浅析铁路大断面隧道穿越断层及地表多种构筑物的施工方法

陶 威（中铁二十二局集团公司，北京 100043）

浅析铁路大断面隧道穿越断层及地表多种构筑物的施工方法

陶 威
（中铁二十二局集团公司，北京 100043）

随着我国铁路客运专线和扩能改造工程的大规模上马，双线大断面隧道施工越来越普遍。在穿越断层及地表构筑物时，对地表的扰动更大，采取合理的措施尤为重要。笔者结合昆阳至玉溪铁路宝峰隧道施工的成功经验，简要论述了该隧道穿越断层及地表多种构筑物的施工方法，供相似地质的隧道施工参考和借鉴。

大断面隧道；穿越断层及地表构筑物；施工措施

1 工程概况

宝峰隧道位于我国云南省，是昆阳至玉溪扩能改造工程全线的控制性工程，该隧道全长7377m，设4座斜井，正洞设计为单洞双线，全隧道均为V级软弱围岩，溶洞密布、断层发育，施工中突泥突水多发，被原铁道部评定为极高风险隧道。其中1号斜井施工的玉溪方向DK12+000～DK12+400段，长400m穿越温水营平移断层。设计断层破碎带宽约320m，由断层角砾组成，成分为砂质板岩夹砂岩、泥岩、白云岩，胶结性差。正洞V级围岩断面根据加宽不同，为129m2上标至139m2上标。

该段隧道左侧580m为大春河水库，与隧道通过温水营平移断层相连，水库水位比隧道拱顶高72m。该隧道在穿越断层段，同时还下穿水塘、大春河引水渠、道路、自来水管及办公楼等多种地表构筑物，详见表1及图1。宝峰隧道作为全线的控制性工程，在穿越断层时，该工作面日掘进1m才能满足进度要求，如何在满足安全的前提下达到进度指标成为该作业面的施工难题。

2 施工实际状况

该作业面进入断层后，实际掌子面揭示地质为泥质板岩、白云岩，胶结性极差，DK12+020处超前探孔掌子面总水量为3L/S，围岩极其破碎无自稳性，实际地质情况与设计基本相符。进入断层前50m施工并未采取特殊措施，掌子面多次发生溜坍现象。从测量数据分析，各断面沉降数值均较大，其中最大累计沉降352mm，最大沉降速率56mm/d。最大累计水平收敛104mm，最大收敛速率11mm/d，施作仰拱后趋于稳定。如果不采取特殊措施，必将沉降过大造成初支开裂，进一步危及地面构筑物安全，甚至影响水库蓄水安全，将造成无法估量的损失。

表1 地表构造物情况一览表

图1 隧道地表构筑物位置关系示意图

3 施工中采取措施

3.1 对地表及结构物沉降位移监测

根据《铁路隧道监控量测技术规程》的相关要求，现场对地表水塘及结构物进行布点监测，便于根据监测结果及时采取措施。测点布置从DK12+132（地表为水塘边墙）开始，至DK12+315（苗木公司办公楼围墙外侧边），沿线路方向按照每5m/排的间距布置，每排设6个观测点，各点距离3m，观测频率为2 次/天。

3.2 地表防水及加固措施

DK12+129～DK12+149段下穿水塘，水塘水面宽15m，最大水深1m，采用排水疏干塘内积水的措施，并清除塘内淤泥，回填灰土并封闭表层，同时设置水泵抽水。DK12+153～DK12+160段下穿大春河水库引水渠，水渠宽2.6m深2.3m，为防止引水渠内流水下渗至隧道范围内，采取水渠底铺设防水板的措施。对地表公路、自来水管周边及房屋基础等采取注浆加固措施。加固范围：横向为隧道开挖线25m范围内，注浆深度为地表至隧道开挖线外。

3.3 洞内加固及施工措施

3.3.1 超前支护措施

由于本隧道断面跨度大，开挖上台阶宽度达到11m，且围岩软弱，为尽可能减小围岩开挖后的收缩，对前方掌子面采用Φ42双层注浆小导管超前支护，每循环长5m，搭接长度2.4m。

3.3.2 隧道开挖工法

隧道开挖采用三台阶七步流水作业法，在中台阶设置临时仰拱。隧道上台阶开挖时，中下台阶错开作业，每次开挖进尺0.8m（1榀）。核心土距拱顶高度控制在2.5m以内，核心土长度7m左右，总台阶长度15m左右。

隧道开挖上台阶时，采用小型挖机配置松土器开挖，并及时喷射混凝土进行封闭，控制上台阶暴露时间不超过1小时。拱脚部位采用小型挖斗，并人工清理，尽量减少对围岩的扰动。开挖中下台阶时设置移动集水箱，确保拱脚部位不积水。

DK12+147～DK12+300段下穿苗木公司办公楼，隧道距离地表埋深最浅为26m，该办公楼基础距隧道开挖边缘26m，地质为全风化泥质板岩，极易坍塌引起地表下沉危及办公区安全。为确保施工顺利，旁穿此区段时采用了φ108mm大管棚及径向注浆的综合措施通过。

3.3.3 掌子面加固措施

为进一步保证掌子面开挖的稳定性，对开挖面采用了Φ70mm玻璃纤维锚杆加固（间距50cm，长度10m），区别于普通钢质中空锚杆，此种锚杆注浆加固后易于开挖。预加固如图2所示。

3.3.4 防止拱脚下沉措施

为防止拱脚下沉及收敛变形过大，采用Φ76大直径锁脚锚管进行加固，长度为5m，并通过钢板与拱架牢固焊接。拱脚采用20cm×30cm×1cm的钢板进行垫脚，详见图3。为增强纵向连接措施，除按照设计设置连接型钢以外，还采用20cm宽的纵向钢板作为加强连接。

3.3.5 径向补偿注浆措施

隧道初支沿径向打设5m长，Φ42钢花管进行周边注浆加固，浆液采用纯水泥浆，渗水时压注双液浆。钢管末端用钢板与型钢拱架连接固定，进一步提高了拱架的承载能力。具体布置图如图3所示。

图2 超前预加固示意图

图3 拱脚加固及拱架纵向连接意图

3.3.6 安全步距要求

为了顺利通过断层，安全步距的控制十分关键，由于隧道断面大，围岩软弱，地表沉降控制严格，更要确保外力在拱圈内均匀传导。现场在满足铁建设2010[120]号文件的前提下，对安全步距做了更严格的要求：二衬距离掌子面不超过50m，仰拱及填充距离掌子面不超过20m，从掌子面开挖至仰拱封闭时间不超过10d。

3.3.7 预测水层及水处理措施

由于上游有大春河水库，且隧道埋深约30m，施工时为确保水库及洞内施工安全，对前方水层的探测和洞内渗水给予了高度重视：采用地质雷达和物探法预报前方富水情况，每循环掌子面设9个长5m的探水小导管。治水采用“以堵为主，排堵结合”的原则，对于掌子面的局部出水点采用注浆堵水；大面积散水时采取开挖后径向注浆的措施。

通过上述各种施工措施，有效控制了隧道的沉降及收敛，安全通过了该断层带。监控量测数据显示洞内拱顶最大累计沉降112mm，最大沉降速率18mm/d，最大累计水平收敛21mm，最大收敛速率6mm/d，且收敛周期明显缩短。同时地表观测显示，房屋、水渠、办公楼等构筑物的沉降均控制在合理范围内。每月进度平均达到33m，满足进度指标要求。

结语

采用地表与洞内综合加固的措施，能够满足复杂条件下大断面隧道施工安全。地表主要控制渗水对隧道施工的影响；洞内一是要减少开挖扰动，严格控制超挖；二是要通过采用大拱脚、刚性连接等各项措施加强主动支护的刚度和强度，克服三台阶沉降大的缺点；三是采用加固掌子面的措施，提高围岩稳定性；四是减少围岩的暴露时间，及时封闭成环；五是注重处理洞内渗水处理，采用提前探测、提前治理的措施。经过认真组织，宝峰隧道顺利通过了温水营平移断层，该隧道采用的措施可以作为类似隧道施工的参考和借鉴。

[1] TB10121-2007，铁路隧道监控量测技术规程[S].

[2]关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知[Z].铁建设[2010]120号.

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