厚强风化复杂地层铁路隧道洞口施工技术

罗一鑫

（中铁十二局集团第二工程有限公司,山西太原 030000）

铁路隧道的洞口段施工既是整个工程的首要环节，同时也对后续的洞身施工产生了直接影响，施工单位必须要给予高度的重视。洞口段施工内容主要包括支护处理、洞口开挖、防排水及洞门衬砌等几部分。现场施工人员一方面要按照流程顺序，把握好每个环节的技术要点；另一方面，还要做好实时监测，包括洞口变形监测、地面沉降监测等。一旦发现有明显变形或沉降，应当立即采取措施，保障现场人员安全和工程质量安全。

1 工程概况

某铁路隧道全长10859m，起止里程为D3K279+820 ～DK290+666。经地质勘察，该工程区域地质条件复杂，其中IV、V级围岩占比超过了85%。洞身穿过1 条高烈度地震及活动断裂带，面临高温热水、突泥突水、危岩落石等不良地质。最大埋深达1215m，属厚强风化地层。

2 铁路隧道洞口施工技术

2.1 边仰坡施工

边仰坡开挖作业遵循“自上而下”的顺序，结合现场施工环境，开挖前需要做好两项准备工作：其一是布置截水天沟，起到拦截、排出雨水的作用，防止形成积水并向下渗透，保证边仰坡的结构稳定。其二是做好边仰坡的防护加固。在洞口明暗分界处，对称布置4 条预加固桩。桩体浇筑完毕，并且达到设计强度的90%后，再继续下一步的施工。在隧道洞口的拱部处，安装一条总长度为35m、直径为100mm 的超前管棚，沿着洞口上拱内部固定，同时配合使用钢筋笼完成加固。洞口外部的碎石土边坡，由于植被较少加上常年雨水冲刷、风化作用影响，坡体稳定性不理想。在此处通过布置锚杆框架梁的方式，构筑永久边仰坡防护体系。在框架梁的格子内喷播草种，起到绿化、固结水土的效果。在本次工程中，于洞口上方支护了长70m，高4m 的被动防护网。

2.2 进洞施工

考虑到该隧道洞口穿越富水全风化花岗岩地层，为保证现场作业顺利开展，选择贯通平导超前降水。在降水完成后，再使用直径为100mm 的钢管，进行大管棚超前支护。管棚的环向间距设置为40cm，为提高支护效果还使用了钢筋笼进行辅助加固。在大管棚施工流程中，管棚制作与浆液制备同时进行，在制作基本材料的过程中，利用钻孔机在标记好的孔位点上，完成钻孔并进行成孔检查。经检查钻孔的直径、深度、孔斜率等指标符合要求后，进行清水冲洗。然后在形成的钻孔上安装棚管，并设置止浆塞。之后将现场制作好的浆液注入到钻孔间隙内，待浆液凝固后起到加固效果。经检查合格后，完成管尾垫板和纵连构件的安装。整个流程如图1 所示。

图1 大管棚施工流程

2.3 洞口开挖作业

在边仰坡处理完毕和洞口管棚超前支护结束后，可以进行洞口开挖。作业前，安排专人对边坡坡度进行复核，并做好边坡修整。将坡面松散的土石等清理干净，营造良好的洞口开挖作业环境。对于石质边坡，开挖前要先在合适位置钻出炮眼，采用爆破方式将大体积的坚硬岩石爆破，然后使用挖掘机、运输车，将石块运出。洞口边坡要按照分层开挖顺序，依次完成。每层开挖时，都要做好深度观测，尽量防止出现超挖的情况。在本次工程中，机械开挖预留出20cm 左右，然后替换成人工开挖，解决了超挖问题。

2.4 明洞支护与防排水

开挖形成洞口后，就需要做好洞门支护。该工程中采用的是挂网喷锚支护的方式。为了节约工期，采用的是一边开挖、一边支护的模式。使用的是直径为20mm 的砂浆锚杆，每根长度为4.8m。现场采用梅花形布置，砂浆锚杆的间距为2.0m。在锚杆全部插入后，安排人员对固定效果以及位置进行复核，确定不存在问题后开始挂网。使用的是直径为6mm 的钢筋编制形成的钢筋网，网格为16×16cm。挂网之后，使用钢丝绑扎的方式，将砂浆锚杆与钢筋笼相接部位固定。做好洞口防水，在锚喷网防护内设置直径为150mm，长度为12m 的倾斜排水孔，斜率为15°，孔口连接长度为10cm 的打孔波纹管，外包无纺布，起到过滤作用，防止排水管堵塞。

2.5 明洞衬砌施工

在明洞仰拱施工时，要注意预留一定的空间，满足衬砌施工的需要。洞口衬砌时，将洞口表面处理干净，然后现场布置拱圈钢筋。所用钢筋均为现场裁切，然后采用焊接方式加以固定。搭接焊缝的长度不低于5cm。钢筋框架安装完毕，在模板台车的辅助下，将准备好的模板进行拼装。除了做好模板加固外，还应注意检查模板拼接部位以及拐角等处，是否有明显裂缝。如果排除是模板本身质量问题，采取夹塞止水胶条的方式填补裂缝。最后浇筑拱部混凝土，泵送过程中同时做好振捣，在提高混凝土强度、保证衬砌效果的同时，还有助于解决蜂窝、麻面、裂缝等质量缺陷。

3 铁路隧道洞口施工监测

3.1 监测项目

监测的目的是及时发现隧道洞口的微量变化，从而为加强工程管理和提高洞口施工效果提供帮助。在本次工程中，监测内容主要有3 项，即拱顶下沉监测、地表沉降监测和净空变化监测，所用设备及监测要求如表1 所示。

表1 隧道洞口施工监测

在开展监测过程中，还要对照行业内制定的有关标准，对监测数值进行分级，从而为现场施工提供参考。例如，地表沉降监测中，根据实际下沉量（S）合格允许值（S0）之间的对比关系，施工要求也有明显变化。具体关系如表2 所示。

表2 地表沉降量对施工的影响

3.2 测点布置

在明确监测要求和准备监测仪器的基础上，还要根据监测设计方案，在隧道洞口处布置监测点。本次工程中采用的是双侧壁导坑法开挖作业，因此在布置监测点时，于每个测量断面处设置2 个拱顶下沉测点，4 个水平净空收敛测点，在地表沿着隧道中线，左右对称分别设置4 个测点，测点之间间隔距离为2m。然后按照观测频次，每隔一定时间采集一次各个监测点的数据，并做好记录。

3.3 结果分析

观测时间从4 月9 日至7 月1 日。将这一周期内收集到的所有数据，按照时间与变量的对应关系绘制曲线。分别可以得到“洞口段拱顶沉降量随时间的变化曲线图”、“洞口段地表沉降量随时间的变化曲线图”、“洞口段净空收敛值随时间的变化曲线图”。图2 为本次工程中拱顶沉降在整个监测周期的变化情况，从该图中可以发现，在前8 周（6 月4 日前），随着时间推移，拱顶在不断沉降。到第8 周的时候，沉降量变化不明显，逐渐成为一条水平直线，说明沉降停止。

图2 洞口段拱顶沉降量随时间的变化曲线图

结束语

在铁路隧道的洞口施工时，如果遇到厚强风化这类复杂地质，施工前必须要做好全面、细致的地质勘测，并结合勘察资料做好施工设计。在洞口施工时，要提前做好边仰坡支护，以及降水处理等措施。然后在开始洞口开挖、洞门衬砌。在施工期间，还要做好沉降、变形监测，防止意外发生。通过高标准完成洞口施工，为后续工程开展创设良好条件。