铁路隧道下穿高速公路浅埋段的施工技术浅谈

李强

【摘 要】本文结合昆玉铁路扩能改造工程新哨坡隧道D3K52+970-D3K53+050段的具体施工情况，就软弱围岩浅埋段隧道施工的相关问题作了简单的分析和探讨。

【关键词】隧道；下穿；浅埋；施工技术

1.引言

随着我国经济建设的发展，铁路建设也得到了快速的发展，铁路工程建设项目一般线路长，路线既定，在建设过程中难免要穿越各种各样的地质岩层，其中浅埋软弱地层隧道由于地层埋藏较浅，多为风化破碎的隧道围岩，受力情况复杂，易发生围岩坍塌、地表下沉或坍至地表等情况，施工较为困难。以昆玉铁路扩能改造工程新哨坡隧道D3K52+970～D3K53+135段为例，其穿越的地质岩层为弱膨胀土，围岩级别全部为V级，且隧道于D3K53+100处下穿玉元高速公路，高速公路与铁路隧道交角约420，铁路隧道拱顶和高速公路路面高差2～3米，存在着极高的安全隐患。在进行施工时，处理不当极有可能导致较大的安全事故，带来不必要的损失，因此，了解和掌握软弱围岩隧道浅埋段的相关施工技术，提高施工技术水平，对保障施工安全顺利进行，保证工程质量有着十分重要的现实意义。

2.工程概述

2.1工程概况

昆阳至玉溪铁路扩能改造工程新哨坡隧道位于玉溪市红塔区境内，为双线单洞隧道，进口里程为D3K52+450，出口里程为D3K54+420，全长1970m，全隧道为3‰人字形坡。隧道于D3K53+100处下穿玉溪至元江高速公路，下穿长度52.85米，高速公路与铁路隧道交角约420，隧道拱顶和路面高差2～3米。

2.2总体施工方案

为了保证高速公路的安全通行以及新哨坡隧道的安全修建，对玉元高速公路进行临时过渡，施工顺序：修建施工便线——将高速公路改移到施工便线通行——进行D3K53+050～D3K53+135段暗洞施工——复原高速公路——进行D3K53+050～D3K52+970段暗洞施工。

2.3工程特点

由于隧道洞顶为高速公路，且隧道断面较大，开挖宽度达14.5米，开挖高度达12.2米，施工时需严格控制下沉量，确保高速公路路面不被破坏。

高速公路管理单位给出的施工时间仅为3个月，要完成高速公路改移、隧道开挖支护及二衬、高速公路复原的所有工作，时间紧迫。

3.浅埋段隧道施工技术

3.1支护技术

在下穿高速公路施工时，隧道拱部144°范围采用超前Φ60mm（d=6mm）中管棚注浆加固，单根长9m，纵向间距3.0m，环向间距0.3m，中管棚预留注浆孔，按梅花型布置，注浆采用M20水泥浆，水灰比0.5：1～0.8：1，注浆压力为0.5～1MPa。

初期支护采用喷锚支护，具体参数如下：全环设I20b型钢钢架，间距0.5米，喷射C25砼厚度为27cm，上台阶拱脚设Φ42锁脚锚管，每处4根，中、下台阶每处设2根，每根长4m，各台阶拱脚均设28a纵向槽钢，并焊接牢实，形成纵梁，锁脚锚管与钢架之间增加“L”型钢筋，提高锚管端部和钢架的连接强度。上台阶初支按3米（纵）╳1米（环）预留注浆孔，在铺设防水板之前对初支进行注浆，以防止隧道初支背后脱空造成高速公路路面在通车后下沉。

3.2开挖方法

结合本隧道下穿高速公路的特点，施工时决定采用三台阶七步法进行施工，开挖时严格按上台阶不超过一榀拱架间距、中下台阶一次不超過两榀拱架间距、仰拱一次开挖时不超过3米进行开挖。

三台阶七步法具有如下优点：

施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高；在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法；在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定；当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间；三台阶七步开挖法规避了CRD法需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，能及时调整闭合时间，方便机械施工，利于施工工序转换。

由于浅埋隧道的围岩地质条件较差，因此要尽量减小对其震动，减小对围岩的扰动。特别是开挖时，能用人工或机械开挖的尽量不用爆破，本段隧道施工时，在仰拱地段局部较硬地段采用破碎锤施工。

3.3地表水处理

在上台阶开挖之前，根据施工的进度，对D3K53+050～D3K53+135浅埋段周边30m范围内低洼地段进行处理，在外围用砂浆设置临时排水沟，确保地表排水的顺畅；对高速公路浆砌排水沟进行修补，防止渗漏水。

3.4步距控制

严格控制各台阶长度，实际施工时按微台阶控制，台阶长度在3～4米，确保初支封闭成环位置距离掌子面不超过15米，二衬距离掌子面距离不超过40米。

3.5劳动力及机械组织

根据施工现场实际分析，对施工组织进行调整：维持原三班倒的作业形式，开挖班、喷浆班、立架班各班组增加2～3人，同时喷浆机由2台增加至3台，管棚钻机由1台增加至2台，这样每循环作业时间由10小时缩短至8小时。

3.6监控量测

根据本隧道特点，量测项目选用了四项，分别为地质和支护状况观察描述、周边位移；收敛和拱顶下沉量测；地表下沉量测；地表路面、水沟结构物裂缝观测。量测间距5m，每个断面布置7个点，拱顶一个，各台阶左、右对称各一个。地表下沉量测与洞内侧点间距一致，其布置为沿断面横向每2m布一点，共布15点。通过测点数据整理及拱顶下沉值与时间曲线图的分析，可以看出隧道开挖及初期支护后，拱顶下沉值随时间的增长逐步趋于稳定。仰拱施工后拱顶下沉速率就基本趋于稳定，小于0.1mm/d，拱顶最大累计下沉量为15mm，地表最大累计下沉量为10mm，均位于高速公路侧沟处。

4.本隧道浅埋段隧道施工注意事项

软弱围岩隧道的施工比一般的隧道施工难度更大，因此更应当注意施工中的一些问题，控制施工质量，以保证施工安全顺利进行。

4.1施工前注意事项

工程施工前，应当全面了解和掌握施工现场的具体情况，通过实地勘察等掌握隧道工程的地质、周围自然环境、围岩特点、浅埋土层地下水深度等具体的情况，以确保施工设计方案的科学合理可行。

4.2施工过程中注意事项

由于软弱围岩的岩体强度地，岩层荷载力小，在进行超前支护工作时，支护管的长度、管径等须根据穿越长度、现场地质条件及隧道上部上覆土层等具体的施工情况来确定；注浆前，须进行压水试验，同时需对使用的机械设备进行检查，确保其性能可靠；检查管路的连接情况，以保证其符合设计的要求。

隧道开挖时，通常采取弱爆破、短进尺、强支护、早封闭和及时支护的措施，尽可能少用爆破开挖，减少爆破对隧道周围岩层的影响；合理安排施工时间，浅埋段一般尽量赶在冬季或雨季前完成；在各台阶拱脚设置大拱脚，以减少拱顶下沉速率。隧道洞口的排水系统应当与洞外排水系统连为一体；洞内排水沟内须有一定的防拱脚浸泡的措施。

加大管理力度，实行严格的奖惩措施，要求工人严格按照施工技术交底的有关要求进行施工，减少人为因素对隧道稳定性的影响，同时，加强过程监控机制，对关键部位、关键環节实行全程跟踪旁站。

5、结语

经过采取一系列的措施后，整体工期控制在80天，比原计划90天节约了10天，同时，初高速公路局部浆砌片石水沟需用砂浆修补外，高速公路路面得到较好保护，这证明，软弱围岩浅埋段采用此种开挖及初期支护方法是可行的，隧道施工是安全的，稳定的。通过上述施工实例，我们看出，对于浅埋隧道，只要根据实际情况，采取切实可行的施工技术和工艺，运用科学的监控量测手段，并通过数据分析来指导施工，就能保证施工安全、稳妥、顺利进行。

参考文献：

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