成自高铁龙泉山一号隧道进口仰坡综合防护方案设计

成自高铁龙泉山一号隧道进口仰坡综合防护方案设计

黄棋

中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031

摘要：新建成都至自贡高速铁路龙泉山一号隧道进口位于成都黏土和断层压碎岩中，地质条件差，施工中洞口明暗分界处仰坡易发生变形、开裂甚至于溜坍的情况，并造成隧道暗洞段拱顶沉降、支护变形等。借鉴同样穿越该套地层的成渝高铁和地铁18号线等隧道施工经验，结合加固桩结构计算结果，本次设计对隧道仰坡采取综合防护方案，通过现场实际施工反馈，隧道仰坡稳定、施工顺利，为今后类似工程提供借鉴方案。

关键词：高速铁路；隧道；仰坡防护；地质条件差；设计

引言

隧道工程洞口段明暗分界处受地形、地质条件影响大，不良地质或特殊岩土易引起洞口边仰坡变形、开裂，甚至发生溜坍，病害发生后整治周期长、工程投资大，并造成一定的安全风险。故在特殊地质条件下，应重视隧道洞口边仰坡的防护措施。

1 .工程概况

新建成都至自贡高速铁路龙泉山一号隧道全长8456m，为单洞双线隧道，采用无砟轨道，根据V-S曲线计算，隧道分为250km/h与350km/h两段不同速度进行设计，隧道最大埋深约320m。隧道进口紧邻天府站，进口段位于成都黏土和断层压碎岩中，地质条件差。

2 .工程地质条件

隧道进口明暗分界处上覆<9-1>上更新统风积层（Q₃^eol）成都黏土，硬塑状，含铁锰结核，黏性强，为弱～中等膨胀土；下覆土为全风化、强风化<36-2>断层压碎岩（Crr），以泥岩为主，泥质结构，泥质胶结，受构造影响大，呈压碎结构，表层全风化带（W₄）呈土状，厚10～15m，属Ⅲ级硬土，以下为强风化带（W₃），节理发育，岩体破碎，质较软，属Ⅳ级软石。

3 .隧道进口仰坡综合防护方案

隧道穿越龙泉山为低山区，属于侵蚀构造地形，为浅切脊状低山，呈北东-南西向展布，为一长条带连续山脊地形，呈箱状背斜岭。目前多条公路和铁路以隧道方式穿越龙泉山，多条线路隧道洞口均穿越成都黏土和断层压碎岩地层，施工中洞口明暗分界处仰坡不同程度发生了变形、开裂甚至于溜坍的情况，并造成隧道暗洞段拱顶沉降、支护变形等。

为保证施工安全，结合成渝高铁、成都地铁18号线等实际工程经验，对成自高铁龙泉山一号隧道仰坡采取综合防护措施。

3.1 地表袖阀管注浆加固

为防止隧道仰坡开挖后，尚未完成防护时，出现变形和溜坍，并防止隧道明暗分界段暗洞段初期支护发生较大沉降变形，于隧道明暗分界段暗洞20m采用地表φ42袖阀管注浆加固，注浆范围为隧道衬砌外各5m以内，袖阀管间距1m×1m，梅花型布置。衬砌范围内袖阀管伸入隧道衬砌外缘以上1m，衬砌范围外袖阀管伸入隧道衬砌底部，空管部分采用黏土回填密实。

图3.1 袖阀管注浆典型断面设计图

袖阀管注浆要求如下：

（1）注浆材料：袖阀管套壳料采用膨润土～水泥浆，膨润土:水泥:水=1.5:2:2；注浆材料采用水泥浆，水灰比为0.8～1:1。

（2）设计参数：注浆压力为1～2Mpa，注浆分段长度为1～2m；注浆压力根据现场注浆实验及注浆的部位进行优化调整。

3.2 钻孔灌注桩预加固

为防止开挖过程中隧道仰坡出现变形过大或溜坍，对仰坡采用加固桩防护，加固桩桩长超16m，采用人工挖孔桩，存在施工安全风险，故采用钻孔灌注桩，并对结构进行计算分析。

（1）计算方法

加固桩结构主要受明暗分界处直立开挖面和施工后仰坡的主动土压力作用，本次计算利用《理正深基坑软件》按增量法原理对桩基的受力性能进行计算分析。

（2）计算模型及参数设定

隧道明暗分界处全风化土层较厚，通过试算，需采用双排桩进行加固支护，计算参数如下表所示。

表3.1 加固桩计算参数表

（3）计算结果

①内力计算结果

经计算分析，加固桩内力计算结果如下表所示，最大弯矩位于加固桩嵌固点下一定范围处，最大剪力位于其嵌固点处，桩顶最大变形为35.61mm。

表3.2 加固桩内力统计表

②嵌固深度构造验算

根据公式：嵌固构造深度=嵌固构造深度系数×基坑深度=0.600×19.130=11.478m，嵌固深度采用值16.870m >= 11.478m，满足构造要求。

③嵌固段基坑内侧土反力验算

Ps = 6812.928 ≤Ep = 34465.707，土反力满足要求。

式中：_Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）；Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN）。

④钻孔灌注桩设置参数

根据计算分析结果，隧道明暗分界里程后设双排共12根预加固桩加强防护；采用圆形钻孔灌注桩，截面直径为1.5m，桩长为30m；桩顶设32.4m（长）×1.5m（宽）×1m（高）的横向冠梁；两排桩间设3m（长）×1.5m（宽）×1m（高）的连梁，如下图所示。

图3.2 钻孔灌注桩平面布置图

图3.3 钻孔灌注桩纵断面布置图

3.3 临时仰坡锚网喷防护

（1）明暗分界处开挖轮廓线以外及桩间土喷锚网支护：喷C20砼厚15cm，钢筋网采用φ8钢筋网，网格间距20cm×20cm；锚杆采用φ25砂浆锚杆，长4.5m，间距1.0m×1.0m，梅花形布置。

（2）开挖轮廓线以内支护：喷砼厚15cm，锚杆采用φ25复合纤维锚杆，锚杆长6.0m，间距1.0m×1.0m，梅花形布置。

3.4 永久仰坡骨架护坡防护

永久仰坡采用“人”字型截水骨架防护（3m×3m），骨架内植低矮灌木护坡。

3.5 施工工序

隧道洞口段施工工序：施作天沟→施作地表袖阀管注浆加固→施作加固桩→待加固桩施工完成并达到设计强度后→施作边仰坡防护→施作洞口明洞→施作暗洞段。

4 .结束语

根据隧道进口地质条件，借鉴成渝高铁、成都地铁18号线等实际工程经验，结合结构计算结果，通过上述综合防护措施，成自高铁龙泉山一号隧道进口仰坡顺利完成施工，未发生较大的变形，保证了施工安全。

参考文献：

1. 铁路工程设计技术手册《隧道》[M]. 北京：中国铁道出版社，1995.

2. 中华人民共和国行业标准. 铁路隧道设计规范TB10003–2016/J449–2016 [S]. 北京：中国铁道出版社，2016.

3. 建筑桩基技术规范 JGJ94-2008-2008[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.