铁路客运专线黄土地质浅埋富水隧道施工技术

霍 翼

(石太铁路客运专线有限责任公司，石家庄 050000)

1 工程概况

新建铁路石家庄至太原客运专线工程起自石家庄北站，止于太原站，正线全长189.93 km。南庄隧道是石太铁路客运专线最长的黄土隧道，全长3 345 m，隧道进出口里程分别为 DIK149+600、DIK152+945，由于地质结构复杂多变，施工难度较大，为石太铁路客运专线重点控制性工程之一。其中DIK150+490～DIK150+550段属于特浅埋段，且DIK150+508处有一条进入南庄村的道路，车辆穿行，使隧道顶部有动荷载，对隧道施工影响较大。在 DIK150+514.77～DIK150+520.8隧道中心顶部右侧与线路夹角45°处有一集水窖。在DIK150+532隧道中心左侧11.13 m处有另一集水窖，右侧窖体的底部深入隧道拱部，左侧窖体贴近隧道边缘。两处集水窖的形心范围从DIK150+513～DIK150+535，长度为 22 m，在 DIK150+532～DIK150+541隧道顶部范围内有一条深约2 m的排水明渠横跨隧道顶部等情况，进一步加大了隧道施工的难度。

2 浅埋段地质情况

1)南庄隧道段地表浅层分布新生界第四系上更新统冲洪积层(Qal+pl3)新黄土，浅黄色、坚硬，垂直节理发育，可见大孔隙，厚度0～4 m，分布于地表浅层。

2)第四系中更新统洪积层(Qpl2)老黄土，棕红色、棕黄色、棕褐色、灰色，软塑 ～硬塑，具垂直节理，层厚0～21.5 m，分布于隧道局部。隧道拱部地层松软，由于有集雨水窖的影响，土层含水量较大，开挖后围岩的自稳定性差;直接影响本隧道的施工安全。

3)浅埋段设计围岩级别为黄土Ⅴ级加强，衬砌形式为黄土Ⅴ级加强复合式衬砌。

4)水文调查:现场调查当地村民的生活用水井，水井深度为20 m左右，且井内水的补给来自地表降水，每年春、秋两季为枯水期，是施工的有利时期。

3 施工方案的确定

南庄隧道特浅埋段(DIK150+490～DIK150+550)是整个隧道施工的关键之一。浅埋段最小埋深仅4 m，解决浅埋和下穿道路问题的关键是控制地表的沉降和坍塌，因此在方案制定时必须优化黄土隧道分部开挖的施工步序和断面尺寸，最大限度的减少地表沉降，为尽早封闭成环创造条件，保证施工安全顺利通过。

3.1 三台阶弧形导坑法

根据本隧道其它黄土段的施工经验，采用微台阶法、CD或CRD法施工是有效的，但CD法或CRD法工序比较复杂，不利于机械施工，进度慢，若处理不当，使初期支护不能尽早成环，不利于变形的控制。因此，在施工中经过综合比选，利用加强超前支护，增加系统锚杆及锁脚钢管等工艺措施，优化为三台阶弧形导坑法施工。

3.2 具体的施工方法及技术措施

3.2.1 三台阶弧形导坑法开挖施工步骤(图1)

图1 三台阶弧形导坑法(单位:m)

施工工序严格控制上台阶开挖每循环进尺0.75 m，下台阶每循环进尺1.5 m，挖掘机开挖人工修整断面成型，装载机倒退通过栈桥装渣，仰拱距下台阶不超过8 m，距上台阶不超过15 m。尽早施作仰拱和填充混凝土及时封闭成环，有效的控制变形。

通过此种施工方法在南庄隧道部分浅埋段的施工运用，从上部开挖开始到二次衬砌前，拱顶沉降量测数据统计值最大在10～13 cm之间。达到了预期目的。3.2.2 主要施工技术措施

1)加强超前支护，采用双排小导管对围岩进行加固。小导管在拱部120°范围内双排交错施设，小导管杆体长度4 m，为管径42 mm的无缝钢管。环向间距为 30 cm，层间距 22～30 cm，施工外插角 5°～10°，搭接长度不小于1.5 m。

施工方法:为确保导管定位准确，在钢架上焊接定位套管，套管直径φ60 mm:施工时小导管穿过套管并用风钻推送，待施设、焊接完毕后安装法兰并注水泥砂浆(1∶3.4∶3.4)。双排小导管布置见图2。

图2 双排小导管布置图(单位:cm)

2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ部钢支撑拱脚处，加强钢支撑的支垫(采用混凝土板或钢板支垫牢固)，防止由于支垫不实造成钢架下沉。

3)加强钢拱架的纵向连接，即纵向连接筋采用直径22的镙纹钢，连接筋的间距加密到0.5 m。

4)施工中加长系统锚杆的长度，由设计的3.5 m加长至4.0 m，用煤电钻成孔，采用药包式锚固剂，确保锚杆的锚固质量。

5)在拱脚，墙脚设置锁脚导管，杆体及孔内注水泥浆如图3所示。

图3 锁脚钢管示意

6)加强喷射混凝土的施工质量控制，严格按照湿喷工艺施工，确保喷射混凝土的施工质量。缩短喷射混凝土的终凝时间，以尽早使喷射混凝土与支架共同作用抵抗围岩的变形。

7)施工中加强测量，正确指导施工。施工测量由专人按照规定的时间、频率对地表沉降和隧道围岩的收敛变形进行量测。按照量测的管理曲线进行等级管理，并及时对数据进行分析判断，如出现异常情况立即停止作业，进一步完善方案后进行下道工序的施工。

8)加强施工用水管理，严禁施工用水浸泡处造成地基承载力的下降。

9)根据现场调查，地下水等水位线预计从隧道底开始到填充顶，为地表降雨补给的上层滞水。随着降雨量的增加，开挖后渗水量较大，施工前应准备足够的排水设施，根据水量的变化及时采取排水措施。见图4所示。

图4 仰拱集水坑降水、排水示意(单位:m)

4 几点体会

通过采取以上施工措施，成功的遏制了可能发生的塌方，安全的通过了浅埋段。主要体会有:

1)双排小导管施工工艺较简单，循环工序快，且能有效控制隧道超欠挖，稳定应力松弛区，控制地表下沉量。

2)施工过程中应注意留核心土，这样可以有效保证掌子面、拱顶稳定，保证施工人员的安全。

3)初期支护应及时成环、施作仰拱，并紧跟二次衬砌。

4)施工过程中应加强监控量测，为下一步施工提供有力的依据。

5)施工过程中必须加强工序管理，严格工艺标准，关键部位专人旁站到位。

6)黄土隧道施工中对水的管理尤为重要，必须有强有力的措施予以管理，限量用水，集中管理，专人抽排。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB 10003—2005 铁路隧道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB 10204—2002 铁路隧道施工规范［S］.北京:中国铁道出版社，2002.

[3] 中华人民共和国铁道部.TZ214—2005 客运专线铁路隧道工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

[4] 关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

[5] 刘建伟.大断面富水地层暗挖隧道的施工技术［J］.铁道建筑，2008(6):49-51.