摘要：高铁隧道下穿鱼塘浅埋地段地质复杂，围岩及其破碎，多数为淤泥，施工风险极大。本文以沪昆高铁鸭田隧道为例，深入讨论了高速铁路下穿鱼塘浅埋段的施工工艺及注意事项。
关键词：高铁隧道 下穿鱼塘 浅埋 施工方案
引言
中铁十二局集团第七工程有限公司承建的鸭田隧道属沪昆高铁湖南段，位于湖南省中西部山区丘陵地段，地质条件复杂，施工难度大，安全风险高。本文主要通过总结施工经验，将施工过程，施工方法系统的表述出来，为以后的类似的施工提供参考。
1、工程概况
鸭田隧道位于湖南省邵阳市隆回县鸭田镇东面低山丘陵区，起讫里程DK235+432～DK233+745，隧道长 1687m，从进、出口两个工作面进洞施工。隧道出口 DK235+050～DK234+920 段长 130m 位于山谷冲沟，其中DK235+050～+017 段长 33m 地表为旱地，DK235+017～+944 段长 73m 下穿鱼塘，DK234+944～+920 段长 24m 地表为农田，鱼塘及农田内四季有水，埋深 4.4m～13.1m，该段地质为粉质黏土及强风化花岗岩。详见图 1、图 2。
图1 鱼塘地表摄影
图2 平、纵面示意图
2、设计情况
DK235+050～DK234+920 段长 130m，上部硬塑粉质粘土，下伏全～弱风化花岗岩，正常涌水量 312m3/d，最大涌水量 416m3/d。该段设计为Ⅴ级围岩，采用三台阶临时仰拱（大拱脚法）开挖。
3、施工方案
3.1 地表处理
① 提前疏干鱼塘水，并开挖排水沟，排水沟用塑料布铺底，确保不会有地表水补充下渗。
②在线路左右10米范围内采用地表注浆的方式进行加固。地表注浆孔按梅花形布置，注浆孔纵横间距为2m×2m，梅花形布置，在地表垂直向下钻孔，孔深为4m，注浆孔钻孔直径为75mm。钻孔采用冲击成孔，无水钻进，以确保注浆质量。孔内注浆采用注浆花管（钢管），孔外采用高压胶管。注浆花管采用φ50mm无缝钢管，壁厚5mm，在注浆加固范围内钻设直径为8mm的孔眼，间距为15cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部100cm内不开孔，作为止浆段。在尾部管口采用φ20mm镀锌钢管通法兰与注浆管连接，并在镀锌钢管中安设阀门，防止浆液回流。钢管采用丝扣连接，以保证垂直度和密封性。注浆采用普通硅酸盐水泥按照1：1（重量比）比例配置的水泥液浆。注浆压力：1.0~2.0Mpa。注浆孔按浆液扩散半径为1.25m设计，每孔注浆量按0.09m3/m估算，具体注浆数量根据现场情况确定。当注浆压力达到设计终压并持续10min，且注浆量不小于设计注浆量的80%，进浆速度为开始进浆速度的1/4时停止注浆。
3.2 中管棚施工
为安全起见，DK235+000-DK234+920段拱部130°范围（上台阶），设φ89中管棚超前支护。中管棚长13米，施工有效长度10米，每10米打设一环。
3.2.1 设计参数
①钢管规格：φ89热轧无缝钢管，壁厚5mm，管长13m，节长3m、4m、6m。其中4m长得钢管两端加工成外车丝扣，3m和6m的钢管一端加工成内车丝扣，丝扣搭接长度不小于15cm，以便连接接头钢管。
②环向间距为40cm，每10m一环，搭接长度3m。
③设计外插脚为3°~5°，根据实际情况按2°外插脚打设较为合理。
④φ89钢管钻φ10mm注浆孔，共4排，孔间距15cm，呈梅花型布置。
⑤施工里程：因围岩地质情况变差，考虑从DK235+013处开始打设中管棚，其中要从DK235+015处开始扩宽施工。
3.2.2 施工步骤
①搭建工作平台
为保障在洞内施工方便，在隧道拱顶采用扩宽施工，中上台阶（拱顶180°）范围内立3榀钢架（每榀钢架扩大10cm）扩大开挖30cm，扩大30cm后立第4榀钢架（第4榀钢架上开中管棚￠12cm孔，间距40cm，该榀钢架不扩大），对第4榀钢架拱脚满喷（左右喷1m高），其他部位喷射10cm混凝土封闭，喷砼时注意不要把中管棚孔堵塞。同时用隧道渣在中台阶回填一个高约3.5m、宽6m、长度5m的工作平台，使得管棚机能够有足够高度和角度打设中管棚。
②中管棚施工
中管棚采用φ89热轧无缝钢管，3节钢管预加工成内丝扣，钢管与钢管之间用外车丝扣连接，钢管连接接头见图4。在施工过程中尽量保护好丝扣，如果丝扣变形无法连接时可以采用管直接套管方式焊接牢固。
③钻孔
钻孔采用直径100mm的钻头成孔。钻孔顺序为先从两侧拱脚开始，对称向拱顶钻孔顶管，钻孔过程中必须交替孔位钻孔，打完一个孔位后应马上装完一个孔管棚，防止在钻其他孔位时该孔发生坍塌现象。每成一个孔后需要利用高压风进行清孔，清完孔方可进行顶管工序。
图3 钻孔分布图
④顶管
管棚节采用丝扣连接。单号孔第一节管棚用6m长钢管先进，按顺序第二节长4m，第三节长3m，双号孔第一节长3m，第二节长4m，第三节长6m。钢管要求从拱架中间肋板穿过。
图4 钢管连接接头示意图
⑤中管棚注浆
中管棚要求注浆，钢管上必须要烧孔，孔径注浆材料采用1：1的水泥浆，每个钢管口处要安装止水阀止浆，注浆机要求配有压力表，在注浆过程中便于控制压浆，注浆压力值为0.5~1.0MPa。
3.3 超前小导管注浆
在掌子面富水的全风化花岗岩部位，打设超前小导管，引排、疏干土体水分，防止流泥，提高自稳能力。
由于超前小导管往往将拱部围岩切割，造成超挖，小导管越长，超挖越大。为了将超挖量控制到最小，缩短小导管长度。根据CAD绘图计算（见图5），超前小导管最小外插角为11°，小导管按照2.5m施工，每两榀打设一环，搭接长度1.2m，理论超挖13cm。
图5 超前注浆小导管施工计算图
3.3.1 制作钢花管
小导管前端做成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔10～20cm梅花型钻眼，眼孔直径为6～8mm，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。
图6 注浆小导管结构示意图
3.3.2小导管安装
①测量放样，在设计孔位上做好标记，用凿岩机或煤电钻钻孔，孔径较设计导管管径大20 mm以上。
②成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，外露20cm支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。
3.3.3小导管注浆
注浆前先冲洗管内沉积物，由下至上顺序进行。单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆结束。
3.4 三台阶七步法开挖
采用三台阶七步法开挖，拱脚为全风化花岗岩时设大拱脚，上导、中导为全风化花岗岩、含水量饱和时增设临时仰拱或横撑。隧道开挖高度12.5m，考虑到预留沉降增加至50cm（原设计10~15cm），总开挖高度13m。考虑土体内摩擦稳定性，按台阶长度不小于高度设计，结合拱架单元高度，具体划分为：上导高3.9m，长4m；中导高3.9m，长4m；下导高3.4m，长3.5m。仰拱距掌子面控制在25m左右，太近掌子面土体会有向前滑动趋势，导致下沉，因此不宜过近；太远则相当于推迟封闭成环时间，导致
围岩收敛下沉时间过长，因此不宜过远。二衬距离掌子面不得超过45m。具体见图7 三台阶开挖示意图
图7 三台阶开挖示意图
3.4.1 施工步骤
第一步 上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土。核心土长度3m，宽度5m，高度2.5m，开挖循环进尺1m.开挖后立即初喷3-5cm砼。上台阶开挖高度3.86 m，开挖后及时架立钢架，进行喷、锚、网系统支护，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第二、三步 左、右侧中台阶开挖：开挖进尺0.6 m，开挖高度3.85 m，左、右侧台阶错开2 m，开挖后立即初喷5cm砼，及时架立钢架。进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第四、五步 左、右侧下台阶开挖：开挖进尺1～2榀钢架间距，开挖高度3.5m，左、右侧台阶错开2 m，开挖后立即初喷5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第六步 上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
第七步 隧底开挖：每循环开挖长度为3 m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱长度为6m。
3.4.2 施工注意事项
中、下导左、右边墙开挖必须交错施工，严禁两侧同时对挖。三个台阶平行作业，仰拱施工实行短开挖、早支护、快封闭、勤量测，及时施做钢架支护，闭合成环。加强洞内施工抽排水，防止边墙失稳。
施工中认真进行围岩量测，实行信息化施工，动态化管理，及时反馈信息，调整支护参数，确保施工安全。
4、结语
通过地表注浆、中管棚施工、超前小导管注浆相结合的方式增加围岩稳定性，并且控制开挖爆破效果、及时支护和施做仰拱，遵循短进尺、多循环等施工原则，该段隧道的施工安全质量得到了较好的保证，使我们能够顺利的完成了该段隧道的施工，没有发生一起质量和安全事故，为以后类似工程施工提供了经验和借鉴。
参考文献：
[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社.2004.
[2] 徐代宏.浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术[D].成都：西南交通大学.2007.
论文作者:周玺锟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/16
标签：钢架论文; 注浆论文; 导管论文; 钢管论文; 钻孔论文; 台阶论文; 围岩论文; 《基层建设》2018年第19期论文;