摘要：本文通过洞内管棚、小导洞出洞、利用暗洞作为便道明挖施工、明洞增设初支钢架、局部衬砌完成后进行地表回填的施工控制技术，完成隧中明挖段的施工。在保证安全和质量的前提下，减少施工成本，更重要是最大限度的降低了施工对周边环境的破坏，保护了当地的良田。以千军山隧道出口端隧中明挖段为例对施工技术、控制要点进行了阐述，希望能够为类似工程提供借鉴。
关键词：双线铁路：明洞暗做；小导洞；管棚
1 工程概况
千军山隧道隧道全长1681m，起讫里程为DK20+932～DK22+613，其中DK20+932～DK22+600（1668m）段为3‰的上坡，DK22+600～DK22+613（13m）为11‰的上坡。隧道埋深1～86m，Ⅳ级围岩995m、Ⅴ级围岩686m，主要岩性为白垩系上统第二岩组泥质粉砂岩，受风化及构造作用影响节理裂隙较发育，岩体破碎。
正洞DK22+166～DK22+180段为明挖施工段，距离隧道出口420m，采用单压明洞衬砌结构形式。地表为平缓的山谷，汇水量较少，丰水期最大汇水流量约0.9m3/s，枯水期基本呈干涸状态。从地表揭露的来看，该段为强风化砂岩，地表植被茂密，局部存在中风化岩石。
明挖段两侧20m范围均为Ⅴ级围岩，Ⅴc支护类型，采用φ108大管棚预支护形式进出洞施工。
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图1 明挖段地表
2 施工背景
千军山隧道地处山区，山多地少，尤其是可耕种的良田更少。该明挖段远离当地既有路，修建施工便道，相对困难。经现场勘查，连接最近一条既有地方道路，便道长度为816m，占地12.674亩。从土地利用和环境保护方面来看，修建便道占用沟谷中的良田数量较大，且山脚削坡修建便道，对既有植被破坏较大，且修建便道过程中，由于两侧山体较陡，不易保证施工安全；从经济方面考虑，当地临时用地费用高达4万元/亩，并且修建临山便道，耗费大量人力、物力，从经济上不合算。无论从土地利用、环境保护，还是从经济层面来看，修建便道直达地表，明挖施工该段落不是最佳方案。后经多方勘察研究，确定从洞内直接出洞，通过暗洞施工DK22+166～DK22+180段明挖暗做工程。
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图2 便道规划示意图
3 明洞暗做施工
3.1 明挖两边段
两边段采用超前管棚支护，三台阶法施工，边墙部位采用小导管注浆进行加固。
3.1.1台阶法施工
（1）DK22+200～DK22+180及DK22+166～DK22+146段
该段落按照Ⅴc支护类型，采用φ108超前长管棚预支护配合三台阶法施工，上台阶每循环进尺控制在0.5m（1榀钢架间距），中、下台阶循环进尺控制1.0m，仰拱初支开挖进尺控制在3.0m。
具体支护参数为：I22b型钢钢架，间距0.5m；φ50锁脚锚管，长度为5.0m，每处拱脚设置2根，采用U型筋焊接牢固；φ22锚杆，梅花形布置，间距1.0m*1.0m；二次衬砌厚度55cm。
3.1.2注浆加固
现场实测地表断面图可知，在DK22+166～DK22+146及DK22+200～DK22+180埋深较浅，左侧围岩局部仍有冒顶的可能。在未坍塌的地段，围岩成拱效应差，初支承受的围岩压力较大，对边墙围岩打设φ42钢花管进行注浆加固处理：长度为5.0m，梅花形布置，间距为1.0m×1.0m。
3.1.3洞内管棚
在DK22+200及DK22+166里程处依托3榀初支钢架，分别向小里程、大里程打设φ89长管棚，中间的钢架内轮廓适当增大，确保管棚的外插角控制在1～3°范围内，如图2所示。
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图3 长管棚依托钢架施工示意图
其中，在DK22+200处管棚施做以前，需要提前6m进行扩拱处理，即DK22+206～DK22+200段，以保证钻孔的作业空间。依据钻机的规格型号，初支轮廓扩大70cm。
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图4 洞内长管棚依托钢架施工示意图
施工管棚的主要参数为：管棚长度为20.0m；钢花管注浆孔孔径10～16mm，呈梅花形布置，由外径89mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管加工；布置在拱部140°范围内，环向间距为40cm，共计45根；注浆液采用水泥浆液，水灰比为1：1（重量比），注浆压力为0.5～2.0MPa。管棚打设并注浆完成后，在管内关注M10水泥砂浆，并保证密实，以增强管棚强度。
3.1.4小导洞出洞
自掌子面施工至DK22+185时，在上中台阶施做小导洞，断面为4.0m（宽）*4.5m（高），由超前小导洞出洞。开挖后，采用C25喷射混凝土及时进行初喷，厚度为10cm。小导洞出洞后，采用挖机进行清表处理，并按照设计坡率进行刷坡处理，并在边仰坡刷坡线外5m施做截排水沟，最后再进行暗洞出洞施工
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图5 小导洞出洞示意图
3.2 明挖暗做施工
3.2.1开挖
隧道洞口处理完成后，利用挖掘机平整红线范围内永久用地，作为备料场地。通过隧道，运送后期地表回填所需的材料，如片石、粘土等。
备料完成后，上台阶采用弱爆破辅以机械开挖，开挖过程中要分层、分段、左右两侧交错进行，严禁同时开挖两侧边坡。隧道边坡按照1：0.5坡率进行开挖，开挖后及时挂网喷锚封闭进行防护。锚杆采用φ22砂浆锚杆，间距1.5m*1.5m，梅花形布置。喷射混凝土采用10cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8，网格25cm*25cm。开挖过程中，注意开挖一层防护一层，避免长时间暴露围岩。
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图5 上中台阶开挖示意图
待上台阶开挖至DK22+168处，按图3所示，提前安装3榀钢架及导向管，并预留核心土，以便施工DK22+166～DK22+146段长管棚。长管棚施工完成后，再进行后续开挖。
下台阶开挖循环进尺控制在1.0m，采用单侧落底，左右两侧初支错开3～5m间距，严禁同时落底。
3.2.2支护施工
待下台阶单侧开挖后，即开始初支施工，上及单侧下台阶钢架同时安装。支护参数为：I22b型钢钢架，间距为0.5m，预留变形量考虑20cm；喷射混凝土厚度为28cm；采用双层钢筋网片，分别布置在钢架内外两侧；φ50锁脚锚管，长度为5.0m，每处拱脚打设2组，共计4根，采用φ22U形筋与钢架焊接牢固。
为增加下台阶围岩的整体性，在下台阶范围内打设φ42注浆小导管加固围岩，长度为4.0m，梅花形布置，间距为1.0m*1.0m；注浆液采用水泥浆液，水灰比为1：1（重量比）；注浆压力控制在0.5～2.0MPa。
仰拱初支严格控制循环进尺不大于3.0m，且开挖后及时封闭成环，以确保隧道安全。
3.2.3洞顶回填处理
在DK22+166、DK22+180初支拱部分别预留2根φ127混凝土泵送管道。待DK22+167～DK22+179段衬砌完成后，通过预留管道泵送混凝土及砂浆，对地表进行彻底处理：挡墙混凝土、浆砌片石、局部混凝土填充等。地表混凝土及砂浆工程施工完成后，及时封堵泵送管道，并及时施做两端衬砌结构。
待明洞段衬砌混凝土达到设计强度后，开始地表进行黏土回填。采用人工夯填的方式进行施工，回填过程中，每层厚度不大于0.25m，压实度不小于0.8；隧道两侧对称回填，回填高差不得大于0.5m；回填厚度为拱顶上方2.0m控制。
4 施工控制要点
（1）严格控制循环进尺，加快仰拱、衬砌施工进度，满足隧道安全距离，保证隧道施工安全。尽快初支封闭成环，完善结构受力。
（2）在暗洞施工和明洞开挖、洞顶回填过程中，加强监控量测，密切关注地表变形、拱顶沉降、周边收敛、边坡稳定等，出现异常及时上报，采取相应加固措施。
（3）加强边墙注浆加固措施，确保边墙稳定。通过注浆加固，固结破碎的岩体，使围岩共同受力，形成“自然拱”。
（4）明洞衬砌背后的排水管要与洞内排水结构相连，及时引排衬砌背后集水。地表排水汇入自然水沟。
（5）明洞施工避开雨季，且在雨季到来之前，应将地表回填完成。
5 结束语
通过明洞暗做施工技术，在保证安全和质量的前提下，节约了工程投资，减少了工程施工对环境的影响。明洞暗做的关键控制在暗洞的安全出洞和进洞、明挖段边坡稳定、洞顶回填衬砌结构安全，本文通过采取对应措施，围岩加固处理，进行详细阐述。目前，千军山隧道已完全顺利通过该明洞施工，希望能为类似工程提供借鉴。
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作者简介：
段英杰（1983.09—），工程师/总工，主要从事隧道专业施工技术研究。
论文作者:段英杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/13
标签：围岩论文; 隧道论文; 钢架论文; 地表论文; 便道论文; 间距论文; 进尺论文; 《基层建设》2019年第27期论文;