萬 清

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

隨著工程建設(shè)的跨越式發(fā)展，大規(guī)模地下交通樞紐、城市隧道、地鐵車站等大型地下工程越來越多。由于城市功能規(guī)劃受歷史上經(jīng)濟、技術(shù)的限制，許多地段原有的規(guī)劃并沒有做好應(yīng)用地下空間的準備，導(dǎo)致現(xiàn)在的地下空間的開發(fā)受到既有道路、橋梁、地面建筑及地下管線等因素的制約。明挖法因為施工嚴重干擾交通，破壞環(huán)境，大量的建筑物、管線的拆遷等因素使工程的實施困難重重;盾構(gòu)法有時能解決這些難題，但其靈活性差，特別是昂貴的盾構(gòu)機械，會大大提高工程造價，也使工程的實施步履維艱;在這些特殊的地段上，淺埋暗挖法以其對道路交通、周邊環(huán)境的影響小，拆遷少，對地質(zhì)情況的適應(yīng)性強等特點，顯示了其巨大的優(yōu)越性，得到了廣泛的應(yīng)用。

1 工程概況

石家莊六線隧道位于石家莊市區(qū)，自北向南縱穿石家莊市，是一個六線并行(局部七線)、普速與高速混行的龐大地下隧道工程，隧道包含京石客運專線、改建京廣線、石青客運專線和石太聯(lián)絡(luò)線，隧道主體全長4 980 m，隧道布局及外部控制情況見圖1。

圖1 石家莊六線隧道總平面示意

隧道標準結(jié)構(gòu)斷面寬度約40 m，結(jié)構(gòu)高度約13 m，此類穿城入地的大型隧道工程，其規(guī)模和性質(zhì)在國內(nèi)尚屬首例。

隧道在DK278+300～DK278+380段下穿既有石太直通線，采用暗挖法施工，隧道其他大部分段落采用明挖法施工。既有石太直通線路基寬約32 m，高約8 m，為雙線路基。新建隧道為四線雙洞隧道，總跨度27.39～28.05 m，隧道埋深在既有線軌面下10.04～10.73 m。隧道下穿既有石太直通線的位置關(guān)系見圖2，圖 3。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

圖2 隧道下穿既有石太直通線平面(單位:m)

2.1 場地工程地質(zhì)條件

(1)地形地貌

隧道地處山前沖洪積平原區(qū)內(nèi)，沿線地形平坦，隧道下穿既有線區(qū)域地面高程約74 m。

(2)地層巖性

圖3 隧道下穿既有石太直通線剖面(單位:m)

暗挖隧道頂部為雜填土及既有線路基的填筑土，隧道穿過地層上部為雜填土和新黃土，下部為粉細砂和中粗砂，圍巖分級為Ⅵ級。

(3)場地類別為Ⅲ類，場地土類型為中軟～中硬場地土。

(4)地震動峰值加速度值為0.10g，對應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度。

(5)土壤標準凍結(jié)深度0.6 m。

2.2 水文地質(zhì)特征

地下水為第四系孔隙潛水，含水層為砂、卵石層，主要由大氣降水補給，近5年的地下水水位埋深45～50 m，在隧道底板以下。

3 施工方法的選擇

石家莊六線隧道緊鄰既有京廣鐵路，既有石太直通線跨既有京廣鐵路采用鐵路橋方式，石家莊隧道位于既有鐵路橋東側(cè)路基下方，隧道施工期間，既有石太直通線需繼續(xù)運營，且因其所處的特殊位置，旁側(cè)無改線、疏解條件，因此，該段隧道無法采用明挖法施工，只能采用不影響既有線運營的淺埋暗挖法或盾構(gòu)法。

考慮到石家莊六線隧道在下穿段落為四線隧道，結(jié)構(gòu)跨度大，在國內(nèi)盾構(gòu)施工的成功實例中，沒有同類型工程，且下穿既有線段隧道長度較小，僅80 m，因此盾構(gòu)法施工不具備可行性、經(jīng)濟性。

綜合考慮各種因素，經(jīng)過認真研究后，確定該段隧道采用淺埋暗挖法施工。

淺埋暗挖法的實質(zhì)內(nèi)涵可用18字原則概括，即:“管超前”、“嚴注漿”、“短開挖”、“強支護”、“快封閉”和“勤量測”。自上而下步步為營，分塊成環(huán)，隨挖隨支，及時做好初期支護。并待初期支護結(jié)構(gòu)的拱頂沉降和收斂已經(jīng)穩(wěn)定后，分步拆除初期支護結(jié)構(gòu)中的臨時中隔壁墻及臨時仰拱，施作外包防水層，最后施作二次襯砌結(jié)構(gòu)。

4 隧道設(shè)計參數(shù)的確定

4.1 隧道斷面的擬定

按照《高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)》(TB10621—2009)［2］中“客運專線鐵路建筑限界”及《標準軌距鐵路建筑限界》(GB146.2—83)［3］中“電力牽引隧道建筑限界”的要求，同時，隧道凈空有效面積按滿足建筑限界和救援通道空間設(shè)計，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算，擬定隧道下穿既有石太直通線暗挖斷面采用復(fù)合式襯砌，采用雙跨連拱形框架結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)斷面寬為27.39～28.05 m，京石正線結(jié)構(gòu)高13.28 m，改建京廣線結(jié)構(gòu)高12.83 m，隧道開挖面積約324 m2。隧道斷面見圖4。

圖4 暗挖段主體結(jié)構(gòu)斷面(單位:cm)

4.2 暗挖施工方法的確定

考慮到下穿石太直通線暗挖段隧道斷面較大，隧道采用中洞法結(jié)合CRD法施工，整個結(jié)構(gòu)斷面分20個小洞進行施工，中洞分6個小洞，側(cè)洞分別各7個小洞。見圖5。

圖5 暗挖段分部開挖示意

4.3 輔助工程措施

(1)隧道初期支護采用鋼架+網(wǎng)噴混凝土防護，外輪廓初期支護厚度為35 cm，鋼架采用I25a型鋼，內(nèi)部縱橫隔壁厚度為30 cm，鋼架采用I22a型鋼。

(2)初支鋼架各單元由連接板焊接成形，單元間由螺栓連接，鋼架之間設(shè)縱向連接鋼筋。

(3)網(wǎng)噴混凝土采用C25網(wǎng)噴早強纖維混凝土。

(4)每次開挖進尺為0.5 m，嚴格控制各臺階長度;每次開挖結(jié)束后，及時噴射混凝土封閉掌子面。

(5)及時施作鎖腳錨桿，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。

(6)同一斷面相鄰開挖工作面錯開8～10 m。

(7)及時進行初支、二襯背后注漿。

(8)施工中須按照圖紙及有關(guān)規(guī)范的要求進行監(jiān)控量測，及時反饋結(jié)果，分析量測數(shù)據(jù)，指導(dǎo)下步施工。

5 下穿既有線沉降控制措施

由于隧道施工期間上方的既有石太直通線需要繼續(xù)運營，下穿石太直通線暗挖段是石家莊六線隧道最大的一個風險點，確保既有線的運營安全是隧道設(shè)計和施工的重點。

為保證隧道開挖過程中既有線路基的整體穩(wěn)定性，確保施工時既有線的行車安全和隧道的施工安全，隧道設(shè)計方案中采用諸多施工保障措施和加固措施。大致有以下幾種。

(1)隧道拱部大管棚支護

由于隧道開挖跨度大，隧道所處的地層較差，隧道開挖過程中易出現(xiàn)坍塌，從而影響既有線的運營安全和隧道的施工安全。因此，設(shè)計方案中考慮在隧道拱部120°范圍采用雙層159 mm，t=8 mm的大管棚支護，管棚內(nèi)外兩排梅花形布置，管棚內(nèi)充填水泥砂漿或水泥漿，大管棚間打設(shè)φ42 mm，t=5 mm小導(dǎo)管并注漿;

(2)既有線線路加固

為保證隧道施工時既有線的運營安全，設(shè)計方案中對運營線路采用縱橫軌束梁對線路進行加固，縱軌束鋪設(shè)在行車軌兩側(cè)路肩上，其上橫穿橫軌束梁用以承受荷載。見圖6。

圖6 線路縱橫梁加固示意(單位:cm)

(3)注漿加固

為確保隧道施工過程中既有線的運營安全和隧道施工安全，設(shè)計方案中考慮對隧道周邊土體及既有線進行注漿加固，加固范圍為:隧道結(jié)構(gòu)拱墻外5 m范圍和鐵路橋橋臺下部土體，其中結(jié)構(gòu)拱部120°范圍以及橋臺下注漿加固范圍在初始注漿后根據(jù)施工監(jiān)控量測情況進行跟蹤注漿。

6 施工情況綜述

6.1 施工難點及應(yīng)對措施

(1)隧道所處地層大部分為干燥砂質(zhì)地層，圍巖自穩(wěn)能力極差，開挖時易產(chǎn)生坍方。

應(yīng)對措施:必須嚴格控制開挖步距，隨挖隨支，每次開挖完成后及時封閉掌子面。

(2)隧道拱部采用大管棚支護，管棚長度為80 m，管棚施工精度難以保證。

應(yīng)對措施:分別從暗挖段兩端向中間打設(shè)大管棚，在暗挖隧道中部搭接，管棚施工采用定向鉆孔技術(shù)，嚴格控制管棚施工精度。

(3)隧道上方為運營的既有鐵路，施工過程中的沉降控制是關(guān)鍵。

應(yīng)對措施:在隧道開挖前，嚴格按照設(shè)計參數(shù)，及時做好地層加固、線路加固等措施，施工過程中嚴格控制開挖步距，隨挖隨支，及時施作初支、二襯背后注漿;實時監(jiān)測既有線和隧道結(jié)構(gòu)的變形情況，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，指導(dǎo)下步工序施工。

(4)隧道開挖揭示掌子面地層情況大部分為干燥的中粗砂層，自穩(wěn)能力極差，在開挖過程中掌子面難以保持穩(wěn)定，出現(xiàn)滑坍，從而導(dǎo)致既有石太直通線路基沉降過大，存在安全隱患。

應(yīng)對措施:對暗挖段進行了全斷面注漿，以確保開挖過程中掌子面的穩(wěn)定，減少對既有石太直通線路基的擾動，保證施工和運營安全。

(5)由于既有石太直通線路基曾于1996年遭受水害而跨坍，當時為了搶修被大水沖毀的路基，向路基內(nèi)拋填片石、石碴等，路基填料復(fù)雜，導(dǎo)致路基本體不密實，局部存在空洞，隧道開挖時，對路基土體形成擾動，造成累計沉降量很大，并造成1根接觸網(wǎng)塔架傾斜，路肩擋墻局部出現(xiàn)變形開裂現(xiàn)象，危及營業(yè)線及設(shè)備安全。

應(yīng)對措施:對隧道開挖影響范圍內(nèi)的50 m路基進行補充注漿，注漿范圍為路肩面下1～5 m;對路基裸露邊坡掛150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片，噴射20 cm厚C25混凝土進行防護。

6.2 監(jiān)控量測情況

暗挖隧道施工過程中，嚴格按照設(shè)計參數(shù)施工，從施工監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，除既有線累計沉降超標以外，其他各個監(jiān)測項目的沉降、變形指標均在可控范圍之內(nèi)。既有線累計沉降量雖然超標，但在實際施工過程中，運營部門多次配合進行了抬道添砟加固，既有線的運營未受影響。

7 結(jié)語

目前石家莊六線隧道大斷面暗挖下穿既有石太直通線段主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部施工完成，在確保周邊環(huán)境特別是運營既有線安全的前提下，保證了鐵道部的既定目標工期。實踐證明，設(shè)計方案中確定的工法、采取的各種措施是安全、合理的。

石家莊六線隧道大斷面下穿既有線的隧道設(shè)計方案、既有線加固措施、施工中的應(yīng)對措施等，在以后類似的隧道穿越工程設(shè)計中可供參考。

［1］鐵道第二勘察設(shè)計院.TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10020—2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］國家標準局.GB146.2—83 標準軌距鐵路建筑限界［S］.北京:中國標準出版社，1983.

［4］北京城建設(shè)計研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［5］中華人民共和國鐵道部.TZ214—2005 客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［6］熊興國.北京地鐵區(qū)間隧道淺埋暗挖法穿越高層建筑物施工技術(shù)［J］.鐵道標準設(shè)計，2007(5):77-79.

［7］施仲衡.地下鐵道設(shè)計與施工［M］.西安:陜西科技出版社，1997.

［8］鐘桂彤.鐵路隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2000.

［9］麻永華，賀善寧.建筑物下淺埋暗挖隧道施工技術(shù)研究［J］.鐵道標準設(shè)計，2004(12):74-77.

［10］高德龍.淺埋暗挖技術(shù)在北京地鐵建設(shè)中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2000，29(2):54-56.