陈伟 CHEN Wei
（中铁二十二局集团第五工程有限公司，重庆 400023）
摘要： 明挖法与暗挖法是隧道开挖工程中常用的两套工法。在施工中，应根据不同的地质条件和工程要求合理选择施工工法。本文结合黄董坡隧道下穿S201省道工程，重点探讨暗挖法的施工方案及技术要领，最后通过两套工法在各道工序中的对比分析，突出暗挖法的经济性和可行性。
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关键词 ： 铁路隧道；暗挖法；施工技术
中图分类号：TP334.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0107-04
作者简介：陈伟（1971-），男，重庆人，毕业于西南交通大学，土木工程（工程造价方向）专业，研究方向为公路、铁路施工技术，主要在桥梁、隧道、路基等方面。
0 引言
铁路在运输领域中有着不可替代的作用，其主要承担货运及客运的职能。其优点是运输成本低，安全，经济，高效；缺点是建设投资大，时间长。尤其是铁路工程中的隧道工程施工难度大，周期长。一般来讲，铁路随带开挖方式主要有明挖法和暗挖法两种。在施工中，只有根据不同的地质条件选择相应的开挖方式，施工建设才能达到预期的效果。
黄董坡隧道下穿S201省道工程在设计施工方案时，首先拟用明挖施工方案。经过经济技术论证发现明洞施工周边放坡大，施工区域大，对周边干扰及污染影响也比较大；控制爆破及交通疏导安全风险高；工期较长，须对该光缆进行改迁，改迁难度大，耗材量多，成本较高。
为了尽力规避施工风险，提高安全作业系数，同时节省施工成本，保质保量完成改道施工任务，继而改用暗挖法施作隧道部分。本文重点分析了采用暗挖法施作黄董坡隧道下穿S201省道改移道路工程的施工流程及技术要领，用工程实践验证了了暗挖法的经济性和可行性。
1 工程概况
1.1 工程概况
新建铜仁至玉屏铁路段黄董坡隧道位于贵州省茶店镇境内，中心里程为IDK23+312，设计最大埋深约31m，全长664m，隧道进口里程IDK23+980，出口里程IDK23+644。进口IDK22+980~IDK23+371.9段位于半径为5500m左偏曲线上，其余地段为直线，设计纵坡为9.7‰的单面上坡。隧道洞身通过主要地层岩性为寒武系中统敖溪组上段白云岩，地表覆盖层主要为第四系坡洪积的软黏土、次生红黏土。其中隧道在IDK23+525~IDK23+555段下穿S201省道，对应省道里程为K133+154处，交角57°，公路为沥青路面，宽12m，隧道拱顶至路面最小距离约1.2m，新建隧道与既有公路关系详见图1。
1.2 现场调查及拟采取施工方案
1.2.1 现场调查
①新建改移道路按照设计施工图要求已全部施工完成，达到通车条件并完成了交通疏导工作，现场增设相关交通导行标志，并对原S201省道进行了封闭。
②经现场调查，隧道IDK23+530处顶部有一国防光缆沿既有公路侧沟底部通过，光缆埋深约为0.5m，若采用明挖方案须对该光缆进行改迁，经我部多次与国防光缆产权单位协调得知，该光缆的改迁难度极大，且改迁施工周期较长，截止日前，国防光缆已按照产权单位的要求进行架空后保护处理。
③现场实地对隧道下穿公路进行地质钻孔取芯后发现，隧道拱顶以上均为路面结构层，即为沥青路面+水泥稳定级配碎石，该结构层强度较高，自稳能力较好。
1.2.2 拟采取施工方案
结合现场实地调查，从工期、成本及施工难度综合分析对比，因此我部对黄董坡隧道IDK23+525~IDK23+555段下穿S201省道范围由原设计明挖方案变更调整为暗挖方案通过。
2 施工技术方案
待改移道路完成并进行交通导行后，该下穿公路段（IDK23+525~IDK23+555段）总体上采取“改移道路+暗挖施工”方案穿越，由于新建改移道路已全部施作完成并已通车，在此不做详细叙述，隧道施工严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”原则进行组织施工，施工步骤如下：改移道路施工（达到通车条件并交通导行）→超前支护施工（中管棚+超前小导管）→洞身开挖→初期支护（径向系统锚杆）→初期背后注浆→仰拱及填充施工→二次衬砌→衬砌预留注浆孔注浆处理→恢复既有省道。
3 施工技术措施及工艺方法
3.1 新建改移道路及交通管制
新建改移道路基本为填方，最大填方约为4m，道路结构采用碾压密实路基+水泥稳定级配碎石基层36cm+沥青路面面层10cm，此新建改移道路施工工艺方法不再重复叙述。
3.2 超前支护施工
3.2.1 洞内中管棚施工
IDK23+525~IDK23+555下穿S201省道范围隧道洞内首先采用超前中管棚注浆加固处理，管棚采用Φ76*4.5mm热轧无缝钢管，沿隧道拱部144°范围布置，环向间距0.4m，每4.8m设置一环，单根长度为7m，共44根，外插角控制在3°~5°，管棚内进行注浆处理。
3.2.2 超前小导管
黄董坡隧道下穿S201省道段拱部144°范围增设Φ42无缝钢管，施作角度约为5°~8°，环向间距0.4m，纵向间距为1.8m/环，数量为44根，长度为4m，超前中管棚与超前小导管错开布置，小导管均须进行注浆加固，注浆材料为1:1的水泥浆，注浆压力为0.5~0.8 MPa。
3.3 洞身开挖 该段洞身开挖主要通过实施超前双管棚支护，洞内采用三台阶七步开挖法进行开挖支护，尽早封闭。
关键施工要点为三台阶七步开挖法，原则上采用非爆破方法开挖，考虑该段主要地质条件为拱部3m以下地质均<12-1>白云岩，因此开挖过程需要进行必要的控制爆破措施，为降低爆破振动对路面及周边通信、国防光缆的破坏影响，爆破允许振速不得超过2cm/s，并进行相关爆破设计参数的选定及现场试爆试验。开挖施工过程中尽可能的采用人工配合机械开挖，一是采用人工配合挖机，或者采用破碎头进行破除。上台阶出碴利用挖机扒碴至下台阶，下台阶利用装载机装碴，自卸式汽车运碴。
严格按照“短进尺、弱爆破”进行分部开挖，上台阶预留核心土，台阶长度控制在5m以内，严格按照“逐榀开挖、逐榀支护”的原则。
本隧下穿软弱围岩地段，原则上采用非爆破开挖，若局部需爆破则应采用控制爆破施工，爆破允不超过2cm/s，开挖施工采用三台阶+预留核心土法实施，为此，在该段爆破设计方面按照允许振速作为振动波速度限制的控制标准，进行反推各部分允许单段用药量，并通过现场试爆试验，取得合理的爆破参数以指导施工。
3.4 洞身初期支护
3.4.1 总体施工方案
隧道下穿S201省道公路段为浅埋段，由原设计明挖变更为暗挖施工，主要是弱爆破进尺，加强支护稳定围岩，结合设计及现场调查资料，施工时采取以下强支护措施：
①施作型钢拱架。隧道开挖采用三台阶法施工，每一次爆破开挖后立即支立钢拱架，尽早封闭围岩。在该段初期支护施工，采用初喷4cm厚C25砼，挂设?覬8钢筋网片，网格间距为20×20cm，架立全环I20b工字钢型钢钢架，钢架间距0.6m，复喷至27cm厚度，每榀钢架上、中、下拱脚处分别设置两根长度为4.0m的?覬42锁脚小导管。拱架底部采用纵向连接钢板，防止拱架产生不均匀下沉，保证拱架基础稳定，控制支护沉降。
②施作拱部、边墙系统锚杆加固围岩。为有效抵抗线路右侧顺层侧向压力，防止顺层侧围岩内突，确保施工及结构安全，对系统锚杆采取不对称布置，即隧道右侧边墙的系统锚杆（?覬22砂浆锚杆）加密、加长处理，其环、纵向间距为0.6m×1.0m，长度不小于6m/根，隧道左侧边墙系统锚杆其环、纵间距为1.2m×1.0m，长度为4m/根，由于拱顶以上均为路面结构层，埋深仅1.2m，因此取消拱部系统锚杆，其余初期支护参数按照Vc复合衬砌施工。临时钢架采用I18轻型工字钢，每榀钢架间距与洞身钢架一致，且与洞身钢架以螺栓连接（接头处加设3mm厚橡胶垫片），洞身钢架架设后在相应位置焊接预埋钢板并预置螺栓，以便临时钢架连接；相邻钢架采用Φ22钢筋连接，环向间距1m，斜向内侧布置，并与钢架内侧翼缘焊接。
③爆破后先进行初喷，及时施作临时支护和初期支护。喷射砼采用湿喷作业，风枪打锚杆孔，人工安装锚杆，型钢拱架和钢筋网。型钢拱架安装前需要将在上、中台阶结合部位和下台阶墙脚处的虚碴清理干净，找平处理，再垫纵向连接钢板，增加接触面和承载力，减小钢架在安装和接长过程中沉降量。
④仰拱初期支护型钢拱架紧跟下台阶，并且及时尽早封闭成环。仰拱初期支护闭合成环至下台阶的距离控制在5m以内。
⑤初期支护过程中，尤其是拱顶背后不能留存有空腔，务必采用喷射砼充填密实。同样仰拱底初期支护背后的虚碴需要清理干净，直至基岩面，施工过程中需要重点监控。
3.4.2 型钢钢架制作与安装
隧道钢架支护为型钢钢架，型钢钢架主要由20b工字钢弯制而成。隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢架，采用与定位锚杆、径向锚杆以及双侧锁脚锚杆固定，纵向采用Φ22钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度，并及时进行围岩监控量测。
3.4.3 钢筋网片施工
①钢筋网片加工。钢筋网片采用Ⅰ级?准8钢筋焊制，在钢筋加工场内集中加工。
②成品的存放。制作成型的钢筋网片必须轻抬轻放，避免摔地产生变形。钢筋网片成品应远离加工场地，堆放在指定的成品堆放场地上。
③挂网。按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋片随初喷面的起伏铺设，绑扎固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1～2个网格。挂设时利用混凝土块衬垫在钢筋和初喷层之间，以保证钢筋和初喷层之间保持30～50mm的间隙。砂层地段应先加铺钢筋网，沿环向压紧后再喷射混凝土。
④施工控制要点。钢筋网在初喷混凝土4cm以后铺挂，使其与喷混凝土形成一体；钢筋网应与锚杆或型钢钢架连接牢固。
3.4.4 锁脚小导管
每榀钢架上、中、下拱脚处分别设置2根φ42锁脚小导管，锁脚小导管单根长度为4m，小导管下倾角20°，小导管内采用注浆加固处理，注浆采用1:1水泥浆液，注浆压力控制在0.5~1.0Mpa，具体施工工艺及方法同“超前小导管施工方法”，在此不做重复叙述。
3.4.5 系统锚杆
锚杆施工以多功能作业台架为作业平台，用风钻钻孔、人工安装，对部分软岩需施工长锚杆（中空注浆锚杆），采用锚杆钻机施工，以提高施工速度和施工质量。具体施工方法在此不再详述。
3.5 喷射砼施工
隧道初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射混凝土采用拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，采用湿喷机喷射作业。在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚管、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。
3.6 初支背后注浆处理
为防止初期支护背后局部空洞造成公路路面出现过大沉降，于初期支护完成后，立即对初期支护拱部144°范围进行注浆回填，注浆管采用Φ42小导管，环、纵间距为1.0m×1.0m，长度为0.3~0.4m，注浆采用1:1水泥浆，注浆压力为0.3~0.5MPa。具体施工工艺、方法与小导管施工相同，不做重复叙述。
3.7 洞身衬砌
仰拱初期支护完成后，及时施作仰拱和填充，便于尽快形成洞身拱墙二衬模筑混凝土灌注条件。为了缩短仰拱模筑混凝土浇筑节长，及时浇筑仰拱混凝土，缩短仰拱与二衬之间的距离，减小初期支护结构和围岩的沉降，仰拱模筑混凝土采用整体圆弧模板浇筑，纵向节长12m。仰拱混凝土施作完成及时浇筑仰拱填充混凝土。
洞身二衬模筑混凝土浇筑采用液压自行式整体模筑台车，每次浇筑长度为12m，填充作业面紧跟仰拱，一旦具备12m组洞身混凝土衬砌条件时，及时进行洞身混凝土二衬浇筑，尽可能的减小拱顶和地表的沉降。
喷射混凝土和模筑混凝土均由拌合站集中生产提供，采用10m3混凝土运输罐车运输，混凝土输送泵灌注。拱顶混凝土灌注过程中加强拱顶混凝土灌注密实的监控，尽量灌满，对拱顶混凝土干缩出现的空腔及时采用回填注浆予以处理。
3.8 衬砌背后注浆处理
衬砌背后注浆通过二次衬砌施工过程中预留注浆孔进行注浆加固处理，注浆采用1:1水泥浆，注浆压力控制在0.1~0.2MPa。每衬砌段拱顶部位预留不少于2个注浆孔；注浆管在拱部混凝土浇注前预埋在拱顶处，注浆管采用?准50PVC管，纵向间距5m，当混凝土强度达到设计强度后即可进行。
3.9 下穿省道段道路恢复施工
待隧道下穿段二衬模筑混凝土到达设计强度后，以沉降观测数据为依据对局部路基注浆加固达到强度后，对下穿段30m范围内用20t压路机作负重通过试验，如路面破损或开裂立即按照既有道路标准对其进行修复，并上报公路产权单位验收合格后，开放既有道路交通。
4 施工效果
由表1得知，采用明挖法施作黄董坡隧道下穿S201省道工程，初支费用比暗挖法多出19910元，土方和石方开挖量也比较多，衬砌和防排水的耗材量也比暗挖法多，直接导致施工总成本比暗挖施工多出924210元，暗挖法在材料控制、技术控制以及成本控制中的优势显而易见。其次，工期效果，下穿省道段施工工期：明挖方案工期为80天，暗挖方案工期为60天，工期节省20天。
5 结论
采用暗挖法施作黄董坡隧道下穿S201省道工程，无论是施工技术控制还是成本控制都具有明显的应用优势。建议将本套工法进一步推广应用到更多同类隧道施工项目中，使更多施工单位了解暗挖法的技术优势，同时通过在更多工程中的应用实践，不断优化技术参数，推动施工技术水平不断革新。
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