雙線鐵路隧道單側壁導坑出洞施工方法研究

軒夏歡

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002）

0 引言

皖南地區多為低山丘陵，鐵路隧道出洞處的施工作業常會受到陡峭崖壁等地形地貌的影響，很多技術工作者圍繞該問題做了不少的富有成效的研究。王波等[1]使用偏壓陡崖峭壁區隧道反向出洞施工方法，實現安全高效的出洞效果。王志勇等[2]以高速公路隧道出洞施工為研究對象，通過使用單向單側壁導坑的作業方法，成功解決隧道出洞位置圍巖破碎、淺埋、偏壓等復雜條件下安全出洞。盧光輝等[3]通過施作“人造拱”等支護方式，成功解決了淺埋軟弱圍巖隧道出洞技術難題。但在工程實踐中，很多案例出洞位置地形陡峭，并會伴隨淺埋軟弱圍巖等不良地質條件，難以直接使用超前大管棚，適宜從一端直接單向出洞，并輔以超前小導管支護，以確保施工安全[4-6]。目前，相關研究對象主要集中在隧道進出洞過程中穿越不良地質風險區采取針對性的工程措施方面，在高陡邊坡隧道出洞方面的研究較少。針對高陡邊坡地形下雙線鐵路隧道出洞難題，本文采用上臺階單側壁導坑出洞法進行隧道出洞研究。

1 工程概況

孟山一號隧道為宣城至績溪高速鐵路單洞雙線隧道，全長203.5m，最大埋深約254.9m，正洞開挖斷面尺寸為152m2。隧道出口淺埋段開挖潛在的地質風險較高，隧道出洞位置地形陡峭，機械設備無法轉運至洞口位置附近，這一系列的外界客觀因素使得隧道出洞困難重重。隧道出洞處航拍圖如圖1所示。

圖1 孟山一號隧道出洞位置航拍圖

2 隧道出洞思路

選用中管棚或小導管出洞，臨近出口段為雙層小導管。由于孟山一號隧道出口下方毗鄰公路，在洞口刷坡、隧道出洞過程中應做好防護工作，嚴防碎石滾落至公路造成安全隱患[7]。主要包括以下步驟：洞內掘進至靠近出洞口→洞口防護及危石處理→洞口邊仰坡清表及截、排水系統施作→單側壁導坑出洞→導向墻施工→施作錨固樁、托梁等→出洞口進洞掘進→實現貫通。

3 隧道口危巖處理

上臺階單側壁導坑開挖前，對隧道口處危巖落石進行及時清理，調查發現，洞口區域危巖以鈣質頁巖為主，泥質結構，薄層狀構造，在內外部條件影響下，裂隙切割、卸荷等作用改變了巖體的原生結構，受地下水、風化、凍融等作用影響，節理裂隙及巖層層面的強度不斷弱化；在上伏巖體的自重及外力作用下發生壓縮流變及向臨空方向的剪切流變，進而陡崖上緣及基底部位產生部分拉張裂隙，局部鎖固段破壞，陡傾角裂隙帶進一步拉裂擴張，陡崖逐漸演變成危巖，形成危巖體。對穩定式埋入危巖體保留現狀，對基本穩定危巖體采取清除松動、破碎巖體措施，對欠穩定巖體采取整體或坡面以上清除，清除懸空巖體等措施。

4 洞內爆破開挖

孟山一號隧道橫洞出口附近為Ⅴ級圍巖，采用三臺階法開挖，洞內爆破開挖距離明暗分界線15m位置后停止洞內開挖，洞內開挖上臺階循環進尺1.2m（2榀鋼架間距），中、下臺階不大于3榀鋼架，裝藥選用2#巖石乳化炸藥，炮孔孔徑42mm，楔形掏槽，周邊孔采用導爆索串聯間隔裝藥，毫秒導爆管雷管非電起爆[8]。

5 單側壁導坑出洞

洞內開挖至距明暗分界線10m處增加雙層小導管進行注漿，固結洞口淺埋巖層。隧道掌子面施工至貫通里程約3m時，每循環鉆眼增加2～3個探眼，探眼深度3m，以探明實際剩余距離，便于安全出洞，剩余最后10m采用上臺階單側壁導坑出洞方案，上臺階單側壁導坑示意圖如圖2所示。

圖2 上臺階單側壁導坑示意圖

上臺階單側壁導坑高5m，以方便各類施工機械能夠正常出洞，為減少對洞口處巖土體的擾動，單側壁導坑施工主要以機械開挖為主，輔以弱爆破，每循環開挖結束后及時檢查開挖尺寸。單側壁導坑每循環按正洞施工時的方法預先做好雙層超前導管支護，小導管外插角5～10°和40°，環向間距為40cm，小導管單根長5m，搭接長度不小于1.0m。小導管用熱軋無縫鋼管加工制成，直徑50mm，壁厚5mm，小導管管壁鉆設注漿孔，孔徑為10mm，孔間距15cm，呈梅花型布置，尾部30cm鉆注漿孔作為止漿段。

單側壁導坑施工主要以弱爆破為主，每循環開挖完畢、檢查凈空，符合要求后立即施作初期防護，盡快封閉圍巖，并注意導坑出洞頂部與隧道設計開挖斷面相同，并按照設計適當預留變形量，保證在后期施工中，圍巖收斂、拱頂下沉后不侵入二襯混凝土。初期支護采用4m長Ф25中空注漿錨桿+20cm×20cm的Ф8鋼筋網+I20a型鋼拱架@60cm+28cm厚C25噴射混凝土。單側壁導坑鋼拱架拱腳每榀設一道I16鋼架水平橫撐，形成臨時封閉成環；并在鋼架拱腳設置Ф50鎖腳錨管，同時應在鋼架底部及時設置支墊避免鋼架懸空。單側壁導坑完成后，及時施作洞口平臺，將洞內的風、水、電引出洞外，方便后續施工。

6 單側壁導坑施工動態測量

為確保施工安全，施工前對開挖區域內地面進行測量，準確掌握洞頂覆蓋層的厚度。同時在單側壁導坑施工過程中，洞內的監控量測至關重要。

在單側壁導坑開挖過程中，每5m 布置一個監測斷面，每個斷面分別在拱頂和洞身布置3個沉降監測點。單側壁導坑開挖過程中，設置地表監測點，加強對地表監測，發現異常及時處理。單側壁導坑施工前對原有地面進行一次復測，準確掌握出洞時洞頂的覆蓋層厚度，確保施工安全。單側壁導坑內監測點如圖3所示。

圖3 現場單側壁導坑監測點布置

開挖過程中加強洞內、外監控測量，對開挖段后的洞身及時進行斷面掃描。隧道內監控量測數據如圖4所示。

圖4 隧道監測點沉降位移變化圖

通過圖4(a)中的沉降監控量測數據可以得出，在0～7d范圍內沉降發展較快，7d后沉降逐漸趨于穩定。通過圖4(b)中的隧道斷面掃描數據，可以得出，單側壁導坑開挖區域的超挖情況要比其他區域更為嚴重，在爆破開挖過程中應注意控制，及時調整爆破方案。通過檢測數據發現拱頂下沉、水平收斂速率達到5mm/d 或累計達到100mm時，應暫停掘進，并分析出現問題的原因，及時采取處理措施，確保洞內施工的安全和穩定。

7 結束語

（1）在山嶺隧道出洞位置地形地貌陡峭、圍巖破碎條件下，根據現場實況，可以選用單側壁導坑出洞的方式，通過合理設計爆破方案，設置臨時支撐，能夠有效地解決山嶺地區隧道出洞難題。

（2）通過隧道斷面掃描數據，在單側壁導坑爆破開挖出洞過程中，單側壁導坑開挖區域的超挖情況會比其他區域更嚴重，在爆破開挖過程中應注意控制，及時調整爆破方案。

（3）在單側壁導坑出洞爆破開挖過程中，可以使用監測點沉降觀測、隧道斷面掃描儀等相關方法，精細量測，通過綜合方式保證出洞過程中圍巖穩定和工程安全。