浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术研究

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摘要：本文结合工程实例，对浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术进行了分析研究，通过对多种方法的对比分析，确定了最为合理的施工技术方法，已达到良好的施工效果，进而保证施工质量，取得了较好的经济效益。

关键词：隧道工程；软岩；铁路；施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

高速公路和铁路作为非常重要的基础设施，近些年来国家加大了基础设施建设的投入，高速公路和铁路得到了迅速的发展，而在高速公路和铁路的建设中，难免会遇到软岩大跨度隧道的施工，这就增加了施工的难度。而且软岩隧道的开挖和初期支护的好坏会直接影响隧道工程的进度和质量。所以对软弱围岩条件下大跨度隧道的开挖和支护方案进行研究和改进是必要的，这可以对今后隧道施工过程中起到一定的指导作用，在提高工程质量同时降低工程的费用等方面都有着积极和现实的意义和作用。

工程概况

某隧道为某电气化改造工程中的一条双线隧道，总长度为1250米，该隧道工程的主要工程特点有：第一，埋深浅，断面大，此隧道按照满足200千米每小时的时速要求以及通行货车双层集装箱的净空要求来设计的。平均的开挖面积是160平方米，最大开挖宽度为15.1米，高为13.0米。隧道的埋深一般在20-40米之间，入口90米的埋深为3到8米之间，隧道中部成马鞍形浅地段洞身的埋深为17到22米之间；第二，工程所在地的地质较为复杂，多裂隙水。该工程所处的地质为全风化至严重风化的变质砂岩和砾岩。在开挖的过程中发现，变质砂岩和砾岩经过全风化之后成为土质，在严重风化的部分还夹杂有砂砾，而且呈现明显的层状分布，多裂隙水，岩土的稳定性极差，施工难度较大。

施工技术方案

此隧道工程从2008年6月开始动工之后，出现了多次的坍塌，在施工的过程中发生多次险情，正是由于施工现场各方加强了安全质量管理工作，在每次险情都及时采取了应急处理措施，才避免了安全事故的发生；在该工程中增设了明洞，这中方法对治理坍塌起到了一定的作用，但是该工程施工进度造成了严重的影响，该工程原计划工期为12个月，至2009年1月工期已过半，但已经完成的工程量还不到总工程量的30%，因此想要在原计划的时间之内完成施工难度是非常大的。针对这种情况，技术人员深入施工现场进行了仔细的调查和并对设计文件进行仔细的分析研究，发现在原来的设计文件中，设计支护强度较弱，该隧道属于浅埋深、软岩和大跨度地质条件，所以原有设计中的施工方案不能较好的保证施工及今后运营安全。为了使得施工顺利的进行，技术人员经过了综合的对比分析，最终确定了该隧道工程的支护方案，即采用I20型钢钢架作为初期支护的环形开挖预留核心土的施工方法，该种施工方法的基本步骤为：超前小导管注浆加固开挖上部弧形及初期支护左上部路核心土开挖和支护右侧上部核心土开挖及支护左下部核心土开挖及支护右侧下部核心土开挖及支护仰拱开挖及支护（及早进行仰拱混凝土浇筑）进行防排水及拱墙二次衬砌。每步开挖后及时初喷混凝土封闭。

施工技术要点

3.1施工的基本原则

根据相关施工要求中的规定，针对工程的实际情况，施工中严格遵循“管超前、短开挖、严注浆、强支撑、早成环、勤测量、衬砌紧跟”的原则，采取超前预支护和强支撑，实时对围岩的收敛情况进行测量，保证对初期的预支护情况进行完善，确保在安全和质量得以保证的基础上进行施工。该隧道施工中，超前预支护与初期支护采用的技术参数如表1所示：

表1 超前预支护、初期支护参数

3.2环形开挖预留核心土法施工步骤

3.2.1超前预支护

在该工程中，洞口采用了φ89mm大管棚，而洞内采用了φ42mm小管超前注浆预支护。浆液的水灰比为1：1到0.6：1的范围之内，注浆的压力在0.6-1.5Mpa。施工现场的地质主要为变质的砂岩和砾岩，该种岩土集中了岩石和土质的特性。起初，工程设计中并未采用大管棚，小管为单层，在施工时坍塌现象非常严重，后来对设计进行变更后采用φ89mm大管棚和φ42mm小管超前注浆预支护，就是做好超前支护，在这个环节主要是施作超前小导管，使用短进尺进行环形开挖，利用小导管的棚护作用实现混凝土的初喷。这种支护方式是鉴于对该施工现场地质条件进行充分分析的基础上实施的，因此，对施工中的坍塌问题很好的进行了解决，取得了较好的施工效果。

3.2.2拱部环形的开挖

在该环节中，对于环形拱部土体的开挖中，采用人工配合机械开挖，勾机配合自卸汽车出渣，每循环进尺0.6-1.0米。每循环开挖完成后，现场安全管理人员立即指导工人进行排险工作，对于局部不稳定的围岩进行清理，确保施工作业人员安全。然后对掌子面和拱墙部立即进行喷混凝土封闭。

3.2.3拱部初期支护

在该环节主要是要完成I20型钢钢架的安装，完成φ50mm锁脚锚管以及系统锚杆的打设，并挂好钢筋网，复喷混凝土封闭。在支护的过程中，要严格按照设计要求进行，避免由于支护存在的安全隐患造成施工过程中的安全问题及质量问题。

3.2.4上部结构临时仰拱

为了有效控制初期支护出现收敛下沉，依据地质的具体情况和围岩的测量结果，在上部预留核心土开挖后加设临时仰拱，使得初期支护结构可以尽早封闭成环。具体的做法是：在拱脚初期支护型号为I20的型钢钢架处，水平方向设置I18横撑，同时与边墙脚型钢焊接牢固，纵向间距为0.8-1.0米，钢架之间采用φ22mm的钢筋进行纵向连接，环向间距1.0米，及时喷射C20混凝土。

3.2.5下部施工作业程序

下部施工作业程序主要包括三个环节，第一是对核心土的开挖，第二是要交错的对边墙进行开挖并及时进行边墙初期支护的施工；第三，对仰拱进行开挖及初期支护。其中在交错边墙开挖中，开挖的进程为0.8-1.0米；在进行边墙初期支护的施工中，主要包括边墙支撑钢架、锁脚锚管、系统锚杆、挂钢筋网以及喷混凝土。及时进行仰拱浇注及回填。

3.2.6二次衬砌

在该环节中，主要是进行防水层的铺设以及钢筋的绑扎，要做好二次混凝土的全面衬砌，在二次混凝土全面衬砌施工中，采用衬砌台车进行。施工时，要根据二次衬砌的规范要求进行，保证施工的质量。二次衬砌施工完成以后，要求对成品进行保护。

监控量测

在软岩中进行隧道施工，初期支护通常会出现较大的收敛变形。因此围岩是不稳定的，二次衬砌设置后还会有衬砌开裂的现象发生，为了全面的掌握施工中出现的变形以及开裂状况，就需要在施工中做好软岩特性的控制和检测，要对围岩的支护结构体系以及工作状况进行仔细的判断，以保证初期支护和二次衬砌的稳定性。

在施工的过程中，根据相关施工规范中的规定，要做好以下几个项目的量测工作：水平净空变化量测；洞内外观量测；浅埋隧道地表下沉量测；拱顶下沉量侧。对净空收敛的量测按照每5m断面布置2条测线进行测量，量测采用JSS30A收敛仪量测，采用精密水准仪对地表下沉及拱顶下沉进行量测。鉴于该工程的地质情况，通过小断面进行开挖并做好初期支护依然会出现较大的变形，所以为了控制隧道变形，减少收敛，应该确保隧道初期支护的强度，以达到控制变形的目的。监测的结果表明：采用I20型钢钢架喷射混凝土支护之后取得了良好的效果，最终拱顶沉降和周边收敛趋于稳定，拱顶最大的沉降为50-120mm，，符合工程规范要求。

对施工进度和效益的分析

在该工程采用了环形开挖预留核心土法的施工方案这时候，保证了施工质量的基础上，施工的进度也加快了，从2009年2月开始使用此种施工方案，施工进度显著提高，在2009年6月19日完成了工程的预期目标。本次施工完成之后，实际成本比预期的成本节约了大约400万元左右，因此对于该种地质情况的隧道施工文中所提高的施工方案是合理的。

结束语

综上所述，文中采用环形开挖预留和心土的施工方法保证了施工的质量，和其它的施工方法相比，可以对一些大型设备进行充分的利用，施工的效率得到了显著的提高，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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作者简介：罗德 ，男，大学。籍贯：广西南宁出生日期：1976-03-11，毕业院校：广西大学，本科研究方向：土木工程