维普资讯 http://www.cqvip.com 铁道勘测与设计 ２００２年第２期总第ｌ２２期 渝怀铁路杉树陀特大断面隧道的进洞技术 刘正旺 鲍汝沧 李迎秋① ［摘 要］ 渝怀线杉树陀隧道进口，系超浅埋及岩溶地质段，洞身开挖跨度大，在施工过 程中，采用洞顶天沟截流，边仰坡加固，地表锚杆及超前小导管双液注浆，上 半断面台阶法留核心土开挖，下半断面分部开挖，２０号工字钢架主动支护等 技术。顺利穿过洞口浅埋及不良地质地段，实现了安全进洞。 ［关键词］ 铁路隧道 特大断面进洞技术 随着铁路及高速公路的飞速发展，特大 １０ｍ，且全为浮土夹杂孤石。考虑到跨度大， 断面隧道的采用越来越广泛，特大断面隧道 覆盖层太薄，导致围岩的自承力弱。不易进 因其开挖断面大，其进洞难的问题就摆在了 洞，经过经济、技术比较及监理单位认可，决 施工单位的面前，因此研究解决大断面隧道 定采用明挖法开挖这部分。具体作法是：先采 的进洞技术有着十分重要的现实意义，我项 用明挖法拉槽到ＤＫ２３２＋３１７处，再在该处 目部在渝怀铁路杉树陀隧道施工中，采用洞 进洞。但是在ＤＫ２３２＋３１７处刷仰坡时在隧 顶天沟截流，地表锚杆加固边仰坡，超前小导 道中线距地表约２ｍ处发现一个溶洞，溶洞 管双液注浆，上半断面双侧壁开挖，溶洞内设 呈扁平状，宽约２ｍ，与线路夹角约为３５。（见 置工字钢横撑，２０工字钢架组成强支护体系 图１）。溶洞使进洞围岩一分为二，形成两个 主动支护等措施，实现了安全进洞。 独立的悬臂结构，这对大跨进洞十分不利。但 ｌ 工程概况 如果继续拉槽的话，在经济与技术上又不可 行。经过研究对比后，决定对溶洞采取特殊加 渝怀线杉树陀隧道进洞１５０ｍ为高谷车 站的一部分，是属于三线车站隧道。隧道开挖 固措施。 最大宽度２１．１８ｍ，最大高度１５ｍ，开挖断面 为２４３．４６ｍ 。隧道按新奥法原理设计采用复 合式衬砌，初期支护采用２０×２０轻型钢架与 钢筋网组成的柔性支护结构。１５０ｍ全部为 钢筋混凝土，初期支护和二次衬砌间设ＰＶＣ 复合防水板，隧道采用五心圆蓝墙衬砌。进口 处ＤＫ２３２＋２９０～ＤＫ２３２十３１７段，该段原设 计为双侧壁导坑法开挖，但经现场核实后，该 段覆盖层最薄处仅为１．９７ｍ，最厚处不到 图１ 溶洞位置及边仰坡锚杆布置示意图 ① 刘正旺等：中铁第十九工程局 ３４ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２进洞实施过程 ２．１洞顶天沟的修筑 洞顶天沟必须在开挖边仰坡前施作，此 天沟为临时天沟，仅作为施工期间的排水用。 因此，用粘土夯实，砂浆抹面（见图２）。 图２地表锚杆、洞顶天沟布置 ２．２边仰坡的开挖及加固 （１）地表锚杆的施作 在开挖边仰坡之前，先放出刷坡线，在刷 坡线与天沟之间（约５ｍ），施作地表锚杆。施 作前，先对施作的地段素喷５ｃｍ厚的混凝土。 地表锚杆用 ２５螺纹钢制作。长５ｍ和３ｍ， 两种锚杆交替呈梅花形布置，间距１米。外露 ２０ｃｍ。地表锚杆施作后挂网，用 ６圆钢间距 ２５ｃｍ，把所有的地表锚杆连在一起，复喷混凝 土至１Ｏｃｍ。钢筋靠边仰坡一侧预留２０ｃｍ，以 便与边仰坡的锚杆连成一线（见图３），作完这 些准备工作后，可以开挖边仰坡。地表锚杆及 硬化地面为了减轻边仰坡周围山体对边仰坡 推移，控制因洞内施工而引起地表的沉陷，防 止因雨水冲刷而引起边仰坡滑落。 图３地表锚杆加固与边仰坡加固关系示意图 （２）边仰坡的开挖 边仰坡所在地段均为农田，土质酥松，粘 土覆盖较厚。决定采用分层分台阶法开挖，每 个台阶高约为２ｍ（可以调整，以方便施工为 主）。开挖一个台阶后，立即加固硬化，再接着 开挖下一个台阶。为了尽量不扰动围岩，初期 人工配合挖掘机开挖。开挖加固完后，再开挖 下一个台阶，遇到岩石时，采用小炮刷坡。 （３）边仰坡的加固 当开挖完后，利用下一个台阶作为工作 平台，对开挖面进行加固，先是素喷５ｃｍ厚 的混凝土，封闭开挖面，防止开挖面在空气中 时间太长而加重风化。初喷混凝土后，立即进 行锚杆的安装，锚杆采用 ２２ ２０ＭｎＳｉ早强 砂浆锚杆。锚杆长为３ｍ，间距ｌｍ，梅花形布 置，外露２０ｃｍ，锚杆安装完后，立即进行挂 网。钢筋网用 ６钢筋绑扎而成，网格间距 ２５ｃｍ，每２．５ｍ设置一根 ２２的加强筋，钢 筋网设好以后，立即进行复喷混凝土，厚度为 ｌＯｃｍ，洞身开挖范围内不设锚杆，但必须喷 射混凝土封闭，厚度不少于１５ｃｍ。 ２．３溶洞的处理 在刷仰坡时，在隧道中线处发现溶洞，溶 洞呈竖向长、横向窄的矩形状，宽约为２ｍ，深 至隧道基底处，与线路平面夹角约为３５。，影 响隧道长度约２０ｍ。溶洞上部接近地表处２ｍ 左右为粘土，下部无充填物。据调查分析本段 隧道地质为灰岩，风化严重，岩溶裂隙发育。 本溶洞曾为岩溶水排泄通道，后因水位下降 而成为干溶洞停止发育。溶洞位于隧道中线 处，当洞身开挖时，隧道顶部覆盖层易坍塌破 坏，导致两侧岩体坍塌，可能引起隧道边坡失 稳而引起更大的坍塌。经过认真研究分析后， 决定在溶洞内用２０号工字钢组成钢结构横 撑，与开挖后２０号工字钢拱架支护体系连 接，在围岩没有产生变形时主动支护（见图 ４）。为了便于施工，钢结构混凝土横撑在仰坡 加固前施工，具体实施过程如下。首先对溶洞 ３５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 内进行素喷，尽快的封闭围岩。封闭围岩后向 溶洞两侧打横向锚杆，锚杆长３．５ｍ，梅花形 布置。然后在溶洞顶挂网，挂网用 ６钢筋间 距２５ｃｍ，与锚杆点焊在一起，复喷混凝土至 １０ｃｍ厚，挂网喷锚后，安装２０工字钢横撑， 工字钢横撑距地表面３ｍ左右，纵向每５０ｃｍ 一根，中间用 ２２钢筋连接，喷Ｃ２０混凝土 填满工字钢。至此可以封闭溶洞，继续加固仰 坡了。 图４溶洞处理示意图 ２．４超前支护及灌注混凝土套拱 （１）超前支护采用超前小导管支护 超前小导管用直径为４０ｍｍ，长为６ｍ 的钢管加工，其钢花大样（见图５） ｆ 一 一 一 一一 ：１——＞ Ｉ ｌｊ ｌ ｌ ｌ ｌ■ 椭 ｌ● 图５钢花管大样图 因其进洞位置为不良地质地段，岩体较 为破碎。故超前小导管设两排（见图６）。超前 小导管安装前，用风动凿岩机距开挖轮廓线 ３０ｃｍ钻眼，仰角为１０～１５。。钻眼直径为ｊ２『 ５０，眼深５ｍ。钻完眼后用凿岩机将钢花管沿 眼推进岩石，为了防止凿岩机冲击破钢花管 端头，在钢花管端部加焊一圈卡坏，卡环用ｊ２『 ６钢筋弯制。 ３６ 字铜拱榘 图６ 超前小导管及钢拱架支护示意图 （２）导管双液注浆 注浆采用水泥一水玻璃双液注浆，水灰 比控制在０．８～１．０之间，水玻璃浓度３５～ ４０。Ｂｅ’，水泥浆与水玻璃体积比为１：０．６～ １：１，注浆压力为０．５ｍｐａ左右，其单管注浆 量可按下式计算： Ｑ一 Ｒ。Ｌｏ Ｒ一１０．６～０．７７Ｉ Ｏ Ｌｏ为导管中心间距 Ｉ 导管长度 Ｔ］围岩空隙率 ３立钢拱架及灌混凝土套拱 在注完浆后立钢拱架，钢拱架用２０ｂ工 字钢冷弯形成，为了便于施作，拱圈每组钢拱 架由３片组成，接头处采用栓接。钢拱架和超 前小导管之间采用焊接。第一组钢拱架必须 紧贴成洞面。另外距成洞面５０ｃｍ，ｌｍ的位置 各立一榀拱架，这两榀拱架也与导管焊接在 一起 三榀钢格栅之间用 ２２组成的钢筋网 连接。钢筋网纵向间距２５ｃｍ，环身间距 ２５ｃｍ。为了增强钢拱架的整体性及抗压能 力，把这段灌注为混凝土。 ２．５ 开挖 开挖是隧道工程的重点，尤其是进洞的 开挖，如若方法不当，轻则增加进洞的难度， 重则引起洞口塌方。尤其是在不良地质情况 下。因此在总结了其它兄弟单位大跨度隧道 的进洞方法后，决定采用上下台阶法留核心 土的开挖方式。充分利用环向切槽工作面较 维普资讯 http://www.cqvip.com 多，适合机械施工的优点，与环向切槽对周围 围岩扰动较小，容易及时支护的优点。下导分 部开挖。其开挖步骤见（图７）。 ，一，——ｒ＼／ 注浆（以上排导管搭接为２ｍ）。如此反复循 环，直至通过不良地质段。 （２）下导开挖 ＼／——＼、、 当上导掘进约３０ｍ后，开始开挖下导， 下导采用左右两侧分部交替开挖。两侧间距 、 不宜过长，并尽量不干扰上导的开挖。在开挖 过程中及时把上导支护顺接下来，做到及时 支护。 （３）仰拱开挖 仰拱开挖在仰拱灌筑之前，也是采用左 右分部开挖，主要是不干扰其它掘进。能满足 仰拱施工进度即可。 图７大跨开挖步骤 ２．６衬砌 衬砌是永久性的承载结构，是隧道质量 （１）开挖侧壁 上台阶的环向切槽的高度和宽度以适合 机械施工为宜，拱部切槽的高度约为５０ｃｍ。 开挖后，立即喷射混凝土封闭围岩，混凝土厚 约ｌＯｃｍ。封闭完围岩后及时安装工字钢拱架 进行主动强支护（注意：拱架必须与套拱的拱 架联结起来，以增加其整体性），然后喷射混 凝土至设计厚度。当喷射混凝土有一定强度 后（一般为８个小时）再挖掉预留核心土。这 样就完成了上导的一个循环，进尺为ｌｍ。用 的最终体现，其施工分两步。 （１）仰拱及填充的施工 因为仰拱与填充是同标号的混凝土，所 以决定同时灌筑。一次性灌筑到水沟标高下 ２ｃｍ的位置。设计为钢筋混凝土，在灌筑仰拱 时要注意连接钢筋的预留。仰拱也分为左右 分步灌筑，交替进行。 （２）衬砌施工 衬砌施工在围岩基本稳定后进行，先铺 设防水板。用简易拼装式钢模衬砌台车一次 灌筑成形。大跨简易拼装钢模衬砌台车由两 台单线台车组成。其结构见（图８）。 同样的方法掘进４ｍ后，打入第二排导管并 ， 、 ／ ＼． ／ 、 ！ ！ ｌ 图８三线大跨衬砌台车示意图 （下转第４５页） ３７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 志；④ＳＭＷ钻掘搅拌；⑤置放型钢；⑥固定 型钢；⑦施工完成ＳＭＷ；⑧废土运输；⑨型 钢顶端圈梁施工。 坑的工程中。 ４ 结语 ＳＭＷ劲性水泥土搅拌桩围护墙的设 ３优点 ＳＭＷ劲性水泥土搅拌桩利用了水泥土 计，还需要在工程实践中不断地完善。它在上 海地铁中型车站基坑中的成功应用，表明该 工法具有较大的发展前景。随着城市轨道交 通建设的蓬勃发展，设计工作中的新技术、新 工艺不断涌现。武汉市中医院院门诊病房综 和Ｈ型钢两种材料的各自性能，设计安全合 理，构造简单易行。它集挡土墙和止水结构两 大功能于一身，省略了一道施工工序，具有很 大的经济优势，在安全前提下，有资料分析， ＳＭＷ围护墙成本一般为地下连续墙的７Ｏ 左右；若考虑型钢回收，则成本可下降至 ３Ｏ ～４Ｏ 。另外，ＳＭＷ施工机械化程度 合楼深基坑工程即采用了此法，并获得了明 显的经济效益。武汉市轨道交通二号线所经 过的汉口地区，其上部地层结构与上海类似， 因此，在借鉴上海地铁建设成功应用ＳＭＷ 劲性水泥土搅拌桩围护墙的同时，结合武汉 地区地层特点，设计、研究、发展ＳＭＷ工法， 高，占用施工场地小，没有污泥浊水，噪音低， 对环境的污染小。因此，在市区施工大受欢 迎。由于多方面的优点，ＳＭＷ劲性水泥土搅 是一个非常紧迫的课题，值得同行深入研究。 拌桩围护墙正越来越多地应用于各地中型基 ， ，｝， ｝， ， ， ， ， ， ， ， 业业， ，， ， ，， ｝， ｝， ， ｝， ， ｝， ｝，， ｝， ， ｝，盘， ｝， ｝， ｝，， ， ， ，・ ｝， ， ｝， ， （上接第３７页） 通过渝怀线杉树陀隧道的设计与施工的 实践，我们对特大断面的铁路隧道在浅埋及 不良地质地段的进洞技术有如下的体会： ４实施效果及其体会 渝怀线杉树陀隧道地处乌江河畔，处于 ①进洞前修筑天沟等排水设施，加固边 仰坡，保证雨季施工安全。 岩溶及其它不良地质极其发育的地段，在施 工过程中多次遇到各种形态的溶洞。给施工 带来了极大的困难，但从未发生过坍塌下沉 ②正确分析不良地段围岩的受力，使围 岩尚未发生变形时主动强支护。 等情况。该工法是在借鉴其它兄弟单位大跨 度隧道的进洞技术，结合杉树陀隧道的现场 实际的基础上总结的。它成功的解决了杉树 陀隧道在浅埋及不良地质条件下的进洞难 题，为我处在以后的大跨度隧道施工中提供 了可以借鉴的经验。 ⑧上半断面双侧壁与环向切槽相结合的 方法，减小了开挖对围岩的扰动，及时的支 护，保证了施工的安全。 ④二次衬砌和仰拱的跟进，形成受力的 闭合环，满足了稳定性的要求。 ４５