高原铁路隧道洞口浅埋段施工技术

李家宇

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

1 引言

隧道施工现场地质条件错综复杂， 部分隧道存在浅埋偏压破碎地段，增加了施工难度，加之开挖不规范、防护不到位等原因，易引起塌方冒顶事故，危及施工人员的人身安全。 因此，深入研究隧道洞口浅埋偏压段的施工技术具有重要意义，可提高隧道施工水平，促进隧道事业的长远发展。

2 工程概况

某高原铁路隧道， 为普通中长隧道， 左右线设计间距为18～32 m，左线起讫里程ZK14+590～ZK15+687，长1 097 m，右线起讫里程K14+571～K15+676，长1 105 m。 隧洞为端墙式断面，开挖尺寸5 m×4 m，支洞桩号0+000～0+020 段属于埋深为5～30 m 的浅埋段，是本隧道的重难点施工部位。

3 结构设计

在隧道进口段设置浅埋偏压式明洞衬砌。 隧道左线进口端采用端墙式洞门， 边仰坡设置长度为3 m 的φ22 mm 砂浆锚杆，统一呈梅花形布置，间距为1 m×1 m；设置网格间距为25 cm×25 cm 的φ8 mm 钢筋网；喷射C20 混凝土，厚度为10 cm。明洞段衬砌采用C30 钢筋混凝土结构，结合防水要求，在明洞外沿铺设“土工布+防水板+土工布”；偏压挡墙施工现场地基的基础采用C20 混凝土施工成型， 承载力不低于250 kPa；明洞回填部分，采用的是“M7.5 浆砌片石（下部）+碎石土（上部）+黏土隔水层和种植土（顶部）”的结构组成方式。 偏压明洞拱顶中心的填土作业以分层、对称的方法依次进行，填土高度不超过3 m，压实度不低于90%[1]。

4 浅埋偏压隧道施工技术

4.1 浅埋偏压处理

浅埋偏压隧道洞外处理的常用方法为：

1）削坡排水法：此法适用于土质围岩，挖除偏压侧边坡土体，减轻土体重量，并采取排水措施，降低侧滑力。

2）减载反压法：此法适用于山体偏压程度不大的隧道，通过边坡减载和明洞反压回填的方法抵抗山体侧滑。

3）支挡加固法：支挡结构包含抗滑桩、抗滑挡墙、预应力锚索等，通过特定的结构起到支挡作用，在处理浅埋偏压地段时的应用效果良好，但成本偏高。

4）地表注浆法：此法适用于极破碎、稳定性差的围岩，操作简单，通过注入的浆液即可改善现场地质条件，但难以准确地预估注浆量，可能影响处理效果。

在本高原铁路隧道工程中， 考虑到现场洞口石质围岩的特性以及偏压强度，从技术可行性、操作便捷性、成本可控性多个方面进行分析， 认为采用C20 混凝土抗滑挡墙进行支挡加固的方案具有可行性，可减轻明洞受到的偏压力，阻止边坡下滑，且成本较低[2]。

4.2 施工技术

4.2.1 截水天沟施工

测量人员根据水沟中心线距边仰坡开挖线5 m 以上的要求进行测量放样，确定水沟的施工位置，清理水沟与边仰坡开挖线间的原植被。 截水天沟采用坐浆法砌筑， 砌块的大面朝下，砌体保持稳定，沟底纵坡不低于0.3%，断面尺寸为60 cm×60 cm，壁厚为30 cm，材料采用M7.5 浆砌片石，根据截水天沟施工进度及时拌制砌筑砂浆，随拌随用，防止因长时间不使用而固结。上、下竖缝的错开宽度不少于10 cm，砌缝宽度统一在2 cm 以内。 每隔8～10 m 设置一道沉降缝，用泡沫板填充，待截水天沟的强度达标后，取出缝内的泡沫板，填充沥青麻絮至密实状态。 截水天沟砌筑结束后， 覆盖湿草帘并洒水养护7～14 d，使截水天沟有效成型。

4.2.2 土石方开挖

根据“由外向里、自上而下、分层、开挖和支护同步进行”的原则进行土石方开挖作业。 开挖前测量放线， 控制开挖范围，避免超挖、欠挖。 人工和挖机配合，从上部开始向下分层清理表土。 边仰坡土石方爆破采用浅孔台阶爆破开挖的方法，在设计爆破方案时，根据现场地质、地形确定最小抵抗线方向。开挖完成后，若满足质量要求，则随即采取支挡防护措施。

4.2.3 出渣运输

为保障施工安全，加快出渣速度，出渣运输时采取如下措施： 加强洞内排水与照明； 注重装运渣设备的日常维护和保养，根据设备运行特性，准备足量的易损配件，以备不时之需；加强通风，使洞内保持清新的空气；及时向施工便道洒水，避免扬尘。

4.2.4 边仰坡开挖及防护

按自上而下的顺序分层开挖洞口边仰坡，每层高度为3～5 m，每层开挖后检测边坡坡度，并在开挖过程中预留核心土。 局部边坡较厚，先用挖掘机开挖，预留20～30 cm 由人工修坡，再清理开挖过程中产生的杂物。 局部边坡围岩较硬，常规开挖方法的可行性差，采用风洞凿岩机钻眼，松动爆破，既保证开挖的有效性，又避免边坡因爆破开挖而缺乏稳定性。 土石方用挖掘机装渣，由自卸汽车运输出渣。

边仰坡开挖过程中及时采取防护措施，采用喷锚网防护的方法处理临时边仰坡、明暗分界处掌子面，按1.2 m×1.2 m 的间距梅花形布置长度为3.5 m 的φ22 mm 砂浆锚杆，挂设网格尺寸为25 cm×25 cm 的φ8 mm 焊接钢筋网，喷射厚度为10 cm 的C20 混凝土，全面防护开挖部位。隧道分界里程至洞门里程处设置C20 片石混凝土挡块，挡墙顶部用M10 浆砌片石进行防护。

4.2.5 仰拱施工及填充

全面清理隧底的虚渣和浮土， 用同级混凝土回填超挖部位，禁止用原土回填。 仰拱混凝土浇筑时，采用曲模技术，搭配自制钢栈桥，一次浇筑成型。 待仰拱混凝土终凝后，开始填充混凝土。

4.2.6 偏压挡墙施工

偏压挡墙的基础高度为155 cm，挡墙顶宽为60 cm，墙身高度为970 cm，采用C20 混凝土施工成型。 根据基础宽度和墙身高度搭设双排脚手架， 配套钢管和拉杆， 用于稳固脚手架，由施工人员在脚手架上进行二次立模。 根据挡墙施工用料要求，在搅拌站拌制混凝土，通过检验后，用罐车运输至施工现场，分层浇筑且各层高度不可超过2 m。 施工中在纵向每隔2 m 及时预埋DN100 的PVC-U 泄水管，方便排水。 经过偏压挡墙施工后，待其实测强度达到设计值的75%时，可拆模，覆盖草袋并洒水养生至少7 d，使偏压挡墙固结成型。

4.2.7 明洞衬砌施工

以全断面液压台车整体模筑钢筋混凝土的方法施工明洞衬砌，采用C30 防水钢筋混凝土，配筋方式为φ22 mm 环向主筋、φ16 mm 纵向钢筋、φ8 mm 连接钢筋。拱圈混凝土强度达到设计强度的70%后才可进行二次衬砌的拆模作业， 拆模后检查拱圈的背部，用砂浆找平不平整的部位，再铺设土工织物和防水板，铺设时搭接长度≥10 cm，采取错缝搭接的方法。 土工布和防水板向隧道内拱背延伸≥50 cm[3]。

4.3 洞门施工

搅拌站拌制C20 混凝土，用罐车运输至施工现场，泵送入模，每次浇筑层高为2 m，浇筑过程中用插入式捣固器进行振捣。 为保证洞门的成型效果，洞门模板缝应满足“横平竖直”的要求。

4.4 超前支护

超前支护的基本流程是：首先用风动凿岩机钻孔，成孔后检验钻孔质量，再由人工安装超前小导管，外插角为12°，将其与钢架焊接至一体，最后采用注浆泵注入水泥单液浆。 注浆参数根据试验结果而定，未经许可不得随意调整注浆参数。

小导管前端为尖锥形， 除管口500 mm 范围内的管壁不钻孔外，其他部分均按15 cm 的间距交错钻眼，眼孔直径均为8 mm。

钻孔后，向孔中插入小导管，尾端与钢架焊接至一体，形成预支护体系。 施工现场存在软弱围岩地质段时，用凿岩机将小导管沿钢架打入孔中，对于地质条件较差的浅埋段，进行双层小导管注浆加固。 注浆前，在现场进行压入稀浆试验，根据试验结果确定地层的吸浆能力以及浆液在地层中的扩散能力，选择合适类型的浆液，设定注浆量、注浆压力等参数，按照试验确定的方案进行注浆。 若现场施工条件发生变化，视实际情况灵活调整注浆参数。 地下水较大时，按照水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.5 拌制水泥-水玻璃浆液，及时注浆。

注浆前，向掌子面喷射厚度为5～10 cm 的混凝土，形成止浆墙。 注浆初期，注浆压力相对较低，若注浆初期无异常，随着注浆的进行而逐步增加注浆压力，达到设计终压（1 MPa）后，稳压注浆10 min，保证注浆饱满。 注浆结束时，进浆量明显减少，通常在20～30 L/min。

5 拱顶下沉量的监控量测与分析

根据工程要求，累计最大沉降量不超过17 mm、每日拱顶下沉量不超过2 mm、连续3 d 监测结果无变化时，拱顶沉降趋稳，可结束拱顶下沉量监控量测。 隧道洞口浅埋段施工结束后，连续监控拱顶下沉量，结果如表1 所示。

表1 拱顶下沉量监控量测结果

根据表1 可知，监控量测到第11 d 时，拱顶下沉量为0，且此后连续多日的拱顶下沉量均为0，满足连续3 d 下沉量为0 的要求；隧道洞口总沉降量为8.5 mm，满足总沉降量不超过17 mm 的要求；每日监测的沉降值均＜2 mm，满足每日沉降量控制要求。 总体上，各项拱顶下沉监控指标均符合要求，拱顶稳定可靠，在采用本文设计的施工方案后，有效控制拱顶下沉量，能够以安全的方式顺利完成隧道洞口浅埋段施工作业，实践表明本工程采用的隧道洞口浅埋段施工技术具有可行性[4]。

6 结语

综上所述，隧道施工条件复杂，隧道洞口可能存在浅埋偏压的情况，施工单位应考虑到施工条件的特殊性，根据现场地质、地形、水文等基础条件采取合理的施工方法，规范进行开挖、支护、填充各项工程活动。 在本文中，结合实例分析了高原铁路隧道洞口浅埋段施工要点，有效控制了拱顶沉降量，提高了洞口浅埋段的施工质量。 工程采用的施工技术可为类似工程提供参考。