安排边坡防护和抗滑桩开挖展开施工，为避免上下层作业面受干扰，在同一断面上错开施工。利用挖掘机平整抗滑桩施工场地后，由测量班放出抗滑桩的四角开挖线，并用石灰撒出开挖外轮廓线，由人工手持风镐开挖，遇有较硬岩层时，钻孔松动爆破，达到人工清土的要求。施工完锁口后，在靠山坡侧利用钢管和竹胶板做三面围挡支护，防止坡面上滚落碎石块伤到井内作业人员。当桩挖到设计标高后，及时绑扎桩身钢筋，设串筒浇筑混凝土，完成抗滑桩的施工。

5.4.4 喷锚网防护

回填线以下的边坡主要采用喷锚网防护，边坡按坡比开挖后，清理表层松散浮土碎石，表面有出水时钻孔设置PVC排水花管引出。坡面清理后先喷4 cm～5 cm厚C20混凝土，用红油漆在初喷的混凝土面上按间距1.0 m×1.0 m标注孔位，用φ49风枪钻孔，要求钻孔深度比锚固深度深5 cm，利用高压风将孔中岩粉吹干净，插入4 m长φ18锚杆，灌注M30水泥砂浆，使锚杆处于锚孔中心，锚杆露出岩面的端头做成10 cm弯钩，钩住挂设的镀锌钢丝网。挂网固定后立即进行第二次喷射混凝土施工，厚度6 cm～5 cm。

5.5 明洞衬砌施工

5.5.1 衬砌台车拼装

当开挖到仰拱填充面标高处时，在隧道洞口附近选一块场地，平整场地后，按台车走行轨道间的距离两侧外放1.5 m，采用15 cm厚C20混凝土硬化场地，待混凝土强度达到设计值的70%时，由25 t吊车吊装台车架拼装模板。本隧道采用6 m长台车，经过15 d时间，整个台车组拼完毕，由测量人员按衬砌断面尺寸校核，各项检查均在允许误差范围内。

5.5.2 仰拱及填充混凝土施工

仰拱按弧线形开挖出口段10 m工作区间，人工清理基底浮渣，由试验人员用动力触探仪对基础底面测地基承载力，并与图纸上标明的地质核对，其承载力数据、地质情况与图纸对应时，将加工成型的主筋、辅助钢筋运至施工现场，在纵横向按3 m×2 m间距打设定位钢筋，作业人员在该范围内绑扎、固定钢筋。钢筋验收合格后，利用定型钢模板作为仰拱内模，两端及两侧边可使用5 cm厚木模板拼接成型，纵横向均使用钢管支撑。检查合格后浇筑仰拱C35混凝土，待混凝土终凝后拆除仰拱内模，再立中心水沟侧模，预埋洞口段过轨管、两侧中埋式钢边止水带，并固定牢靠，浇筑C20填充混凝土。至此完成本段混凝土的浇筑作业，终凝后按时洒水养护，使混凝土表面保持湿润状态，强度达到设计值的70%后进行二次衬砌施工准备工作。

5.5.3 二次衬砌施工

利用自制作业台车架分层绑扎加工成型的二次衬砌钢筋，按先外层后内层的顺序作业，每2 m设一处内外层和纵向定位构造钢筋，测量定出钢筋线形轮廓位置，以两端拉施工线为基准，严格控制内外层钢筋保护层厚度，按每平方米不小于4块布置钢筋保护层垫块。绑扎成型后的钢筋骨架经测量复核验收合格后，铺设钢轨将自行式衬砌台车就位，根据放样的隧道中心线位置粗调衬砌台车轮廓线，随后架设全站仪对衬砌台车端头里程位置、标高、断面尺寸校核，台车定位准确后，加固锁定台车，保证施工过程中不发生位移或变形。外侧模、端头模均采用5 cm厚木板拼接安装，二次衬砌内设定位钢筋支撑外侧模，外部采用φ16钢筋按1 m每道沿环向箍紧模板，并与定位钢筋焊接。整个模板封闭后，混凝土由拌合站拌合，混凝土罐车运料至地泵投料口处，从地泵出料口处接长管道沿左右两侧台车窗口逐级送料，保证两侧混凝土面高差在50 cm之内，振捣密实，浇筑完毕后强度达到设计拆模要求时，拆模覆盖土工布浇水保湿养护。

5.6 洞顶土石方回填

明洞混凝土强度达到设计要求时，在外侧面抹1 cm厚水泥砂浆找平层，铺设防水板和无纺布，再抹5 cm厚水泥砂浆保护层。两侧回填M10浆砌片石，在顶面设置50 cm厚碎石反滤层。在弃渣场内挑选土石符合要求的填料运至施工现场，先对称回填拱背土石并夯实，每层厚度控制在30 cm内，两侧回填土石面高差在50 cm内，回填至拱顶齐平后，再分层满铺至设计高度，夯填的土石方高度超过拱顶1 m以上后机械可在上面行走，洞顶填方可大范围展开施工，在填方顶面设置50 cm厚黏土隔水层压实，防止地表水渗入填方体内，增加洞顶的荷载。

6 结语

本项施工技术在相邻平点二号隧道得到了应用，通过分析围岩工程地质、隧址处地形地貌后把70 m浅埋暗挖段改为明挖法施工，解决了高速铁路浅埋顺层偏压软弱围岩隧道开挖施工中碰到的难题，避免了不良地质带来的安全隐患，为今后类似工程提供了借鉴与参考。

[1] 铁建设[2010]241号，高速铁路隧道工程施工技术指南[S].

On open cut method’s comprehensive construction technique of weak surrounding rock tunnel on express railways

Chang Lijun

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway14thBureauGroup,Jinan250002,China)

Taking Flat Spot No.1 Tunnel construction of newly-built Yunnan-Guangxi Railway as the example, the paper analyzes the construction difficulties and main points by the exploration for surrounding rock engineering geology and natural environment, compares the construction risks and influence factors in the undercutting method, open cut method, road cutting slope scheme, identifies the undercutting method of soft surrounding tunnel can be replaced by the open cut method by comprehensive analysis, and introduces the craft procedure and its construction technical points of the open cut method construction, so as to provide some reference for similar projects.

tunnel, open cut method, slope protection, open cut tunnel

2014-11-28

常立军(1978- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)04-0156-03

U455

A