新考塘隧道超大斷面施工技術(shù)＊

張群健*

(中鐵五局(集團)有限公司，湖南長沙410117)

鐵路隧道斷面局部加寬是常見的事情，有下錨段、供電上網(wǎng)段、運營風機段、開關(guān)段以及車站。但隨著鐵路建設的發(fā)展，鐵路網(wǎng)絡越來越密集，聯(lián)絡線作為打通各線的通道，顯得越來越重要。有時受地形或者其他原因限制，不得不在隧道內(nèi)設置聯(lián)絡線，因而使隧道斷面不斷加寬形成超大跨斷面。隧道斷面的大尺度加寬，給施工帶來很大困難，存在較大的安全風險，需要針對實際情況，研究新的施工方案來解決具體問題。

1 工程概況

新考塘隧道起訖里程DK265 +762 ～DK268 +265，全長2503 m，為贛龍鐵路全線控制性工程，位于福建省龍巖市新羅區(qū)龍門鎮(zhèn)境內(nèi)。新考塘隧道出口為贛龍復線鐵路與南龍鐵路上行聯(lián)絡線道岔進隧道影響段，贛龍復線鐵路至南龍鐵路上行聯(lián)絡線在其正線右線出岔，贛龍正線右線與南龍鐵路上行聯(lián)絡線間距為0 ～10.3 m，采用突變截面形式加寬。

出口大跨段為淺埋、全風化花崗巖地層，周邊環(huán)境和地質(zhì)條件較為復雜，地下水發(fā)育，存在塌方、突水突泥、地表失穩(wěn)、地面塌陷等風險。施工難度極大，安全風險高，按Ⅰ級風險隧道進行管理。

2 超大斷面情況

加寬10.3 m 段屬超大跨斷面，最大開挖斷面396.1 m2，最大開挖寬度30.26 m，最大開挖高度16.97 m，為目前在建的最大鐵路施工斷面。出口端DK268 +260 ～DK268 +265 為明洞，DK268 +260 ～DK268 +228 為暗挖，共計32 m。隧道加寬示意圖如圖1 所示，本文重點闡述加寬10.3 m 段的施工關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 新考塘隧道加寬示意圖

3 施工步驟

超大斷面施工總體思路按照化大為小，分導洞開挖支護，強基固頂，大方量掘進。導洞劃分如圖2 所示。加寬10.3 m 段的主要施工步驟為:洞口防護工程→高壓水平旋噴樁→洞口長管棚→左右下導洞分臺階開挖支護→下導洞基底處理→靴形拱腳砼澆筑→左右上導洞開挖支護→左右下導洞下部開挖支護→中上導洞上臺階開挖支護→中上導洞下臺階開挖→第二層初期支護→拆除臨時鋼架→中下導洞及仰拱開挖和支護→仰拱及填充澆筑→拱墻二次襯砌→附屬工程。施工步序示意圖如圖3 所示。

圖2 各導洞位置關(guān)系圖

圖3 施工步驟橫斷面示意圖

4 主要施工方法

4.1 高壓水平旋噴樁加固

加寬10.3 m 段全風化花崗巖地層設φ500 水平旋噴樁進行預加固，其中，拱部120°范圍采用雙層水平旋噴樁，長39 m，環(huán)向間距400 mm，樁體間咬合10 cm。

4.2 洞口長管棚超前支護

如圖4 所示，拱部120°范圍雙層水平旋噴樁中間打設φ180 洞口長管棚，內(nèi)置鋼筋籠，長39 m，共75 根。

4.3 開挖

(1)開挖原則

開挖采用機械開挖，人工配合的原則，局部孤石采用松動爆破。

(2)開挖順序

圖4 高壓水平旋噴樁及長管棚超前支護示意圖

底部1 號、2 號小導洞先行并同時開挖，3 號、4號導洞在落后1 號、2 號導洞32 m 后同時并行開挖，5 號導洞在3 號、4 號導洞第一層初期支護與小導洞靴型大基礎連接牢固后開挖，6 號導洞在滯后5 號導洞15 m 后開始開挖。

(3)1 號、2 號導洞開挖

1 號、2 號導洞采用三臺階預留核心土法開挖，每次開挖進尺不超過1.6 m，機械開挖、人工修邊。上臺階核心土長度3 m，中臺階距上臺階不超過5 m，下臺階距中臺階不超過5 m，仰拱距掌子面不超過35 m。仰拱施工至DK268 +228 后停止掌子面掘進，開始施工靴型大基礎。

(4)3 號、4 號導洞開挖

3 號、4 號導洞采用環(huán)形開挖，每次開挖進尺不超過0.8 m，機械開挖、人工修邊。3 -2 部距3 -1部、4 -2 部距4 -1 不超過5 m，3 -3、4 -3 部在1號、2 號導洞靴型大基礎施工完成后開始人工開挖。

(5)5 號導洞開挖

5 號導洞在3 號、4 號導洞的3 -3、4 -3 部開挖支護完成后開始開挖，采用臺階預留核心土法開挖，每次開挖進尺不超過0.8 m，機械開挖、人工修邊。5 -1 部第一層初期支護完成后，開始施工整環(huán)第二層初期支護，5 -1 部前進5 -10 m 后開始機械開挖5 -2 部。

(6)6 號導洞開挖

6 號導洞在5 號導洞開挖支護15 m 后開始機械開挖，施工仰拱及填充。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 側(cè)導洞施工

(1)1 號、2 號側(cè)導洞最先施工。施工工法為大墻腳復合雙側(cè)壁法，噴射砼為C30 砼，靴型大邊墻采用C35 鋼筋砼。

(2)導洞采用超前小導管作為超前支護，小導管采用熱軋無縫鋼花管，單根長4.5 m，外徑42 mm，壁厚3.5 mm。小導管環(huán)向間距40 cm，縱向搭接長度按1.5 m 在拱頂140°設置。外插角為5 ～10°為宜，注漿材料采用水灰比為1∶1(重量比)的水泥漿液，注漿壓力:0.5 ～1.0 MPa。

(3)兩側(cè)導洞均采用三臺階法開挖，仰拱及時封閉成環(huán)，每個臺階的距離不大于5 m，仰拱距掌子面距離不超過15 m。在開挖過程中，嚴格控制開挖進尺，上臺階每循環(huán)進尺不超過1 榀鋼架距離，中、下臺階兩側(cè)錯位開挖，每循環(huán)不超過2 榀鋼架距離，仰拱及時跟進閉合。

(4)為保證拱部第一層初支型鋼和第二層初支格柵鋼架能夠順利準確地架立在靴型拱腳大基礎混凝土上，導洞初期支護型鋼與拱部鋼支撐應進行錯位安裝。導洞進入暗挖段施工后應嚴格控制每一榀鋼架的安裝位置，左右側(cè)導洞型鋼和導洞內(nèi)左右兩邊腳趾里程應嚴格保持一致。

(5)兩側(cè)導洞在大拱腳基礎混凝土拱部兩榀型鋼之間利用簡易木盒進行預埋(便于正洞支護鋼架穿過)，木盒尺寸60 cm ×60 cm，并用縱向連接鋼筋進行定位加固，木盒100 cm ×100 cm 范圍內(nèi)取消鋼筋網(wǎng)片和連接鋼筋。

5.2 導洞基底加固

(1)根據(jù)設計要求新考塘隧道DK268 +228 ～+260 段采用Φ89 鋼管樁進行側(cè)洞基底加固，采用L=3 m 熱軋無縫鋼管，外徑89 mm，壁厚5.0 mm，鋼管間距采用1.5 m×1.5 m，梅花形布置。

(2)導洞底部基底注漿加固如圖5 所示。

圖5 導洞基底加固示意圖

5.3 靴型大邊墻基礎施工

靴型大邊墻施工圖如圖6 所示。

(1)靴型大邊墻基礎施工模板采用方形木板、竹膠板和鋼模板配合安裝。加固模架采用預彎的弧形槽鋼和若干輕型工字鋼或方木斜撐組成。

圖6 靴型大邊墻施工圖

(2)靴型大邊墻基礎施工時均從小里程方向往大里程端分段施工?；炷翝仓秩芜M行澆筑，第一層高2.18 m，第二層高2.37 m，第三層高2.34 m。大邊墻環(huán)向施工縫與正洞二襯環(huán)向施工縫必須在同一里程上。

(3)施工時先將I16 或18 輕型工字鋼與導洞型鋼進行焊接固定，利用鐵絲將每塊松木板與弧形槽鋼綁扎成整體，其余采用小型方木支撐弧形槽鋼，并在模板內(nèi)部增加斜向拉桿，加固每一層的模板，防止混凝土澆筑時出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象。

(4)靴型大體積混凝土基礎在施工第三層時，預留高30 cm、寬45 cm 的縱向槽道，槽道底部預埋16 mm 厚鋼板，鋼板兩側(cè)用Φ20 螺紋鋼穿透鋼板預埋入混凝土中，單根鋼筋長度20 cm，當頂部3 -2 步開挖時，將第一層初期支護HW200 型鋼落底于槽道中，兩側(cè)用電焊機進行滿焊連接。頂端還應預埋16 mm 厚鋼板，方便180 格柵鋼架底部與混凝土進行有效連接。

(5)大邊墻基礎鋼筋施工時從第一層到第三層逐層進行綁扎或焊接施工，層與層之間預留鋼筋進行連接，每層鋼筋預留長度不得小于50 cm。

(6)弧形模板安裝時，預留變形量15 cm，防止模板移位侵入二次襯砌和仰拱混凝土凈空。

5.4 上部及中部開挖支護

(1)當3 -1 導坑開挖支護5 m 后，對4 -1 導坑開挖支護，施工方法與步驟同3 -1 導坑。

(2)施工3 -1 導坑和4 -1 導坑的時候同步施工1#、2#導洞靴型大墻腳基礎混凝土。

(3)1#導洞靴型大墻腳混凝土施工完畢后，施工3 -2 步小導坑，采用人工開挖方式進行，并將HW200 型鋼落底于靴型大墻腳混凝土基礎上，上端與3 -1 導坑型鋼進行螺栓連接，并進行鋼纖維噴射混凝土支護。4 -2 步小導坑同上。

(4)當3 -2 導坑和4 -2 導坑施工一段距離后，開始進行5 -1 導坑開挖。開挖完成后及時將3 -1 導坑和4 -1 導坑通過HW200 型鋼進行螺栓連接，并噴射鋼纖維混凝土。

(5)第一層初期支護閉合后，及時進行監(jiān)控量測，并根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時進行補強措施。若已收斂穩(wěn)定，當5 -1 導坑開挖進尺達到3.2 m 后，拆除部分豎撐，并進行第二層初期支護及180 格柵鋼架施工，噴射混凝土支護。

(6)第二層初期支護施工完畢后，及時進行監(jiān)控量測，若已收斂穩(wěn)定，則開始進行5 -2 導坑開挖，并逐步拆除3 -1 和4 -1 導坑剩余豎撐。

(7)分臺階開挖6、7、8、9 步，每個臺階長度控制在3 ～5 m 之間，并逐步拆除1#、2#導洞型鋼。

(8)當?shù)? 步將仰拱開挖完成后，及時將仰拱鋼架與兩端靴型大墻腳基礎進行閉合連接。

5.5 全斷面拱墻襯砌

當仰拱初期支護施工3 m 后，及時進行仰拱混凝土澆筑。仰拱混凝土施工6 m 后，及時進行仰拱填充混凝土澆筑。仰拱填充施工一段距離后，及時進行二襯臺車拼裝，進行拱墻二次襯砌施工。襯砌臺車長6.1 m，采用防水板與二襯臺車一體化設計，加寬10.3 m、8 m、6 m 段襯砌臺車均利用加寬4 m 斷面為主門架，再通過不同加寬副門架改裝而成。

圖7 不同段加寬襯砌示意圖

5.6 加寬10.3 m 段與加寬8 m 段的工序轉(zhuǎn)換步驟

(1)當3 -1 導坑施工至DK268 +228 里程后，進行加寬8 m 段的180 洞身長管棚施工，不需要管棚工作室，3 -2 步無洞身長管棚。

(2)當4 -1 導坑施工至DK268 +218 后(考慮搭接3 m，加寬10.3 m 段該位置已施工45 m)，擴挖管棚工作室，進行加寬8 m 段的180 洞身長管棚施工，4 -2 步無洞身長管棚。

(3)長管棚施工完畢后，3 -1 導坑通過5 m 漸變段轉(zhuǎn)入加寬8 m 段施工，4 -1 導坑通過突變轉(zhuǎn)入加寬8 m 段施工，一直施工至加寬6 m 段交界里程DK268 +192 為止。

(4)其中3 -2 步和4 -2 步需要待加寬8 m 段拱腳靴型大體積混凝土基礎施工完畢后方可進行施工。

(5)同樣，5 -1 步施工至DK268 +218 后，擴挖拱部管棚工作室，進行加寬8 m 段剩余洞身長管棚施工。

(6)管棚施工完畢后，通過漸變轉(zhuǎn)入加寬8 m段進行正常施工。

(7)其余施工步驟與加寬10.3 m 段一致。

6 實施效果

1#、2#側(cè)導洞分別于2013 年12 月11 日和2014 年1 月10 日進洞施工，到2014 年8 月12 日，加寬10.3 m 段37 m 二襯完成，共歷時8 個月。隧道安全、質(zhì)量和工期得到保證，受到業(yè)主好評。

圖8 隧道施工效果圖

7 施工特別注意事項

(1)堅持“強排水、預支護、短開挖、強支撐、快封閉、早成環(huán)、勤量測、速反饋”的施工原則。

(2)強化技術(shù)培訓，在充分理解各施工細節(jié)的前提下，才能進行細部的技術(shù)交底。

(3)嚴格施工過程控制。以操作質(zhì)量保工序質(zhì)量，以工序質(zhì)量保分項工程質(zhì)量。每一道工序必須經(jīng)過嚴格檢查驗收，達不到要求不得進入下一道工序施工。

(4)各部開挖盡量采用小型機械，人工配合。一次開挖長度不超過一榀鋼架間距，及時噴砼，盡早將支護系統(tǒng)封閉成環(huán)。

［1］王曉州.大斷面黃土隧道建設技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國鐵道部. 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［3］關(guān)寶樹.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2012.