铁路隧道斜井下穿公路施工技术探讨

摘要：随着我国交通网规模的快速扩大，铁路与公路间的相互影响不断加剧。下穿公路的隧道工程大都埋深浅、断面大、地质条件复杂，施工难度较大。该文以川藏铁路某隧道斜井下穿国道为例，依托现场施工条件和施工目标对施工技术方案进行探讨，对工法特点、工艺原理、工艺流程及操作要点等进行详细探讨，以便为该隧道斜井施工，以及类似工程施工提供借鉴和参考。

(资料图片)

随着我国社会经济的不断进步和快速发展，交通建设也得到迅猛提升，形成了密集的铁路和公路交通错综网，推动我国社会经济不断沿快车道发展[1]。然而，错综的交通网导致铁路公路之间的相互影响问题逐渐凸显，为了降低两者之间的相互影响，采用隧道下穿、上跨的方式进行过渡成为常用办法[2-3]。对于隧道下穿公路来讲，如何在确保公路正常运行的前提下对隧道进行安全施工成为关键，大量工程实践表明，在埋深较浅、地质条件复杂和国道或高速公路等重要道路、大断面隧道施工等多种条件的综合影响下，隧道施工过程中很容易对围岩的平衡进行破坏，导致公路发生破坏和损毁，进而影响道路的正常运营，甚至会出现洞内塌方和道路坍塌[3-4]。为此，应当总结已有施工经验，结合工程实际，因地制宜地采用更为科学合理的施工工艺是施工安全的重要前提。

1工程概况

本文以川藏铁路某隧道为例，该隧道4#斜井位于线路左侧，负责正洞长度3091m，和正洞相交于D3K673+773处，斜井与隧道小里程方向平面夹角103°50′2″，斜井长1642m，洞身综合坡度6％，采用双车道II型无轨运输，轮廓净空断面为7.5m×7.5m（宽×高）。经现场踏勘洞口距国道215直线距离为42m（沿洞轴线），根据设计图纸及现场实际勘测，隧道4#斜井与国道215中心交叉点为X4DK1+590，此处埋深为19.7m，为典型的大断面浅埋深隧道斜井下穿公路施工。下穿国道215段，根据设计图纸同时结合超前质地预报资料揭示，为角砾土夹碎石、块石，围岩破碎，湿润，施工围岩等级为Ⅴ级。围岩破碎，局部渗水，稳定性较差，易掉块、局部坍塌。根据地质雷达反射信号特征，推测DK1+603—DK1+588段围岩节理裂隙发育较密集。根据斜井与国道关系及地质类型分析，斜井在开挖过程中，尤其是控制爆破可能会出现路面开裂等，影响道路正常运行，甚至会出现洞内塌方和道路坍塌的安全隐患。施工前应对斜井下穿国道215结构进行调查、影像取证，提前完成洞口的截排水、地表加固及预加固桩；施工时斜井中线左右侧设置监控量测点进行国道路面沉降观测；斜井洞口施工前，通过超前地质预报，对隧道前方施工围岩进行判断，指导施工；洞口段采用机械开挖结合控制爆破（硬质岩区域），必要时进行交通管制，最大限度减少对边坡及上方道路的扰动。

2斜井洞口防护

2.1预加固桩

仰边坡开挖边缘线外5～10m设置截水天沟，由于进口坡面陡立且土层较厚，在端墙背后线路两侧各设置1根加固桩。左侧加固桩截面尺寸为2.0m×2.75m，桩长为23.5m，右侧加固桩截面尺寸为1.5m×2.25m，桩长为18m；使用风镐、风锄开挖，卷场机进行吊渣；每个坑底施工人数不超过2人；当桩井井壁土层稳定性差时，应缩短护壁分节高度，采用0.5～1m一节。挖轮廓线以外边坡支护采用喷C20砼，厚12cm，钢筋网采用φ8钢筋网，网格间距为20cm×20cm。

2.2地表加固注浆

在DK1+632—DK1+642段地表，斜井中线左右两侧个4.5m范围内采用φ75PVC袖阀管地表注浆加固，钻孔直径为φ91，间距1m×1m，交错布置；边墙两侧分别设置5排φ76钢管袖阀管加固，间距1m×1m，交错布置；均加固至坑底高程以下2m或者深入<16-2>地层1m处。每个孔需注浆，采用容量1m3注浆机，配备5个操作手；注浆压力0.4～2.0Mpa，持压时间10min，配合比为0.4～0.8水泥砂浆。地表加固注浆将使用4台潜孔钻机，每台钻机配备1个操作手。注浆效果评判：加固施工完成14d后，要求在不同位置（具相对代表性处）钻孔取芯试验，每组不少于3个钻孔取芯。加固改善土体力学参数要求：变形模量不小于1.2GPa：粘聚力大于0.1MPa，泊松比小于等于0.4。

2.3超前支护

隧道开挖前，在DK1+642—DK1+612采用φ108大管棚进行超前支护，管棚设于拱部120°范围，管棚环向间距0.4m，每环24根，单根长度为35m。洞身开挖拱墙采用I18工字钢加强支护，间距为0.8m一榀。

3下穿段加强支护

3.1支护参数

原有设计采用全断面法施工，支护采用I16工字钢支护，间距1.2m一榀，加强支护为φ60中管棚，环向间距0.4m，每环根数为23根，单根长9m。掌子面采用玻璃纤维锚杆进行加固，间距为1.8m，每根长度9m，搭接3.4m。但为了保证顺利通过下穿国道段施工，将原有全断面法施工工艺调整为三台阶法，钢拱架采用I18工字钢，间距0.6m一榀，并形成闭环结构，混凝土衬砌结构形式同样采用仰拱二衬闭环结构，超前支护增加φ42小导管，单根长3.5m，环向间距0.4m，每环23根，纵向间距2.4m，其余支护参数与原设计保持不变。

3.2超前注浆施工加强支护

1）导管规格：中管棚使用热轧无缝钢管外径60mm，壁厚5mm。2）管距：DK1+612—DK1+572按40cm布置。3）倾角：中管棚外插角不大于10°。4）注浆材料：水泥浆或水泥砂浆。当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆，要求浆液强度等级不小于M20。5）中管棚长度为9m，环向间距0.4m，纵向间距5.6m，共计18根。6）中管棚预支护施作后钻孔过程中应加强监控量测，其中拱顶下沉和净空变化为必测项目。根据监测反馈信息及时采取相应的措施以保证施工安全和施工质量。7）中管棚采用热轧无缝钢管制成管壁，须钻设注浆孔孔径8~10mm、孔间距10~20cm呈梅花形布置，前端加工成锥形、尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。注浆压力为0.5~1.0MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定。8）同时在DK1+612—DK1+572段拱顶120°范围增设φ42，长3.5m超前小导管，环向间距40cm，纵向间距2.4m布置。9）注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，防止堵管、跑浆及漏浆。做好注浆记录，分析注浆效果，注浆不饱满应补注。

3.3开挖措施

隧道4号斜井采用三台阶法；分为上、中、下3个台阶施工，上台阶高度按3m控制（预留30cm沉降量），中台阶高度按3m控制，下台阶高度按2.55m控制，开挖采用控制爆破（硬质岩区段）或机械开挖（围岩破碎段，自稳性较差段落），每循环开挖长度不超过1m，严格控制超欠挖，局部欠挖位置采用破碎头配合电钻进行开挖，严禁二次爆破。开挖结束后应立即进行初期支护。为了尽快封闭成环，保证安全，相邻台阶之间距离控制在5~8m内。同层台阶避免两侧同时开挖，一侧必须在相对侧支护结束后才能开挖。一次性开挖长度不得大于两榀拱架间距，对于围岩较差部位，必须开挖一榀，支护一榀。开挖应在上循环支护结束后进行。开挖前应有专职安全员观察临空面，发现无安全隐患后方可进行开挖作业。开控过程中应有专人观察围岩及附近初期支护变化。围岩若有渗水时，须做好排水处理，为避免积水侵泡基底，造成拱底不实，避免拱架悬空，机械装渣出渣专人指挥，以保证安全。施工作业面应保证照明充足，空气流通。开挖作业结束后应立即对开挖段落进行初期支护，封闭围岩。

3.4下穿段洞内支护

洞内支护是防止斜井坍塌的重要措施，根据现场施工条件，洞内支护流程主要包括拱架安装、锚杆支护、锁脚锚管、钢筋网布置和混凝土喷射施工等。1）拱架安装初支钢架采用格栅钢架及I18型钢，钢架各单元在洞外预拼装，洞内组装；型钢拱架采用冷弯成型，接头连接钢板厚16mm，采用螺栓连接。采用焊接时，接头处焊缝厚度hf=10mm。接头焊接及螺栓连接应符合GB50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》的要求，以保证焊缝及螺栓连接质量。钢架在开挖面初喷混凝土约4cm后架设，再复喷至设计厚度。复喷支护面与二衬空隙用与二衬同级混凝土回填。钢架与初喷混凝土间紧密接触，空隙处用混凝土垫块楔紧。钢架脚放在牢固的基础上。钢架之间按环向间距1m设置HPB400φ22mm纵向连接筋，钢架与纵向连接筋之间应焊接或搭接牢固。检查验收钢架架立后尽快施作喷混凝土，将钢架全部覆盖，保护层厚度不得小于40mm，使钢架与混凝土共同受力。2）拱部采用φ25低预应力树脂卷中空锚杆，长3.0m梅花型布置，每环8根；间距120cm×120cm，系统锚杆径向布置，锚杆与岩层面垂直。锚杆对准布设的孔位慢慢钻进，直至设计深度，保证锚杆体外露10~15cm。施工机械钻孔采用BOOM353E多臂凿岩台车；树脂锚固剂采用MQ-25；注浆采用螺旋砂浆泵注浆机；安装锚杆可采用AMV30台车，自制排架，数显扭矩扳手。边墙采用φ22药卷锚杆，长3.0m梅花型布置，每环10根；均间距120cm×120cm，长3.0m梅花型布置。3）锁脚锚管采用外径42mm、壁厚3.5mm的无缝钢管加工制作，长度3.5m。在每个台阶支护施工时，每榀钢拱架拱脚处两侧各施做4根锁脚钢管，位置为距离拱脚50cm及70cm处，与拱架轴线呈20°或40°脚插入岩体。导管插入长度不小于锚管长度的90%。为保证钢架的整体刚度φ42锁脚锚管与钢架采用φ25U型钢筋连接接头处锁脚锚管与钢架之间、φ25U型钢筋与钢架接触点、φ25U型钢筋与φ42锁脚锚管连接处采用焊接。φ25U型钢筋与型钢钢架接触点处焊接长度不小10cm，并采用双面焊接，焊接时需敲除焊渣，焊缝必须饱满。φ25U型钢筋须焊于锁脚锚管上部。4）钢筋网布置。采用φ8钢筋，网格间距20cm×20cm，单层设置，网片搭接长度不小于1个网格。钢筋焊接前先将钢筋表面清理干净，钢筋条交点必须焊接。加工后的钢筋网片应平整，钢筋表面无消弱钢筋截面的伤痕，表面不得有油污、片状锈蚀。安装网片在初喷混凝土终凝后进行。钢筋网片随初喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙一般不小于4cm。焊接固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1~2个网片。网片与钢架焊接牢固。

4注浆加护和支护施工

1）根据掌子面开挖情况及超挖情况，在拱部设置注浆管，待初支强度满足要求后，进行吹沙+注砼标号水泥浆的方式来解决初支背后脱空问题。根据现场实际情况，及时调整系统锚杆施工工艺，采用前置法进行施工，同时保证拱部中空预应力树脂注浆锚杆和边墙药卷锚杆施工质量，严格按设计要求进行注浆。2）为进一步加强洞身稳定性，使隧道初支封闭成环，在X4DK1+612—X4DK1+572段隧底增加仰拱钢支撑，仰拱钢拱架采用I18工字钢，间距1m，钢拱架之间设置φ22纵向连接筋，间距按1m控制，然后喷射25cm厚C30早高强高性能混凝土。仰拱初支按不大于3m每次进行开挖支护，控制安全步距，紧跟掌子面开挖施工，做到早成环、早封闭。

5结束语

为了保证隧道斜井下穿国道施工安全和道路正常运营，必须严格按照施工方案和操作规范进行施工。在已有施工方案设计基础上，加强现场地表沉陷、隧道拱顶下沉及水平收敛等常规监测，确保检测结果的可靠性，以便为合理确定施工参数提供依据。除此之外，要做好隧道施工期间的预警与信息报送工作，并针对可能发生的拱顶坍塌、隧道失稳和道路变形过大等做好突发事件的应急响应和处置措施，确保安全施工。

参考文献：

[1]徐郅崴.下穿高铁隧道施工方法对既有高速公路的沉降影响与控制标准研究[D].重庆：重庆交通大学，2019.

[2]党荣，邹韬，徐文.隧道下穿高速公路浅埋段施工探讨[J].黑龙江交通科技，2021，（9）：155-156.

[3]张雨昊.复杂环境下大断面浅埋隧道下穿高速公路施工工法及工艺探讨[J].四川建筑，2022，42（4）：85-88.

[4]崔广振.浅埋暗挖大断面隧道下穿高速公路的施工技术[J].建筑施工，2022，44（1）：118-120.

作者：赖标 单位：北京铁城建设监理有限责任公司