王 瑶
（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京101400）
摘 要：蒙华重载铁路城烟隧道在进口下穿输水渠，最小距离仅为2．67m，且由于地形条件的限制只能采用反向施工。针对超近距离下穿施工难点，提出了洞外采用多道防护、小导洞出洞、超前大管棚预支护、输水渠加固、控制爆破等综合安全控制技术。现场变形监测结果表明：拱顶沉降和水平收敛稳定速度均较快，且量值较小；地表沉降最大值为10．59mm，红线渠没有发生任何开裂和渗漏现象，表明安全控制措施合适。
关键词：铁路隧道；下穿输水渠；反向开挖；边坡防护；安全监测
随着铁路建设的高速发展，出现了很多近接施工工程。由于隧道开挖过程中改变了围岩的初始应力状态，致使隧道周围岩体扰动进而引起围岩的变形与破坏。当隧道与既有建（构）筑物距离较小时，隧道开挖可能会引起既有建（构）筑物破坏，使其丧失使用功能。目前已经有很多学者对于下穿施工引起地面建筑物、路面和铁路轨道变形及其控制进行了研究，但是由于输水渠特殊的使用性质，对下穿输水渠施工的研究很少。
本文结合蒙华重载铁路城烟隧道进口下穿输水渠的工程实例，探讨下穿施工控制措施，论证其安全性。
蒙华重载铁路城烟隧道为燕尾式隧道，进口段为单洞双线，出口段为两个单洞。隧道进口里程为DK691＋361．1，采用倒切式洞门，位于209国道东侧山坡，山坡陡峭，洞口前方为灞底河特大桥，洞口桥隧相连，隧道洞口里程同台尾里程，洞口下方桥下为209国道，高差约40m，地形陡峭，坡脚距国道约25m，隧道洞口无施工场地，设置一座横洞，通过横洞从洞内向洞外施工。
隧道洞口上方为红线渠，渠道中心里程DK691＋378，渠底标高584．5m，隧道轨道面标高573．19m，该处结构高度8．83m，渠底至隧道洞顶净高2．52m（开挖顶至混凝土渠底）。山体坡度约60°。红线渠修建于1958年，渠宽2．5m，深2．0m，渠体为素片石砼结构，厚0．3m；红线渠为三门峡市引水渠，最大引水量为平均约40万m3／d，是三门峡市的生命线，保证红线渠安全是施工的重中之重。
下穿红线渠段围岩级别为IV级；衬砌类型为Vgdc双线型衬砌。支护参数为：喷射混凝土厚度30cm，钢筋网?8mm，网格间距20cm×20cm，拱部采用?25mm组合中空锚杆，边墙采用?22mm砂浆锚杆，长度2．5m，间距（环×纵）1．0m×0．8 m，钢架采用I22，间距0．6m，拱墙模筑混凝土厚45 cm，仰拱模筑混凝土厚50cm。超前支护为?89 mm长管棚。隧道断面见图1，隧道与红线渠位置关系见图2。
图1 铁路隧道断面图（单位：cm）
图2 隧道与红线渠位置关系示意图（单位：m）
在工程开工前期，通过对工程地质及周围环境的综合分析，下穿红线渠施工总体方案采用横洞进洞后反向施工，具体措施如下：
（1）在洞口下方不超过15m处设置30m长被动拦石网，拦石网中心与隧道中线对齐。
（2）隧道边仰坡采取地表主动拦石网加喷锚网防护，范围为隧道洞口以上至红线渠段（DK691＋361．1 ～DK691＋380）隧道两侧结构边缘外侧各10m，主动防护网采用?22mm地表砂浆锚杆锚固，锚杆长度8 m，洞顶施工注意避开结构物，隧道两侧30m范围内红线渠顶铺设雨布，洞口开挖出洞前应洒水，做好防尘工作，防止隧道施工期间尘灰污染红线渠水体。
（3）检查桥梁施工G209国道棚架是否完成，在坡脚设置瞭望哨，与公路交通部门密切配合，必要时设置交通管制，确保施工安全。
（4）以上步骤施工完成后方可施工该段暗洞，出洞前应先施作洞身?89mm长管棚超前支护，施工范围DK691＋370．1～DK691＋391．6，长度21m。
（5）水渠上布设测点进行沉降观测，测点横向间距2m，量测范围左右各25m，量测频率按照《铁路隧道监控量测规程》实施，棚架施工时加密监测频率。
（6）下穿时与红线渠管理部门沟通，确保在无水时下穿该段施工。下穿从洞内向洞外反向开挖，隧道下穿红线渠渠底段采用弱爆破结合机械开挖，爆破控制频率按毛石建筑物控制。首先采用机械掏槽施工隧道周边0．5m宽度，并安装钢架，随后弱爆破开挖中部土体并施工衬砌，开挖完成后立即进行支护和衬砌等措施防止红线渠渠身下沉，施工衬砌前可采用型钢作为临时支撑。
（7）出洞施工时应洒水，做好防尘工作。
（8）施工完成后与红线渠管理部门沟通，共同检查渠底是否存在开裂、结构脱离，边坡是否存在围岩落石和不稳定等现场，根据检查结果采取渠底注浆、渠体结构加强、边坡加固等处理措施，并对隧道两侧20m范围水渠和山体间裂隙灌注水泥砂浆进行填充。
（9）施工期间定期进行巡查，下穿施工时应加大巡查范围和频率，发现问题及时处理。
3．1 红线渠危岩落石防护及渠体加固
3．1．1 边坡防护
红线渠上方按照地路专业设计图纸（蒙华三荆城烟施（隧）－I）设置主动防护网，在洞口下方不超过15m设置30m长被动拦石网，拦石网中心与隧道中线对齐，防止隧道施工时引发落石危及209国道行人及车辆安全。主、被动防护网结构见图3、图4。
图3 主动防护网施工示意图
图4 被动防护网施工示意图
3．1．2 坡脚拦砟挡护
因桥梁施工未开始，G209国道棚架还未搭设，且隧道洞口边坡陡峭，高差较大，坡脚紧邻国道，国道另一侧为变电站住宅区。仅靠隧道下方5m高的被动拦石网，恐难以确保施工时引发的孤石坠落等安全因素危及车辆行人和住宅区。故考虑在坡脚与国道间设置浆砌片石挡墙（M7．5）或围栏网，高度控制在6～10m，在坡脚国道另侧设置瞭望台。
与当地交通管理部门沟通，在洞口段爆破施工或洞口边坡开挖时实行暂时的交通管制，确保安全。3．1．3 红线渠渠体加固及防渗处理
因红线渠修建年限较长，渠体构筑材料强度较低，为确保红线渠结构稳定及防止渠内流水下渗影响地基强度，经与红线渠管理单位沟通，在隧道中线两侧各25m范围内，在原红线渠渠体内侧增设一层防水板，然后增加20cm厚的C25混凝土内衬。同时，在隧道中线两侧各25m范围内布设地表注浆钢花管，地表钢花管按照梅花形布置，间距1．2m× 1．2m，钢花管长3．5～6m，压1∶1水泥浆加固地层，提高其自身结构强度，并起到自防水的作用。红线渠加固如图5所示。
图5 红线渠加固示意图（单位：cm）
3．2 隧道施工方案
原设计采用弱爆破结合机械开挖，超前大管棚直接出洞，由于超前大管棚支护在小里程方向，由洞内向洞口方向施作，且洞内没有设置导向墙，而洞口小里程端为浅埋段（除去红线渠基础厚度，覆盖层厚度仅2．2m左右），超前管棚支护角度难以控制；且机械掏槽围岩须经受多次扰动，围岩受扰动后极易失稳出现坍塌，导致红线渠水体倒灌。因此，经多次现场踏勘及综合分析各方因素，必须严格控制开挖断面，防止出现失稳塌方。采用超前小导洞先出洞后，做好边仰坡防护，在明暗交界位置施作导向墙，然后施作超前支护，在超前大管棚及超前小导管保护下再反向扩挖成洞，同时在施工过程中加强监控量测，以数据指导施工，最大限度的控制安全风险。具体施工顺序：超前小导洞出洞→进口边仰坡开挖支护→导向墙施作→超前大管棚及小导管施作→反向扩挖成洞→及时施作正洞衬砌支护。
反向开挖方案：交叉段～DK691＋391．6按照设计施工方案开挖支护，在DK691＋391．6形成全断面，DK691＋391．6～洞口里程DK691＋361．6段采用小导洞出洞。
3．2．1 超前小导洞出洞
DK691＋391．6～DK691＋361．6段采用小导洞由横洞方向贯通至DK691＋361．6，根据现场围岩情况并考虑贯通后机械设备及风水管直接设置于进口段，小导洞断面尺寸拟定为4．0m×4．0m。为有利于结构稳定导洞顶部采用半径2．5m圆弧设计，同时考虑后期扩挖操作空间及增大超前小导洞覆盖层厚度，导洞顶距正洞拱顶预留6m覆盖层。
考虑到进口段围岩覆盖层较薄，自稳时间较短，红线渠修建年限较长，渠体结构强度较低，为了抑制围岩过大的变形，导洞在超前小导管预支护条件下开挖，开挖后采用I16型钢、锚杆、钢筋网联合喷射混凝土初期支护。支护参数为：锚杆采用?22mm砂浆锚杆，L＝3m、间距1．5m×1．5m梅花形布置，喷射混凝土为C25，厚20cm；?8mm钢筋网，网格尺寸25cm×25cm；I16型钢钢架支护，钢架间距1．2m，两榀钢架之间设置?22mm纵向连接钢筋，环向距离1m，采用螺栓连接［1］。
导洞拱顶超前支护采用?42mm超前小导管，小导管长4m，间距40cm，纵向间距搭接不小于1m。3．2．2 正洞超前预支护
考虑到隧道洞口浅埋段的实际情况，该隧道到洞口段超前支护采用设计的?89mm长超前管棚支护，施工范围K691＋368．1～DK691＋391．6，长度23m。超前管棚与钢架组合的棚架作用可以避免隧道拱部坍塌。由于隧道覆盖层较薄，在管棚施工时严格控制钻孔外插角，一般控制在1～3°，防止穿顶。
为保证施工安全，在大管棚的两个钢管之间加设?42mm超前小导管加强支护，并进行注浆加固地层，小导管每2m一环，采用?42mm钢管（L＝3．5m），环向间距40cm，外插角5～8°，浆液采用1∶1水泥浆。
超前支护施工过程中要尽量少扰动地层，避免红线渠沉降过大而引起坍塌，确保施工安全。
3．2．3 反向开挖成洞
待进口边仰坡施工完毕后再由DK691＋370．6施作导向墙，导向墙宽度2m，反向施作超前大管棚及超前小导管后，按三台阶法扩挖施工至设计断面。扩挖过程中应严格遵守短进尺、强支护、弱爆破、勤测量原则。因超前小导洞增加临空面，扩挖时开挖进尺控制在1．0～1．5m。采用预裂爆破，尽量减少对围岩扰动。周边眼间距控制在30cm，辅助眼控制在45 cm左右，严格控制装药量。对爆破后少量欠挖采用人工风镐凿除。开挖后及时按设计做好Vgdc双线型衬砌支护，确保洞身稳定。在二次衬砌施工前采用型钢作为临时支撑，防止红线渠渠身下沉。
在红线渠于隧道正洞交叉桩号DK691＋378左右各5m范围内进行扩挖成洞施工时，须与红线渠管理部门及时沟通，必要时短暂停水，确保施工及红线渠安全。
3．3 监控量测
为验证所选方案的合理性，进行了洞内外变形监测，主要监测项目有水平收敛、拱顶下沉和地表沉降。
由监测结果可知，水平收敛和拱顶下沉大约10 d左右达到基本稳定，最终值均较小；地表沉降大约15d左右趋于稳定，最大沉降值为10．59mm。
（1）针对超近距离下穿施工难点，提出了洞外采用多道防护、小导洞出洞、超前大管棚预支护、输水渠加固、控制爆破等综合安全控制技术。
（2）现场变形监测结果表明：拱顶沉降和水平收敛稳定速度均较快，且量值较小；地表沉降最大值为10．59mm，红线渠没有发生任何开裂和渗漏现象，表明安全控制措施合适。
参考文献
［1］史铁力．巨口隧道单向掘进小导洞出洞施工技术［J］．科技向导，2012（14）：339，436
Wang Yao
（4th Engineering Co．Ltd．of the 16th Bureau Group of China Railway，Beijing 101400，China）
Abstract：The Chengyan Tunnel of the Menghua heavy－duty railway has to under－cross a water－delivering canal at the inlet，with the closest distance between them only 2．67m．Only the reverse－construction method can be adopted here due to the limitations of the terrain conditions．With the great difficulty in performing the super－short－distance construction taken into consideration，put forward in the paper are some comprehensive safety control techniques，such as the adoption of multi－course protection outside the cave，the small heading method at the move－out stage，the advanced large－tube－shed supporting，consolidating the water－delivering canal，the controlled blasting，etc．The monitored site deformation results show that：both the stabilizing rate of the crown settlement and the horizontal convergence are quick and their quantity is small；the maximum of the ground settlement is 10．59mm；no cracking and no leakage are observed in the water－delivering canal，which proves that the adopted safety control techniques are appropriate．
Key words：railway tunnel；under－cross a water－delivering canal；reverse－construction method；protection of the side－slope；safety monitoring
作者简介：王 瑶（1982—），男，工程师，主要从事土木工程技术管理工作
收稿日期：2015－11－06
中图分类号：U459．5；U459．1
文献标识码：B
文章编号：1672－3953（2016）01－0067－04
DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．018
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