摘要：由于高铁技术标准高，对线路平面线形、线路坡度控制严，不可避免会通过地质条件差的地段，如通过浅埋、偏压且岩溶发育地段，再加之要保证高铁在运营中的绝对安全，因此，在隧道施工过程中，正确选择组合工程措施，保证施工安全和运营期安全就显得尤其重要。
关键词：互层；浅埋偏压；施工技术
1工程概况
沪昆高铁山梨哨隧道位于云南省富源北～曲靖北区间，全长180m，其中暗洞开挖129m，进、出口明洞开挖分别长24m和27m。隧道位于云贵高原侵蚀低中山地貌区，地形起伏较大，横断面方向自然坡度15°～40°。因山势陡峻，该段若采用路基通过，则开挖边坡级数多，开挖深度大，且运营过程中存在边坡坍滑、危岩落石滚落等安全隐患，因此采用隧道方案通过。
隧区地表覆土为膨胀土，厚度为0～4m，其下为全风化玄武岩和灰岩地层。洞身开挖断面上部为全风化玄武岩；下部为强风化灰岩，局部全风化，节理发育，含泥量为30～40%，属泥质灰岩。灰岩地层岩溶形态主要为溶隙、充填溶洞及空溶洞。
隧道洞身范围左右侧地表高差5～11m，暗挖段隧道埋深中线处为5～10m，为浅埋隧道，线路右侧向左侧明显偏压。
2施工技术难点
2.1偏压问题如何解决
隧道为双线隧道，开挖半径7.55m，最大开挖宽度15.10m，最大开挖高度12.8m(仰拱底至拱顶)，由于存在明显偏压，因此为保证隧道施工过程及今后运营安全，偏压问题必须采取工程措施作永久性解决。
2.2浅埋施工如何保证安全
隧道埋深浅，埋深范围地层为膨胀土和全风化玄武岩土层，为保证洞身开挖施工安全，除在开挖过程中采取必要的超前支护措施外，为避免掌子面前方甚或是超前支护措施前方出现坍塌，及为确保已支护段安全，避免出现初支变形，需要对埋深范围地层进行固结。
2.3隧道开挖工法及超前支护措施如何选择
由于隧道洞身开挖范围为泥质灰岩与全风化玄武岩互层，地质条件差；加之隧道浅埋，埋深范围为膨胀土和全风化玄武岩土层，土压力较大，因此，开挖工法及超前支护措施的选择对于施工安全非常关键。
2.4隧底岩溶如何处理
因隧道洞身开挖断面下部为泥质灰岩，岩溶形态主要为溶隙、充填溶洞及空溶洞，为保证今后运营安全，对隧底进行岩溶探测和进行岩溶处理就显得至关重要。。
3总体施工方案
采取设置预加固桩+地表旋喷桩+交叉中隔壁开挖工法+隧底岩溶注浆处理的组合工程措施解决地表偏压、浅埋、岩溶发育问题。
3.1偏压施工安全措施
在150m里程长度靠山侧设置26根C35耐腐蚀钢筋砼预加固桩，预加固桩内侧距离隧道衬砌外轮廓的距离为1m，桩间距6m，桩截面尺寸1.75～3m（垂直线路向）*1.75～2.5m（平行线路向），桩长15～25m。
3.2浅埋施工措施
129m暗洞段设置φ600mm地表旋喷桩加固，间距1.0m*1.0m，交错布置，加固范围为隧道中线左右各12m，洞身断面加固深度为隧道开挖轮廓线外0.5m，两侧加固深度为进入弱风化岩层下1.0m或边墙底。注浆材料水灰比为1:1的水泥浆液，外加2%～3%的CaCl2做速凝剂。
3.3隧道开挖工法及超前支护措施
采用交叉中隔壁法（CRD法）进行开挖作业。除进、出口各30m采用φ108大管棚进行超前支护外，剩余69m采用φ76中管棚配合φ42小导管进行超前支护。系统支护型钢钢架采用I25a,全环设置，间距0.6m。
φ108大管棚环向间距0.4m，长度35m，每环50根，钢管壁厚6mm。φ76中管棚环向间距0.4m，每根长8m，每环20根，纵向每5m设置一环，φ42超前小导管环向间距0.4m，每根长4m，每环20根，纵向每2.4m设置一环，斜向上45°打入。
3.4隧底岩溶处理措施
采取两道措施来防止隧底下6m范围出现危及今后运营安全的空溶洞或溶蚀破碎带。一是开挖至隧底后，进行6m深度的岩溶钎探，探明溶蚀发育情况并进行处理；二是填充施工完成后，利用地质雷达扫描来发现隧底岩溶蚀发育情况并进行第二次处理。
对仰拱底面开挖揭示或钎探发现的空溶洞采用C20砼回填；对深度小于3m的填充型溶洞清除填充物后采用C20砼回填；对深度大于3m的填充型溶洞或钎探、地质雷达揭示的溶蚀破碎带采用φ76钢管桩加固，间距1.0m*1.0m，交错布置，加固深度按进入岩层1m控制，并注水灰比为0.8:1的水泥浆进行地基加固。
3.5各措施施工顺序
隧道地表设计有预加固桩及旋喷桩地表加固，因此在隧道施工前必须施工完地表加固工程，具体施工顺序如下：预加固桩施工→地表旋喷桩加固→明洞及洞口段施工→超前大管棚施工→暗洞施工→隧底岩溶注浆→明洞衬砌→洞门→回填
4施工方法
4.1预加固桩
4.1.1基本要求
（1）抗滑桩须隔桩开挖，并及时做好锁口、护壁。
（2）桩身混凝土必须连续灌注，不得形成水平施工缝。
（3）钢筋混凝土强度必须达到设计强度。
4.1.2施工方法
（1）施工准备
①测量放样。现场按设计测定桩位,进行施工放样，并测设每个桩位标高。放样后整平孔口场地。
②整平孔口地面，设置地表截、排水及防渗设施，雨季施工期间，应搭设雨棚，做好锁口，孔口地面加筑适当高度围埂，防止地面水流入。
③为了确保施工人身安全，井口设防护栏杆。
④备置起吊用特制的活底箱、桶及0.5t卷杨机。
⑤当井内有地下水时,还应配备潜水泵或其他类型的高扬抽水机。
（2）桩身开挖、支护
①土质开挖采用短镐、铲、锹人工开挖，铁桶装土碴，卷杨机起吊出碴。
②孤石或基岩,需进行爆破作业。爆破时要注意眼孔布置和装药量。
③井壁防塌措施:必须严格控制井内及邻近孔的爆破作业炮，立即进行护壁支护，浇灌砼未达到设计强度80%前不宜拆除模板。
④井孔的开挖支护
每节开挖深度0.6～2.0m后及时施作钢筋砼护壁，护壁厚度30cm，钢筋采用φ8钢筋。
（3）钢筋笼的制作与安装
整体吊装，将钢筋预制成每节5—7m的钢筋笼，逐节放到井下搭接焊牢。为防止钢筋笼在搬运和下井过程中变形，每节钢筋笼可增设直径25—28mm加劲箍筋两道或增加钢轨，型钢等，钢筋笼就位后，其与护壁的间距应以砼块楔紧。
（4）桩身混凝土灌注
桩身砼应严格按照中心试验室给出的配合比拌制。砼坍落度控制在70～90mm。砼灌注必须连续进行，不得形成水平施工缝。必要时配制速凝，早强砼。
4.1.3质量控制要点
（1）挖孔过程中，应经常检查桩身净空尺寸和平面位置。孔的中轴线偏斜不得大于孔深的0.5%,截面尺寸必须满足设计要求。
（2）孔内爆破应采用浅眼爆破。炮眼深度，硬岩层不得超过0.4m,软岩层不得超过0.8m。应严格控制用药量，装药深度不得超过炮眼深度的三分之一。孔内爆破应采用电引起爆。
（3）爆破前，对炮眼附近的支撑应采取防护措施。护壁砼强度尚未达到2.5MPa时，不宜爆破作业。
（4）挖孔至设计高程后，应进行孔底处理，做到平整，无松渣、泥污等软层，如地质情况与设计不符，应会同有关单位妥善处理。
4.2地表旋喷桩
4.2.1施工方法
高压旋喷桩处理地基是通过高压设备以不小于20MPa的高压向四周加固土层喷射加固浆料，利用高压切割土体，使加固浆料与被加固土体充分混合，同时提升钻杆，从而在加固地层中形成较完整桩体的方法。
高压旋喷桩采用双管法。施工所采用机械设备主要包括钻机、高压泥浆泵、浆液搅拌器和操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统、各种管材、阀门、接头等辅助设备。
4.2.2施工工艺
施工工艺流程见下图。
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旋喷桩施工工艺流程图
（1）施工准备。包括测量放样，平整地表，设置回浆池，标志桩位；在施工现场取样按设计要求进行室内配比试验，确定浆液最佳配比；对水泥等原材料进行检验；施工前进行成桩工艺试验，确定各项技术参数，检验成桩效果。
（2）钻机按现场标志的桩位就位。
（3）根据现场试桩工艺参数钻进至设计处理深度成孔，将喷管插入预定深度的土层中。有些机械设备可以一次成孔。
（4）喷管插入到设计深度后，自下而上进行喷射作业。
（5）喷管提升到达设计标高后，停止喷浆，单桩施工结束。
（6）拔出喷管，钻机移位，进行下一桩的施工。
（7）场地内桩全部施工完毕后，进行施工质量检测。
4.2.3技术要求及检测
（1）桩的数量、布置形式、桩长应符合设计要求。
（2）高压旋喷桩的完整性、均匀性、无侧限抗压强度及复合地基承载力应满足设计要求。检验方法采用钻孔取芯。检验点的数量应符合设计或者是验收标准的要求。钻芯后的孔洞采用水泥砂浆灌注封闭。要求桩体28天设计抗压强度大于3MPa，加固后复合地基应力大于300KPa。
4.2.4质量控制措施
（1）在正式施工前应进行成桩工艺试验。
（2）施工中钻机要安放平稳，钻杆保持垂直,其倾斜度不得大于1.5%，钻机位置与设计位置偏差不得大于50mm。注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm。
（3）在注浆过程中出现压力骤然上升或下降、大量冒浆等异常情况时，应及时停止提升和注浆，以防断桩。
（4）严格对固结体的质量进行检验。
4.3CRD开挖工法
4.3.1工法原理
交叉中隔壁法（CRD法）特别适合于浅埋软质岩隧道，也适合于偏压隧道，是将隧道分侧分层进行开挖，分部封闭成环。每开挖一部均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。一侧超前的上、中部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再开挖隧道的另一侧的上、中部，然后开挖一侧的下部，最后开挖另一侧的下部，左右交替开挖。CRD法施工工序横断面见下图。
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4.3.2施工工序
（1）在上一循环的超前支护下，弱爆破开挖①部→施作①部导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，架立钢架（含临时钢架），并设锁脚锚管，安设临时横撑，钻设径向锚杆（含临时钢架定位锚杆）后复喷混凝土至设计厚度。
（2）在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部→施做导坑周边部分初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，架设边墙、仰拱钢架和临时钢架，并设锁脚锚管，钻设径向锚杆（含临时刚架定位锚杆）后复喷混凝土至设计厚度。
（3）在上一循环的超前支护防护下，弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同（1）。
（4）在滞后于③部一段距离后，弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同（2）,并使型钢钢架封闭成环。
（5）弱爆开挖⑤部→施作⑤部仰拱初期支护，即初喷混凝土，架设钢架，复喷混凝土至设计厚度。
（6）根据监控量测结果，待初期支护变形稳定后，拆除侧壁临时刚架下半部分，灌筑Ⅵ部边墙基础与仰拱。
（7）待仰拱混凝土初凝后，灌筑仰拱填充Ⅶ部至设计高度。
（8）根据监控量测结果，确定二次衬砌施作时机，拆除临时钢架及横撑，铺设防水板→利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅷ部（拱墙）衬砌。
洞口大管棚与洞身中管棚、超前小导管施工同常规隧道施工，本文不再赘述。
4.4隧底岩溶注浆
4.4.1施工工艺
施工工艺流程见下图。
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隧底岩溶注浆施工工艺流程图
4.4.2施工方法
（1）钻孔
①钻孔位置孔位偏差不大于10cm。
②所有钻孔须按要求做好勘探记录。尤其对于土石分界面、覆盖层中的松散层和土洞、基岩中的溶蚀裂隙发育带、溶洞及充填物要详细记录。
③钻孔岩芯采取率（TCR），完整岩层≥80%；破碎带≥50%；溶洞充填物>50%。
④钻孔岩芯应装箱摆放、进行地质鉴定、拍照，并根据钻孔记录编制钻孔柱状图。
（2）插入φ76mm钢管
钢管底部距孔底15～20cm，除钢管顶部50cm作为封孔段外，钢管加工成花管，即在钢管四周钻孔眼呈梅花型布置,直径5mm,孔眼间距5cm。
（3）安装注浆管与出浆管
注浆管与出浆管均采用φ20mmPVC管，注浆管除对应钢管顶部50cm作为封孔段外，PVC管加工成花管，即在PVC管四周钻孔眼呈梅花型布置,直径5mm,孔眼间距5cm。出浆管底部位于封孔段底部。
（4）砂浆封孔
采用水泥砂浆一次性封孔，即采用砂浆将钢管与PVC管之间的间隙填塞密实。封孔段长度为50cm。终孔验收后应及时进行封孔作业，封孔水泥砂浆终凝后进行注浆作业。
（5）注浆
①采用0.8:1的纯水泥浆为注浆材料，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，开始注浆时可采用1:1的稀浆灌注，2分钟以后恢复成0.8:1的水泥浆。
②孔口必须安装压力表，注浆压力一般为0.2～0.3Mpa，终注压力0.3～0.5Mpa。注浆必须安装自动流量计装置，每孔均应打印水泥浆量小票，并作为归档资料。
③终注条件为：在终注压力下连续注浆10min的注入率不大于5L/min时，可终止注浆。
④对土洞、空溶洞或半充填溶洞，应高压冲填砂、碎石后再进行注浆处理。
⑤对溶蚀裂隙发育、连通性好、漏液严重的，注浆时可掺入一定量的粉土或粉煤灰，粉土掺入量＜水泥重量的10%，粉煤灰掺入量为水泥重量的20%～50%。
⑥特殊情况处理
A、注浆必须连续进行，若因故中断，应找出注浆中断原因，尽快采取处理措施，及早恢复。
B、注浆过程中应分序施工。如出现串浆现象，应对串浆孔同时进行注浆处理。
C、如浆液漏失严重，局部使用双液注浆堵漏时，应先据试验确定水玻璃与浆液体积比，水玻璃浓度35～40Be′,模数2.4～3.4。
D、当采用冲填砂、碎石或掺入其他填充物处理后注浆量仍然较大时，可采用间歇注浆处理。
⑦注浆过程中应作好注浆记录，记录表应能满足注浆参数、浆液耗量、填充料耗量及其它特殊处理等记录的要求。返浆前记录时间按浆液配比变换、间歇及其它特殊处理时间控制，间隔以15～30min为宜；返浆后为5min。
⑧注浆过程中监理必须进行旁站，对注浆记录进行现场签认。
（6）注浆效果质量检验
①每个单元施工结束后，应由检测单位采用电测深法和瞬态面波法进行施工质量检查。
②采用电测深法检查时，测线位置宜与整治前的测线重合，通过注浆前后物探异常对比，整治范围内无明显异常，可认为质量合格。
③采用瞬态面波法检查时，测点在整治范围内注浆孔间抽检，测点数为注浆总孔数的5%且不少于10个点，检测注浆深度范围的岩土体面波速度，面波频散曲线不离散，且充填部位面波速度满足合格标准时，可认为质量合格。
5结束语
山梨哨山隧道按本文所述施工技术进行施工，安全、质量、进度均得达了良好效果，为浅埋、偏压大断面隧道，特别是位于岩溶地区的浅埋、偏压大断面隧道施工提供了借鉴、参考意义。
论文作者:陈明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/4/30