复杂环境黄土地层裸露拱盖法施工技术研究

复杂环境黄土地层裸露拱盖法施工技术研究

姜文涛

中铁十二局集团第三工程有限公司山西太原030000

摘要：在高速铁路隧道修建中，常会出现浅埋偏压甚至隧道部分结构外露的情况，同时当周边构筑物密集环境复杂且处于湿陷性黄土地层时，传统的明挖法施工存在开挖量大、生态破坏严重、施工成本高、施工缓慢等缺点；以宝兰客专下穿天水市区某隧道为工程背景，提出采用“Φ108超前短管棚（6m）+Φ89锁脚管棚（4m）+Φ89管棚径向注浆（3m）”综合加固方式，以拱部外露的暗挖隧道施方式通过的施工工法。该隧道的顺利完成表明裸露拱盖法施工方案可行，可供类似工程参考。

关键词：高速铁路隧道；复杂环境；施工方法

1工程概况

宝兰客专渭河隧道全长10016m，下穿天水市城区，其中DK770+300～+250段地表为军工企业中航天水航修厂，其中DK770+230拱顶正上方为飞机弹药库，线路左侧18m为试炮洞处于使用中，且此段隧道拱顶已露出地表0.8m，原设计采用明挖法施工，必须将弹药库和试炮洞进行迁移，但因属军工工程，迁改和新建周期长。洞身穿越地层为湿陷性粘质黄土，具Ⅲ～Ⅳ级湿馅性，其含水率大，开挖后极易会产生湿陷变形，拱顶下沉大且失稳变形快，施工难度和风险高，其平面和纵断面位置关系如图1、2所示。

图3原设计明挖法施工断面图

因隧道拱顶仅出露地表0.8m，采用隧道明挖法施工最大高程差可达到13m，开挖方量和边坡防护量大，受弹药库和试炮洞军工企业迁改和新建周期长，工期不受控；因自然天气的影响较大，易导致明挖段大量积水，影响施工工期，且该段黏质黄土的湿陷性达Ⅳ级，水作用下进一步恶化围岩条件，给施工带来额外的困阻，并留下安全隐患。

3裸露拱盖法施工方案

为解决渭河隧道DK770+300～+250段拱部裸露地表、周边环境复杂、湿陷性黄土变形大，明挖法施工弊端的难题，提出复杂环境黄土地层裸露拱盖法施工技术。

复杂环境黄土地层裸露拱盖法施工技术，是在隧道进入拱顶外露区段，首先对掌子面前方围岩进行超前大管棚预加固，以加强隧道拱部围岩的稳定性，同时防止拱部的失稳坍塌，在管棚的支护下，及时进行开挖上导和初期支护施工；同时通过每处2根4m的Φ89锁脚管棚，有效地控制初期支护拱脚下沉；再次采用3m的Φ89管棚径向加固，有效防止周边围岩收敛，从而控制支护大变形。

4裸露拱盖法施工技术

复杂环境黄土地层裸露拱盖法施工的关键技术有三：一是通过预加固和后加固措施严格控制围岩和支护变形；二是分三台阶预留核心土开挖，并及时使初期支护封闭成环；三是严格控制施工步距，包括台阶之间的步距，仰拱与掌子面之间的步距，以及二次衬砌与掌子面之间的步距。具体施工技术如下：

4.1施工前准备

施工前对此段地表进行截排水施工，避免施工时雨水进入隧道软化隧道围岩加速湿陷性黄土变形速率，增大施工难度。

4.2超前支护施工

超前短管棚支护，如图6所示；采用Φ108管棚对隧道地面以下暗挖部分进行超前支护，管棚长度6m，搭接长度1.2m，环向间距加密至20cm，不设管棚工作室，及时进行注浆。

4.3洞身施工方法

⑴预留核心土，开挖上导，将上导I25a钢架拱基脚夯实并施加混凝土垫块，增加钢架拱架承载力，减少钢架拱脚下沉量，架设上导钢架，同时拱脚采用槽钢连接，施加Φ42锁脚锚管，同时安装Φ95锁脚管棚导向管并焊接在钢架之上，每循环进尺控制在1榀钢架间距0.6m，拱部外露部分采用Φ22双层连接钢筋和双层钢筋网片。

⑵对拱顶外露部分施作外侧模板，并喷35cm厚C25混凝土初期支护。

⑶上导继续施工3m后，开始施作上导Φ89锁脚管棚，管棚长度4m，采用1：1水泥浆液注浆。

⑷中导施工工序同上导施工工序，中导施工3m后，开始施作φ89锁脚管棚，管棚长度4m；同时施作φ89径向管棚并注浆，径向管棚长度3m，纵向间距0.6m，环向间距1.0m，并与钢架焊接牢固，采用1：1水泥浆液注浆。

⑸下导施工工序同上导施工工序，不在详述，及时施作φ89锁脚管棚，管棚长度4m；同时施作φ89径向管棚并注浆，径向管棚长度3m，纵向间距0.6m，环向间距1.0m，并与钢架焊接牢固，采用1：1水泥浆液注浆。

⑹控制仰拱距掌子面步距在18m以内，及时施作仰拱，仰拱一次施工长度为3m，初支封闭成环。

⑺控制衬砌距掌子面步距在30m以内，采用在衬砌台车端头搭建2m长简易防水板及钢筋施工台架，衬砌一次施工长度为10m，衬砌封闭成环。

⑻拱顶地表回填土石时与地表原地形顺接满足排水要求，采用机械夯实，土石上部施作浆砌片石，即可防止后期雨水冲刷下渗。

5结语

以渭河隧道宝鸡段湿陷性黄土地层且周边军工企业等复杂环境为工程背景，对复杂环境黄土地层拱顶裸露地表的拱盖法施工技术进行了研究，实现零埋深或负埋深的隧道以拱部外露的暗挖隧道施工法通过，避免隧道施工对周围建构筑物的影响。

采用“Φ108超前短管棚（6m）+Φ89锁脚管棚（4m）+Φ89管棚径向注浆（3m）”综合加固方式，严格控制地面沉降和支护变形，降低施工风险，同时减少了征地面积和边坡防护量，节约工程投资，并对周边生态环境的影响极小；与明挖工法相比，施工工程量显著减小，且施工不受雨季影响，有效提高施工效率，可为类似工程提供参考。

参考文献：

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