超前加固支护技术在改建铁路隧道洞门施工中的应用

黄 华，张永厚

(1.乌鲁木齐铁路局 调度所，乌鲁木齐 830011;2.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

隧道洞口所处地段的地质条件往往较差，岩层破碎、松散、风化严重，洞口施工或路堑开挖时破坏了山体原有的平衡，极易产生坍塌、顺层滑动、古滑坡复活等现象。既有铁路隧道改建工程中，这些现象尤为突出，直接影响到隧道的稳定性和施工安全。经过多年探索，应对不良地质条件，积累了包括超前长管棚支护、超前小导管支护、超前钢格栅支护、超前锚杆支护等多种施工技术。根据各种支护方法自身的特点、作用机理和适用条件的不同，在实际工程中，往往需要结合所在工程的具体地质条件，采用一种或几种支护方法的结合，以取得更好的效果。本文将结合既有铁路达成线扩能改造工程渠江四号隧道洞口施工实例，对格栅钢架结合超前小导管进行不良地质处理进洞的设计和施工技术进行介绍。

1 工程概况

渠江四号隧道是既有铁路达成线扩能改造工程中需进行全断面改扩建的一座客货混合单线电气化隧道，设计行车速度160 km/h。隧道全长256 m，纵坡为4.7‰单向坡。改扩建方法为对该既有隧道的原有衬砌采用爆破拆除的方法逐段拆除，然后重新进行开挖、支护和衬砌，将其断面扩大，形成较大的行车空间，以满足扩能后新的列车限界要求。

隧道位于川中平缓构造含油气区及须家河含煤地层上部，基岩裂隙中可能有瓦斯等有害气体逸出，需对瓦斯等有害气体进行探测、监测和防爆控制。

2 洞门超前加固支护方案的提出

渠江四号隧道洞身穿越侏罗系中统上沙溪庙(J2S)泥岩夹砂岩，岩层倾角平缓，局部轻微扭动，产状变化较小，未见断裂构造形迹。地层局部含脉状石膏，地下水不发育，洞身191 m位于Ⅳ级围岩地段。隧道出入口位于剥蚀丘陵地貌，丘坡分布坡残积粉质黏土，入口长34 m、出口长31 m位于Ⅴ级围岩地段。

按照达成线改建总体部署要求，渠江四号隧道主体改建工期为2个月。如果实行原定由隧道中部向两端先拱后墙爆破开挖方案，按每天施工进度计算，不能满足总体工期要求。为此，根据隧道围岩状况、各工作面的安全距离，决定采用由隧道中部向进出口两端各一个工作面，进出口洞门向隧道中部各一个工作面，共计四个工作面同时开挖的方案进行平行交叉作业，在保证安全的前提下达到总体工期的要求。

由于进出口地段均为Ⅴ级围岩地段，且进口段洞顶仰坡防护区域有注浆加固痕迹，原有衬砌背后的空洞及充填不密实情况不明，原始爆破对围岩的影响程度不明，围岩稳定情况不明，如果直接采用爆破手段，势必造成洞顶仰坡滑塌，直接威胁隧道施工安全，对施工进度也将产生严重影响。基于以上几种不确定因素，为保证施工安全、质量和工程进度，经过技术分析比较，决定采用格栅钢架结合超前小导管进行既有洞口开挖施工。

3 超前加固支护方案

3.1 设计方案

对于软弱破碎Ⅴ级围岩的洞口浅埋地段，为确保进洞安全，又能增开工作面，满足工期要求，在开挖边线紧贴洞门端墙，先立格栅钢架一榀，钢格栅以超前小导管架立，然后再按1 m间距于洞外立第二榀格栅钢架，格栅钢架间同样以超前小导管进行架立，格栅钢架间及注浆小导管间挂钢筋网片，用C20喷射混凝土形成早期护拱。

格栅钢架由8个单元组成，格栅主筋采用HRB335φ22 mm，联接钢筋采用 HPB235φ10 mm、φ8 mm，每个单元由焊接组成，单元间由螺栓进行连接。

超前小导管采用φ42 mm热轧无缝钢管，壁厚3.5 mm，环向间距40 cm，每根长3.5 m，外插角控制在10°左右。钢管前端呈尖锥状，尾部焊接上 φ6 mm加筋箍，尾端支撑于钢架上，每排小导管纵向间距为2 m，每排至少搭接1.0 m。管壁四周钻φ6 mm压浆孔，尾部1 m长范围内不设压浆孔。图1为格栅钢架结合超前小导管支护布置图。

图1 格栅钢架结合超前小导管支护布置(单位:cm)

隧道初期支护喷射混凝土采用掺加RMA耐腐蚀剂的耐腐蚀混凝土，耐腐蚀剂掺量为水泥用量的6%，每方喷射混凝土水泥用量不小于400 kg，水泥采用普通硅酸盐水泥。为提高喷射混凝土的力学性能，喷射混凝土掺入ZYPF改性聚丙烯微纤维，掺量为每方喷射混凝土0.9 kg。

3.2 施工方案

在既有洞门端墙上放出开挖轮廓线，在开挖轮廓线上按超前小导管环向间距定出小导管位置。超前小导管安设采用钻孔打入法。由于岩体节理面产状不同，小导管以平行于中线15°～20°外插角打入端墙，深入围岩。环向间距40 cm。

定出钻孔位置、钻孔，检查钻孔的倾斜度和方向。钻孔直径比钢管直径大3～5 mm，并用吹管或掏勺清孔。然后，将钢管用人工或风钻顶入，并用高压风将钢管内的沙石吹出。钢管现场加工，BW250/50型注浆泵压注水泥浆。将压浆管用铁丝绑扎于钢管尾端，现场拌制注浆液，用注浆机向管孔内注浆，按由下至上的顺序进行。单管注浆量通过现场试验确定。浆液采用水泥浆，水泥浆液水灰比为1∶1，注浆压力为0.5～1.0 MPa。

按开挖边线架设格栅钢架。安装时，可根据实际情况调整各个单元的长度，并相应调整接头的位置。格栅钢架与小导管尾部焊接成一整体。将钢筋网片与格栅钢架及小导管连接成一体后喷射C20混凝土，形成早期护拱。在护拱的保护下，再行爆破拆除既有衬砌。爆破前，对仰坡浆砌坡面进行拆除。每次爆破长度控制在1 m以内。进洞后，即按照先拱后墙法对Ⅴ级围岩地段设置拱墙格栅钢架及拱部φ42 mm超前小导管加强支护，钢架纵向间距1.0 m，超前小导管纵向间距2.0 m，环向间距0.4 m，每环20根，每根长3.5 m。

4 结语

渠江四号隧道改建施工，地质条件复杂，不可预见性多，工期要求紧，给施工增加了较大难度。在施工中，根据地质条件，通过每日施工情况不断总结，及时调整施工方案，增加工作面，采取不同的超前支护加固方案，严格按照“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则进行施工，保证了隧道开挖等工序的顺利进行。虽然提前进洞加长了隧道长度，增加了工程造价，但由于方案得当，确保了整体施工的安全和工程进度。隧道自2009年4月初施工，于2009年6月初改建完成。整个施工过程没有出现任何安全和质量问题，说明施工中采取超前支护的必要性和正确性，为既有铁路改建隧道的施工提供了可借鉴的经验。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB10204—2002 铁路隧道施工规范［S］.北京:中国铁道出版社，2002.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10003—2005 铁路隧道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.