新考塘隧道超大断面施工技术＊

2015-08-27张群健

贵州大学学报(自然科学版) 2015年2期

张群健*

(中铁五局(集团)有限公司，湖南长沙410117)

铁路隧道断面局部加宽是常见的事情，有下锚段、供电上网段、运营风机段、开关段以及车站。但随着铁路建设的发展，铁路网络越来越密集，联络线作为打通各线的通道，显得越来越重要。有时受地形或者其他原因限制，不得不在隧道内设置联络线，因而使隧道断面不断加宽形成超大跨断面。隧道断面的大尺度加宽，给施工带来很大困难，存在较大的安全风险，需要针对实际情况，研究新的施工方案来解决具体问题。

1 工程概况

新考塘隧道起讫里程DK265 +762 ～DK268 +265，全长2503 m，为赣龙铁路全线控制性工程，位于福建省龙岩市新罗区龙门镇境内。新考塘隧道出口为赣龙复线铁路与南龙铁路上行联络线道岔进隧道影响段，赣龙复线铁路至南龙铁路上行联络线在其正线右线出岔，赣龙正线右线与南龙铁路上行联络线间距为0 ～10.3 m，采用突变截面形式加宽。

出口大跨段为浅埋、全风化花岗岩地层，周边环境和地质条件较为复杂，地下水发育，存在塌方、突水突泥、地表失稳、地面塌陷等风险。施工难度极大，安全风险高，按Ⅰ级风险隧道进行管理。

2 超大断面情况

加宽10.3 m 段属超大跨断面，最大开挖断面396.1 m2，最大开挖宽度30.26 m，最大开挖高度16.97 m，为目前在建的最大铁路施工断面。出口端DK268 +260 ～DK268 +265 为明洞，DK268 +260 ～DK268 +228 为暗挖，共计32 m。隧道加宽示意图如图1 所示，本文重点阐述加宽10.3 m 段的施工关键技术。

图1 新考塘隧道加宽示意图

3 施工步骤

超大断面施工总体思路按照化大为小，分导洞开挖支护，强基固顶，大方量掘进。导洞划分如图2 所示。加宽10.3 m 段的主要施工步骤为:洞口防护工程→高压水平旋喷桩→洞口长管棚→左右下导洞分台阶开挖支护→下导洞基底处理→靴形拱脚砼浇筑→左右上导洞开挖支护→左右下导洞下部开挖支护→中上导洞上台阶开挖支护→中上导洞下台阶开挖→第二层初期支护→拆除临时钢架→中下导洞及仰拱开挖和支护→仰拱及填充浇筑→拱墙二次衬砌→附属工程。施工步序示意图如图3 所示。

图2 各导洞位置关系图

图3 施工步骤横断面示意图

4 主要施工方法

4.1 高压水平旋喷桩加固

加宽10.3 m 段全风化花岗岩地层设φ500 水平旋喷桩进行预加固，其中，拱部120°范围采用双层水平旋喷桩，长39 m，环向间距400 mm，桩体间咬合10 cm。

4.2 洞口长管棚超前支护

如图4 所示，拱部120°范围双层水平旋喷桩中间打设φ180 洞口长管棚，内置钢筋笼，长39 m，共75 根。

4.3 开挖

(1)开挖原则

开挖采用机械开挖，人工配合的原则，局部孤石采用松动爆破。

(2)开挖顺序

图4 高压水平旋喷桩及长管棚超前支护示意图

底部1 号、2 号小导洞先行并同时开挖，3 号、4号导洞在落后1 号、2 号导洞32 m 后同时并行开挖，5 号导洞在3 号、4 号导洞第一层初期支护与小导洞靴型大基础连接牢固后开挖，6 号导洞在滞后5 号导洞15 m 后开始开挖。

(3)1 号、2 号导洞开挖

1 号、2 号导洞采用三台阶预留核心土法开挖，每次开挖进尺不超过1.6 m，机械开挖、人工修边。上台阶核心土长度3 m，中台阶距上台阶不超过5 m，下台阶距中台阶不超过5 m，仰拱距掌子面不超过35 m。仰拱施工至DK268 +228 后停止掌子面掘进，开始施工靴型大基础。

(4)3 号、4 号导洞开挖

3 号、4 号导洞采用环形开挖，每次开挖进尺不超过0.8 m，机械开挖、人工修边。3 -2 部距3 -1部、4 -2 部距4 -1 不超过5 m，3 -3、4 -3 部在1号、2 号导洞靴型大基础施工完成后开始人工开挖。

(5)5 号导洞开挖

5 号导洞在3 号、4 号导洞的3 -3、4 -3 部开挖支护完成后开始开挖，采用台阶预留核心土法开挖，每次开挖进尺不超过0.8 m，机械开挖、人工修边。5 -1 部第一层初期支护完成后，开始施工整环第二层初期支护，5 -1 部前进5 -10 m 后开始机械开挖5 -2 部。

(6)6 号导洞开挖

6 号导洞在5 号导洞开挖支护15 m 后开始机械开挖，施工仰拱及填充。

5 关键技术

5.1 侧导洞施工

(1)1 号、2 号侧导洞最先施工。施工工法为大墙脚复合双侧壁法，喷射砼为C30 砼，靴型大边墙采用C35 钢筋砼。

(2)导洞采用超前小导管作为超前支护，小导管采用热轧无缝钢花管，单根长4.5 m，外径42 mm，壁厚3.5 mm。小导管环向间距40 cm，纵向搭接长度按1.5 m 在拱顶140°设置。外插角为5 ～10°为宜，注浆材料采用水灰比为1∶1(重量比)的水泥浆液，注浆压力:0.5 ～1.0 MPa。

(3)两侧导洞均采用三台阶法开挖，仰拱及时封闭成环，每个台阶的距离不大于5 m，仰拱距掌子面距离不超过15 m。在开挖过程中，严格控制开挖进尺，上台阶每循环进尺不超过1 榀钢架距离，中、下台阶两侧错位开挖，每循环不超过2 榀钢架距离，仰拱及时跟进闭合。

(4)为保证拱部第一层初支型钢和第二层初支格栅钢架能够顺利准确地架立在靴型拱脚大基础混凝土上，导洞初期支护型钢与拱部钢支撑应进行错位安装。导洞进入暗挖段施工后应严格控制每一榀钢架的安装位置，左右侧导洞型钢和导洞内左右两边脚趾里程应严格保持一致。

(5)两侧导洞在大拱脚基础混凝土拱部两榀型钢之间利用简易木盒进行预埋(便于正洞支护钢架穿过)，木盒尺寸60 cm ×60 cm，并用纵向连接钢筋进行定位加固，木盒100 cm ×100 cm 范围内取消钢筋网片和连接钢筋。

5.2 导洞基底加固

(1)根据设计要求新考塘隧道DK268 +228 ～+260 段采用Φ89 钢管桩进行侧洞基底加固，采用L=3 m 热轧无缝钢管，外径89 mm，壁厚5.0 mm，钢管间距采用1.5 m×1.5 m，梅花形布置。

(2)导洞底部基底注浆加固如图5 所示。

图5 导洞基底加固示意图

5.3 靴型大边墙基础施工

靴型大边墙施工图如图6 所示。

(1)靴型大边墙基础施工模板采用方形木板、竹胶板和钢模板配合安装。加固模架采用预弯的弧形槽钢和若干轻型工字钢或方木斜撑组成。

图6 靴型大边墙施工图

(2)靴型大边墙基础施工时均从小里程方向往大里程端分段施工。混凝土浇筑分三次进行浇筑，第一层高2.18 m，第二层高2.37 m，第三层高2.34 m。大边墙环向施工缝与正洞二衬环向施工缝必须在同一里程上。

(3)施工时先将I16 或18 轻型工字钢与导洞型钢进行焊接固定，利用铁丝将每块松木板与弧形槽钢绑扎成整体，其余采用小型方木支撑弧形槽钢，并在模板内部增加斜向拉杆，加固每一层的模板，防止混凝土浇筑时出现跑模现象。

(4)靴型大体积混凝土基础在施工第三层时，预留高30 cm、宽45 cm 的纵向槽道，槽道底部预埋16 mm 厚钢板，钢板两侧用Φ20 螺纹钢穿透钢板预埋入混凝土中，单根钢筋长度20 cm，当顶部3 -2 步开挖时，将第一层初期支护HW200 型钢落底于槽道中，两侧用电焊机进行满焊连接。顶端还应预埋16 mm 厚钢板，方便180 格栅钢架底部与混凝土进行有效连接。

(5)大边墙基础钢筋施工时从第一层到第三层逐层进行绑扎或焊接施工，层与层之间预留钢筋进行连接，每层钢筋预留长度不得小于50 cm。

(6)弧形模板安装时，预留变形量15 cm，防止模板移位侵入二次衬砌和仰拱混凝土净空。

5.4 上部及中部开挖支护

(1)当3 -1 导坑开挖支护5 m 后，对4 -1 导坑开挖支护，施工方法与步骤同3 -1 导坑。

(2)施工3 -1 导坑和4 -1 导坑的时候同步施工1#、2#导洞靴型大墙脚基础混凝土。

(3)1#导洞靴型大墙脚混凝土施工完毕后，施工3 -2 步小导坑，采用人工开挖方式进行，并将HW200 型钢落底于靴型大墙脚混凝土基础上，上端与3 -1 导坑型钢进行螺栓连接，并进行钢纤维喷射混凝土支护。4 -2 步小导坑同上。

(4)当3 -2 导坑和4 -2 导坑施工一段距离后，开始进行5 -1 导坑开挖。开挖完成后及时将3 -1 导坑和4 -1 导坑通过HW200 型钢进行螺栓连接，并喷射钢纤维混凝土。

(5)第一层初期支护闭合后，及时进行监控量测，并根据监控量测结果及时进行补强措施。若已收敛稳定，当5 -1 导坑开挖进尺达到3.2 m 后，拆除部分竖撑，并进行第二层初期支护及180 格栅钢架施工，喷射混凝土支护。

(6)第二层初期支护施工完毕后，及时进行监控量测，若已收敛稳定，则开始进行5 -2 导坑开挖，并逐步拆除3 -1 和4 -1 导坑剩余竖撑。

(7)分台阶开挖6、7、8、9 步，每个台阶长度控制在3 ～5 m 之间，并逐步拆除1#、2#导洞型钢。

(8)当第9 步将仰拱开挖完成后，及时将仰拱钢架与两端靴型大墙脚基础进行闭合连接。

5.5 全断面拱墙衬砌

当仰拱初期支护施工3 m 后，及时进行仰拱混凝土浇筑。仰拱混凝土施工6 m 后，及时进行仰拱填充混凝土浇筑。仰拱填充施工一段距离后，及时进行二衬台车拼装，进行拱墙二次衬砌施工。衬砌台车长6.1 m，采用防水板与二衬台车一体化设计，加宽10.3 m、8 m、6 m 段衬砌台车均利用加宽4 m 断面为主门架，再通过不同加宽副门架改装而成。