双线铁路隧道单侧壁导坑出洞施工方法研究

轩夏欢

（中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002）

0 引言

皖南地区多为低山丘陵，铁路隧道出洞处的施工作业常会受到陡峭崖壁等地形地貌的影响，很多技术工作者围绕该问题做了不少的富有成效的研究。王波等[1]使用偏压陡崖峭壁区隧道反向出洞施工方法，实现安全高效的出洞效果。王志勇等[2]以高速公路隧道出洞施工为研究对象，通过使用单向单侧壁导坑的作业方法，成功解决隧道出洞位置围岩破碎、浅埋、偏压等复杂条件下安全出洞。卢光辉等[3]通过施作“人造拱”等支护方式，成功解决了浅埋软弱围岩隧道出洞技术难题。但在工程实践中，很多案例出洞位置地形陡峭，并会伴随浅埋软弱围岩等不良地质条件，难以直接使用超前大管棚，适宜从一端直接单向出洞，并辅以超前小导管支护，以确保施工安全[4-6]。目前，相关研究对象主要集中在隧道进出洞过程中穿越不良地质风险区采取针对性的工程措施方面，在高陡边坡隧道出洞方面的研究较少。针对高陡边坡地形下双线铁路隧道出洞难题，本文采用上台阶单侧壁导坑出洞法进行隧道出洞研究。

1 工程概况

孟山一号隧道为宣城至绩溪高速铁路单洞双线隧道，全长203.5m，最大埋深约254.9m，正洞开挖断面尺寸为152m2。隧道出口浅埋段开挖潜在的地质风险较高，隧道出洞位置地形陡峭，机械设备无法转运至洞口位置附近，这一系列的外界客观因素使得隧道出洞困难重重。隧道出洞处航拍图如图1所示。

图1 孟山一号隧道出洞位置航拍图

2 隧道出洞思路

选用中管棚或小导管出洞，临近出口段为双层小导管。由于孟山一号隧道出口下方毗邻公路，在洞口刷坡、隧道出洞过程中应做好防护工作，严防碎石滚落至公路造成安全隐患[7]。主要包括以下步骤：洞内掘进至靠近出洞口→洞口防护及危石处理→洞口边仰坡清表及截、排水系统施作→单侧壁导坑出洞→导向墙施工→施作锚固桩、托梁等→出洞口进洞掘进→实现贯通。

3 隧道口危岩处理

上台阶单侧壁导坑开挖前，对隧道口处危岩落石进行及时清理，调查发现，洞口区域危岩以钙质页岩为主，泥质结构，薄层状构造，在内外部条件影响下，裂隙切割、卸荷等作用改变了岩体的原生结构，受地下水、风化、冻融等作用影响，节理裂隙及岩层层面的强度不断弱化；在上伏岩体的自重及外力作用下发生压缩流变及向临空方向的剪切流变，进而陡崖上缘及基底部位产生部分拉张裂隙，局部锁固段破坏，陡倾角裂隙带进一步拉裂扩张，陡崖逐渐演变成危岩，形成危岩体。对稳定式埋入危岩体保留现状，对基本稳定危岩体采取清除松动、破碎岩体措施，对欠稳定岩体采取整体或坡面以上清除，清除悬空岩体等措施。

4 洞内爆破开挖

孟山一号隧道横洞出口附近为Ⅴ级围岩，采用三台阶法开挖，洞内爆破开挖距离明暗分界线15m位置后停止洞内开挖，洞内开挖上台阶循环进尺1.2m（2榀钢架间距），中、下台阶不大于3榀钢架，装药选用2#岩石乳化炸药，炮孔孔径42mm，楔形掏槽，周边孔采用导爆索串联间隔装药，毫秒导爆管雷管非电起爆[8]。

5 单侧壁导坑出洞

洞内开挖至距明暗分界线10m处增加双层小导管进行注浆，固结洞口浅埋岩层。隧道掌子面施工至贯通里程约3m时，每循环钻眼增加2～3个探眼，探眼深度3m，以探明实际剩余距离，便于安全出洞，剩余最后10m采用上台阶单侧壁导坑出洞方案，上台阶单侧壁导坑示意图如图2所示。

图2 上台阶单侧壁导坑示意图

上台阶单侧壁导坑高5m，以方便各类施工机械能够正常出洞，为减少对洞口处岩土体的扰动，单侧壁导坑施工主要以机械开挖为主，辅以弱爆破，每循环开挖结束后及时检查开挖尺寸。单侧壁导坑每循环按正洞施工时的方法预先做好双层超前导管支护，小导管外插角5～10°和40°，环向间距为40cm，小导管单根长5m，搭接长度不小于1.0m。小导管用热轧无缝钢管加工制成，直径50mm，壁厚5mm，小导管管壁钻设注浆孔，孔径为10mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部30cm钻注浆孔作为止浆段。

单侧壁导坑施工主要以弱爆破为主，每循环开挖完毕、检查净空，符合要求后立即施作初期防护，尽快封闭围岩，并注意导坑出洞顶部与隧道设计开挖断面相同，并按照设计适当预留变形量，保证在后期施工中，围岩收敛、拱顶下沉后不侵入二衬混凝土。初期支护采用4m长Ф25中空注浆锚杆+20cm×20cm的Ф8钢筋网+I20a型钢拱架@60cm+28cm厚C25喷射混凝土。单侧壁导坑钢拱架拱脚每榀设一道I16钢架水平横撑，形成临时封闭成环；并在钢架拱脚设置Ф50锁脚锚管，同时应在钢架底部及时设置支垫避免钢架悬空。单侧壁导坑完成后，及时施作洞口平台，将洞内的风、水、电引出洞外，方便后续施工。

6 单侧壁导坑施工动态测量

为确保施工安全，施工前对开挖区域内地面进行测量，准确掌握洞顶覆盖层的厚度。同时在单侧壁导坑施工过程中，洞内的监控量测至关重要。

在单侧壁导坑开挖过程中，每5m 布置一个监测断面，每个断面分别在拱顶和洞身布置3个沉降监测点。单侧壁导坑开挖过程中，设置地表监测点，加强对地表监测，发现异常及时处理。单侧壁导坑施工前对原有地面进行一次复测，准确掌握出洞时洞顶的覆盖层厚度，确保施工安全。单侧壁导坑内监测点如图3所示。

图3 现场单侧壁导坑监测点布置

开挖过程中加强洞内、外监控测量，对开挖段后的洞身及时进行断面扫描。隧道内监控量测数据如图4所示。

图4 隧道监测点沉降位移变化图

通过图4(a)中的沉降监控量测数据可以得出，在0～7d范围内沉降发展较快，7d后沉降逐渐趋于稳定。通过图4(b)中的隧道断面扫描数据，可以得出，单侧壁导坑开挖区域的超挖情况要比其他区域更为严重，在爆破开挖过程中应注意控制，及时调整爆破方案。通过检测数据发现拱顶下沉、水平收敛速率达到5mm/d 或累计达到100mm时，应暂停掘进，并分析出现问题的原因，及时采取处理措施，确保洞内施工的安全和稳定。

7 结束语

（1）在山岭隧道出洞位置地形地貌陡峭、围岩破碎条件下，根据现场实况，可以选用单侧壁导坑出洞的方式，通过合理设计爆破方案，设置临时支撑，能够有效地解决山岭地区隧道出洞难题。

（2）通过隧道断面扫描数据，在单侧壁导坑爆破开挖出洞过程中，单侧壁导坑开挖区域的超挖情况会比其他区域更严重，在爆破开挖过程中应注意控制，及时调整爆破方案。

（3）在单侧壁导坑出洞爆破开挖过程中，可以使用监测点沉降观测、隧道断面扫描仪等相关方法，精细量测，通过综合方式保证出洞过程中围岩稳定和工程安全。