软弱围岩超浅埋隧道下穿高速公路施工工艺及技术研究

【摘要】：厦深铁路红棉隧道，采用加强型双侧壁导坑法施工，成功的控制下穿高速公路变形控制，施工过程中强化“管超前、强支护、强锁脚”的原则，具有很好的推广应用价值。

【关键词】：软弱围岩；超浅埋；下穿高速公路；技术研究

中图分类号： U412.36+6 文献标识码： A 文章编号：

1前言

本次介绍的超浅埋隧道施工工艺为加强型双侧壁导坑法，即超前长管棚+双侧壁导坑法进行施工，国内有采用此法施工先例，但普遍采用的管棚一般直径为φ108mm或φ89mm，长度一般为40米左右，采用单层布置，而本工程中采用的管棚直径达到φ159mm，为双层布置，管棚长度达到80米，施工难度大，技术要求高，施工中采用的无线导向水循环跟管作业技术和管锚法控制围岩变性沉降技术两项新技术均在本工程中首先应用。

2工程概况

厦深铁路红棉隧道位于广东省深圳市龙岗区横岗镇境内，隧道全长1410m，根据隧道设计施工图，该隧道洞身全部位于Ⅴ级围岩全风化砂岩层，埋深浅，最浅处仅2米，大部分在6.5～11米左右，其中DK490+995～DK491+346段下穿既有高速公路立交段，安全风险非常大，被列为铁道部高风险隧道，设计采用超前长管棚+双侧壁导坑法施工。

3工艺特点

本隧道下穿的水官高速公路为深圳市主要交通干道，日通行车流量达8万辆，为保证隧道施工期间的公路行车安全，路产运营管理部门要求路面累计沉降不得超过30mm。根据厦深铁路红棉隧道围岩软弱实际情况及变形严控制的施工要求，施工过程中着重强调了“管超前、强支护、强锁脚”的原则。

（1）本工程采用了双层80m长Φ159超前长管棚，钢管环向间距40cm、层间距30cm布置，同时需扩挖1.5m断面作为管棚工作室。Φ159超前长管棚无线导向水循环跟管钻进法施工，精确定位，确保超前长管棚满足外插角1°～3°的设计要求。

（2）锁脚采用两根10m长φ89钢花管锁脚锚管，其中一根水平设置，另一根与水平面成60°角设置，同时采用槽钢纵梁将锁脚锚管与正洞钢架联接成整体，共同受力。

（3）双侧壁导坑法在控制围岩变形方面的优势是因为将大断面的隧道掌子面开开分割成多个小掌子面进行分部开挖，将左、右导洞等次要变形部位优先进行开挖，在将左、右导洞进行安全稳定的支护后，再进行主中洞拱部这一主要受力部位的开挖，这样有效的减小了主要变形部位对隧道变形及周边围岩地层的变形影响。拆除左、右隔壁等临时支护前，初期支护已闭合成环，形成有效的受力体系，避免了类似采用台阶法开挖隧底时初期支护钢拱架悬空的现象。

施工工艺及主要技术措施

4.1双侧壁导坑法施工示意图

本隧道采用双层初期支护+单层复合式衬砌混凝土进行施工。第一层初期支护喷射混凝土为C25喷砼，厚28cm；第二层厚24cm；二衬混凝土厚为55cm。

双侧壁导坑法横断面图

4.2施工工艺及方法

4.2.1 施工准备

开挖前，做好各项施工准备。

4.2.2 超前地质预报

对开挖的洞身围岩采用TSP法进行地质超前预报，探测前方围岩的性质，地质状况和不良地质状况，宏观掌握隧道段落围岩状况；同时采用地质钻机对隧道围岩进行直观探测。

4.2.3 超前预支护加固

（1）管棚设计

隧道下穿高速公路段采用80m长超前长管棚预支护加固，钢管采用Φ159*8mm热轧无缝钢管，拱部140°范围内双层设置，环向间距40cm，层间距30cm，节长4～6m，以丝扣连接。管棚外插角1°～3°。

（2）施工方案

为控制施工精度，超前大管棚施工采用无线导向水循环跟管钻进法成管。管棚钻机采用HTG-200型水平定向钻机，全液压驱动，功率为55KW，顶进及回拖力为250KN，扭矩6000NM。

（3）无线导向水循环跟管钻进法管棚施工

将管棚钢管作为钻杆，在第一节管棚钢管前端安装带有导向探棒的楔形板钻头。首先采用水平定向钻机将装有楔形板钻头的管棚钢管打入土中，然后通过丝扣连接，将其它管棚钢管与前一节管棚钢管连接，依次打入土中，在钻进过程中，机台和地面跟踪监测钻进方向，控制管棚铺设轨迹，直到达到管棚设计长度终孔，最后进行封孔注浆而成管棚。

4.2.4双侧壁导坑法施工方法

4.2.4.1开挖及支护①部

（1）利用上一循环架立的钢架在临时支护侧拱部施作超前支护，采用φ42超前小导管，3m/环，4.5m长。注浆浆液为1：1水泥浆液。

（2）人工开挖开挖①部，即左导洞上台阶，每循环掘进1榀钢架间距采用手推车出土，以该台阶钢横撑铺木板为作业平台，卸土至下台阶处，再用小型挖机扒碴，小型装载机铲运至出碴车上。

（3）人工修整开挖轮廓线后及时初喷4cm厚C25砼封闭围岩，必要时喷8cm厚混C25砼封闭掌子面。

（4）施作导坑周边的初期支护和临时支护，即架立正洞I20型钢钢架及临时支护侧侧壁I18型钢钢架，间距50cm/榀，钢架之间采用Φ22螺纹钢连接，同时结合每榀拱架安设I18型钢钢横撑，使初期支护钢架组成类似三角的闭合受力体系。

（5）在钢架与基面间安装Φ8钢筋网片。

（6）采用气腿式风枪在拱脚处结合钢架打设Ф50注浆锁脚锚管，管长5m，2根/榀。锁脚锚管与钢架焊接牢固。注浆浆液采用1：1水泥浆液。

（7）复喷第一层C25喷射混凝土至设计厚度。

4.2.4.2开挖及支护②部

（1）在滞后于①部3m长后人工开挖②部，即左导洞阶，每循环掘进1榀钢架间距采用手推车出土，以该台阶钢横撑铺木板为作业平台，卸土至下台阶处，再用小型挖机扒碴，小型装载机铲运至出碴车上。

（2）人工修整开挖轮廓线后及时初喷4cm厚C25砼封闭围岩，必要时喷8cm厚混C25砼封闭掌子面。

（3）接下工序同开挖及支护①部的（4）（5），（6）和（7）步骤。

（4）安装径向系统锚杆，采用Φ22砂浆锚杆，长4m，1.2m(环向)×1.0m(纵向)布置。

（5）在阶有一定长度后施作Φ89加强型锁脚锚管，采用潜孔钻机成孔及安装。每榀钢架设置两根，10m/根。其中一根水平，另一根与水平面成60°夹角（每3m打设一次）,与预先安装好的槽钢纵梁进行有效联接。注浆浆液为1：1水泥浆液。

4.2.4.3开挖及支护③部

（1）在滞后于②部3m后，采用小型挖掘机机械开挖③部，即左导洞下台阶，每循环掘进3榀钢架间距。

（2）接下工序同开挖及支护①部的（3）,（4），（5），（6）和（7）步骤。

（3）利用导洞内两层钢横撑作为施工平台，施作导洞内正洞侧第二层初期支护，即安装I20型钢拱架，间距50cm/榀，钢架之间采用Φ22螺纹钢连接，喷射第二层C25砼至设计厚度。

4.2.4.4开挖及支护④部

在滞后③部2～3m人工开挖④部，即右导洞上台阶，步骤及工序同①部。

4.2.4.5 开挖及支护⑤部

在滞后④部3m人工开挖⑤部，即右导洞阶，步骤及工序同②部。

4.2.4.6开挖及支护⑥部

在滞后⑤部3m机械开挖⑥部，即右导洞下台阶，步骤及工序同③部，使得右导洞初期支护钢拱架闭合成环。

4.2.4.7 开挖及支护⑦部

（1）在滞后⑥部2m机械开挖⑦部,即中洞上台阶，每循环掘进1榀钢架间距。

（2）接下工序同开挖及支护①部的（3）,（4），（5），（6）和（7）部。

（3）滞后第一层初期支护3～5榀钢架距离后安装第二层初期支护，即安装I20型钢拱架，两侧拱架拱脚处分别与左、右导洞第二层拱架连接，喷射第二层C25砼至设计厚度。

4.2.4.8 开挖及支护⑧部

（1）在滞后⑦部3～5m机械开挖⑧部，即中洞阶，每循环掘进5～６榀钢架间距。

（2）安装Ｉ18工字钢横撑，间距50cm/榀。

（3）喷射C25砼，与Ｉ18工字钢横撑组成临时仰拱。

4.2.4.9 开挖及支护⑨部

（1）在滞后⑧部一定距离后机械开挖⑨部，即中洞下台阶隧底部分，每循环掘进5～６榀钢架间距。

（2）必要时喷8cm厚混C25砼封闭掌子面。

（3）接下工序同开挖及支护⑧部的后续工作。

4.2.4.10 拆除临时支护

根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及临时钢横撑。每次拆除长度3～5m。

4.2.4.11 仰拱及仰拱填充砼浇筑

利用仰拱栈桥灌筑仰拱及仰拱填充混凝土。

4.2.4.12 二衬砼浇筑

利用衬砌模板台车一次性灌注二衬混凝土（拱墙衬砌一次施作）。

4.3 锁脚锚管的设置及施工

在左、右导洞阶拱架处设置加强型锁脚锚管。原设计锁脚措施为两根5米长φ50锁脚锚管，下倾30°角打设，与正洞钢架焊接，此措施在初期支护封闭成环前难以有效控制变形沉降。

针对这一状况，在阶拱脚设加强型锁脚锚管，即设两根10m长φ89钢花管锁脚锚管，其中一根水平设置，另一根与水平面成60°角设置。每开挖2m作为一个施作锁脚锚管段，用[20槽钢作为纵梁将正洞钢架焊接成整体，在槽钢上预留孔洞，成孔后将φ89钢花管穿套在槽钢上，且在结合处用12mm钢板套焊牢固。注浆前在φ89锁脚锚管内放置一根Φ22螺纹钢，增加锁脚锚管的刚度。

4.4 监控量测

根据设计要求布设相应的量测点，按相应标准进行量测，并及时对量测数据进行分析指导现场施工。

隧道下穿高速公路段采用加强型双侧壁导坑法施工后，从监控量测的统计数据来看，一般在初期支护体系闭合成环后3~5天变形沉降趋于收敛。最大拱顶累计沉降为21mm。

4.5 衬砌施工

初期支护闭合成环后，及时施作仰拱及二衬混凝土。

5结束语

通过厦深铁路红棉隧道下穿高速公路变形控制段的施工实践，成功应用了超前长管棚及加强型双侧壁导坑法施工工艺和技术，通过在施工过程中强化“管超前、强支护、强锁脚”的原则，为今后类似工程的施工积累了经验、提供了借鉴，具有很好的推广应用价值。

作者简介：贺志鹏（1978-），男，工程师，本科，国际工程管理专业，主要从事铁路工程施工技术管理与研究工作。