1、在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術研究報告目 錄0 前言21 概述21.1 任務來源及依據21.2 工程概況22 研究目的、內容及研究方法32.1 研究目的32.2 研究內容32.3 研究方法33 施工技術及研究成果33.1 總體施工方案33.2 地表旋噴樁止水帷幕施工技術43.2.1 施工環境43.2.2 施工工藝53.2.3 施工效果73.3 定向超前長大管棚施工技術73.3.1 施工環境73.3.2 施工工藝83.3.3 施工效果113.4 洞內超前排水施工技術123.4.1 施工環境123.4.2 施工工藝123.4.3 施工效果123.5 軟土隧洞開挖支護施工技術123.

2、5.1 施工方案選定123.5.2 施工工藝123.6 淺埋暗挖隧洞穩定性分析153.6.1 監控量測設計153.6.2 隧洞穩定性分析183.6.3 動態施工控制184 施工效益194.1 經濟效益194.2 社會效益195 總結190 前言隨著廈門市經濟特區的發展，城市對北溪引水左干渠的水質和水量提出了更高要求。為了保證供水的水質和水量能夠滿足廈門市經濟特區發展需求，針對北溪引水左干渠進行工程改造，并被福建省列為重點工程。大人廟引水隧洞為雙洞下穿鐵路工程，單洞長200m，由于其工期短，地質條件差，下穿施工難度大，是整個改造項目的重點控制工程。大人廟引水隧洞先后下穿新建鷹廈右線、廈深線和既有

3、鷹廈線三條鐵路，其中新建鷹廈右線、廈深線路基已成型，待新建鷹廈右線通車后，既有鷹廈下將拆除并在原位重建。由于引水隧洞下穿施工和鐵路施工同時進行，如何保證隧洞施工和鐵路安全是工程當中的重中之重。1 概述1.1 任務來源及依據“在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術”研究是集團公司2011年科技發展計劃項目，項目編號為K2011-22B，研究起止時間2011年10月至2012年5月。本科研課題依托XX有限公司承建的大人廟引水隧洞施工進行。1.2 工程概況大人廟引水隧洞地處龍海市角美鎮，為雙洞下穿鐵路工程，全長2200米，開挖斷面高5.70米、寬5.94米，呈城門型雙孔獨立結構，先后穿越新建

4、鷹廈右線、廈深線和既有鷹廈線三條鐵路，隧洞頂到軌底距離約為12m17m。施工平面位置見圖1 圖1 大人廟隧洞下穿鐵路段平面示意圖大人廟下穿鐵路段地貌屬剝蝕臺地，地表植被發育，交通方便，構造節理較發育。隧洞圍巖以殘積砂質粘性土為主，局部含有孤石，設計等級為V級。殘積礫質粘性土呈褐黃、灰白色，硬塑，含少量石英礫石，厚度1020m，容許承載力0 =200KPa，滲透系數410-4cm/s。隧洞位于地下水位以下，地下水類型以第四系土層中的孔隙水和基巖風化裂隙水為主，富水性較弱，受大氣補給強。隧洞所處地層位于透水性地層中，殘積礫質粘性土遇水易軟化，開挖后地層多為泥化呈流塑狀，掌子面無自穩能力，極易發生溜

5、坍、沉陷。2 研究目的、內容及研究方法2.1 研究目的通過研究，采用從地表施作旋噴樁止水帷幕，定向長大管棚超前支護，新型材料洞內超前排水，臺階法暗挖施工以保證隧洞施工和鐵路安全，并驗證支護體系、加固措施及開挖方法是否科學。2.2 研究內容（1）地表旋噴樁止水帷幕施工技術；（2）定向超前長大管棚施工技術；（3）承壓水隧洞超前排水施工技術；（4）軟土隧洞開挖支護施工技術；（5）淺埋暗挖隧洞穩定性進行分析。2.3 研究方法（1）工程類比調查國內外類似工程施工經驗和研究成果，通過類比制定科學的施工方法。（2）動態施工通過開挖時土體固結程度來檢查止、排水及注漿效果，改進漿液類型及配比；通過監控量測指導調

6、整支護體系強度。3 施工技術及研究成果3.1 總體施工方案大人廟引水隧洞洞頂到軌底距離約為12m17m，圍巖以殘積礫質粘性土為主，局部含有孤石。隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中。殘積礫質粘性土在超飽水條件下經擾動易軟化，開挖后地層多為泥化呈流塑狀，掌子面無自穩能力，極易發生溜坍、沉陷，下穿施工保證隧洞施工及鐵路安全難度極大。針對以上工程特點，采用先改良、加固土體再開挖的總體方案。首先施作縱橫向高壓旋噴樁止水帷幕；再采用定向長大管棚超前支護，一次性穿越三條鐵路；新型材料洞內超前排水；臺階法暗挖，及時全環閉合支護；通過監控量測數據分析，及時調整支護結構，確保隧洞施工和鐵路安全。施工流

7、程見圖2圖2 施工流程圖3.2 地表旋噴樁止水帷幕施工技術3.2.1 施工環境大人廟引水隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中，地下水受大氣補給強。隧洞圍巖主要為殘積礫質粘性土，其在超飽水條件下經擾動易軟化，為了保證隧洞施工及鐵路安全，必須采取一定的防排水措施。而新建鷹廈右線、廈深線鐵路路基已成型，若采用深井大面積降水勢必會造成路基沉降開裂。通過查詢以往類似工程施工資料，并進行分析，大人廟引水隧洞確定從地表施作旋噴樁止水帷幕方案。3.2.2 施工工藝采用二重管旋噴工藝，跳孔間隔法施工，在洞身兩側分別施作單排高壓旋噴樁，每間隔10m設置一道橫向旋噴樁，樁徑60cm，樁間距50cm，施作范

8、圍為洞底以下2m至洞頂以上10m（水位線以上），其中水位線以上部分空鉆。旋噴樁咬合形成閉合帷幕墻，將土體分隔成多個艙室，能夠有效阻止地下水串流，取得良好的止水防滲效果，并且有效的約束了土體變形，提高了土體穩定性改良土體，提高土體穩定性，為后續工序的展開，特別是永久襯砌提供了穩定的空間和時間。旋噴樁止水帷幕布置見圖3圖3 旋噴樁止水帷幕布置圖（1）施工機具施工機具主要有高壓泵、MJ-60型樁機、漿液攪拌器、旋噴管等。（2）注漿材料施工配合比、及其它施工參數旋噴樁使用的水泥采用新鮮無結塊P.O32.5級水泥，施工用水為生活飲用水（自來水），水灰比為1:1，漿液在旋噴1h以內配制。根據試驗樁設定參數

9、：旋轉速度10r/min，提升速度10cm/min，壓力為30MP。（3）施工流程測量定位：用全站儀精確定位，樁位、標高復核無誤后進行施鉆。樁機就位：將鉆機安置在設計的孔位上，使鉆桿頭對準孔位的中心。對鉆機進行水平校正，使其鉆桿軸線對準鉆孔中心位置，施工時旋噴管的傾斜度不得大于1.5%。鉆孔：用MJ-60型鉆機進行鉆孔，將噴射注漿管插入到設計標高位置。插管：將噴射注漿管插入到預定深度，在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，邊射水邊進行插管。漿液配制：在旋噴漿貫入注漿管的同時，在后臺嚴格按設計及試驗配合比拌制漿液，待壓漿前將漿液倒入集料斗中。旋噴注漿：當噴管插入預定深度后，自下而上進行噴射作業，旋噴

10、過程中嚴格按照設計與試樁參數進行施工，注漿管分段提升的搭接長度不得小于10mm；對需要擴大加固范圍或提高強度的部分采取復噴的措施，施工樁頂標高高于設計標高0.30.5m。施工中值班技術人員必須跟班作業時刻檢查漿液初凝時間、注漿風量、壓力、旋轉提升速度等參數是否符合設計要求，并且隨時做好記錄，繪制作業過程曲線。拔管沖洗：當噴射升到設計標高后，旋噴施工完畢，快速拔出注漿管，用清水將管路沖洗干凈，管內機內不得殘存水泥漿。樁機移位：旋噴樁機注漿管全部提出地面后，關閉電機，然后將樁機移至新的樁位。旋噴樁施工工藝流程見圖4圖4 旋噴樁施工工藝流程圖由于本地段地層組成主要有殘積礫質粘性土和全風化輝石閃長巖，

11、針對地層的組成、密實度、地下水狀態，及時調整噴射施工工藝，以適應地質變化。旋噴樁止水帷幕樁長約為23 m，穿過殘積礫質粘性土、全風化輝石閃長巖中，若只采用單一的固定不變旋噴參數，旋噴深層樁形成固結體時，勢必形成直徑不勻的上粗下細的固結體，嚴重影響其止水抗滲或約束土體變形作用。經過試樁，并結合地質剖面圖、地下水資料，在不同深度、不同土層應適當調整旋噴參數，在不同的介質環境中有效噴射長度差別很大，重復噴射有增加固結體直徑的效果。3.2.3 施工效果通過進行開挖檢查，所施工的旋噴樁樁徑及垂直度達到設計要求，有效的阻止了地下水串流，取得了良好的止水防滲效果，同時約束了土體變形，隧洞收斂得到了有效控制，

12、從而為后序工作的展開，特別是永久襯砌提供了充分的時間和空間。旋噴樁施工質量照片見圖5。圖5 旋噴樁施工質量照片3.3 定向超前長大管棚施工技術3.3.1 施工環境大人廟引水隧洞圍巖為殘積礫質粘性土及全風化輝石閃長巖，局部含有孤石。為了保證隧洞施工及鐵路安全，采用定向超長大管棚一次性穿過三條鐵路線，注漿加固方案。由于隧洞施工條件復雜，管棚施工存在以下特點：（1）隧洞開挖斷面為5.70m5.94m，大型鉆機作業受限，需先擴挖管棚工作室，提供必要的操作空間。（2）管棚施工中要穿過旋噴樁和孤石等不均勻地質條件，因此，管棚施工機械特備牙輪鉆頭，以滿足特殊鉆機要求。（3）管棚一次性施作長度為70m，仰角不

13、大于0.5，要求機械設備具有跟管施工及導向的能力。3.3.2 施工工藝 采用有線導向跟管施工技術，一次性施作超長大管棚70m，下穿三條鐵路，并注漿加固，以增加支護剛度，保證隧洞施工及鐵路安全。（1）超前管棚主要技術參數管棚長度：一次性施作長度為70 m；管棚材料：108（壁厚6mm）熱軋無縫鋼管；鋼管長度：鋼管長度為612 m；管棚連接：鋼管采用絲扣連接；管棚間距：管棚鋼管環向中心距為300 mm；縱向間距：150mm（管外徑至開挖面距離）；管棚數量：單洞一環25根；管棚仰角：0.5；注漿壓力：1.02.0MPa。（2）主要施工設備HTG-100型水平定向鉆機1臺。全液壓驅動，功率：55KW；

14、頂進/回拖力：150KN；扭矩：6000NM。SE1型水平導向系統2套。包括探頭和監視器，導線連接。可測鉆頭傾角及鉆頭斜面的面向角。泥漿系統。包括BW250型泥漿泵1臺，泥漿攪拌器1臺，2KW污水泵2臺。H3移動式鉆機工作臺架1套。（3）施工流程擴挖工作室，施作導向墻由于隧洞開挖斷面小，施工機具較大，不能滿足跟管作業要求，需開挖9m管棚工作室，并在隧洞拱部施作導向墻。工作室比原設計開挖斷面擴挖80cm，擴挖前需采用超前小導管注漿加固，保證施工安全。臨時開挖面采用噴錨防護，掛設8鋼筋網，網格間距20cm20cm；42小導管注漿加固，每根長4.5m，間距1m，梅花型布置。導向墻澆筑時，在管棚位置預

15、留125孔口管，管位采用全站儀和精密水準儀精確測設其三維坐標定位，以保證管棚鉆孔精度。管棚工作室及導向墻布置見圖6。圖6 管棚工作室及導向墻布置圖鉆機就位鉆機對位正確與否是管棚鉆孔的首要保證，由于H-3型鉆機工作臺架可以自由移動，調整孔位就十分方便了，當鉆機對正孔位后，為保證鉆機對位精確可用精密水準儀和全站儀配合驗證。開鉆前，對鉆機的位置、鉆桿、滑架傾角及方位都要認真核對。鉆孔施工采用水平有線導向跟管鉆進的方法，鋼管安裝和鉆機進尺是同一過程。鉆頭采用與鉆管等徑的楔型鉆頭，楔板回轉半徑略大于鉆管半徑，鉆頭前端有810mm的水眼，當鉆頭正常回轉鉆進時鉆管沿直線前進。當鉆頭由于某種原因偏離預定軌跡偏

16、向某一方向時，把鉆頭楔面調至已經偏斜的方向，鉆機停止回轉加力頂進，鉆頭由于斜面的作用就會向相反的方向偏斜，以此調整鉆進的方向。面向角的朝向和鉆頭的偏斜方位都是由裝在鉆頭后部的導向探頭監測的，通過穿過鉆管的導線連接到位于鉆機操作臺的顯示屏，機手可以方便的調整鉆進方向。這樣終孔偏差可以控制在5以內。鉆頭示意圖見圖7。 圖7 超長管棚鉆頭示意圖如圖所示：鉆頭內裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導向板的方向： 導向板朝上即為12點，如同鐘面)。打設角度如果偏下，可以把鉆頭調到12點，即導向板朝上，直接頂進，此時由于導向板底板斜面面積大，受到一個向上

17、的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在6點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機會勻速旋轉鉆進，此時鉆桿軌跡一般是平直的。所以導向鉆頭是上下糾偏的關鍵。至于左右偏差根據傳感器尾端的發光裝置來定，通過儀器測量參數來糾偏。根據所鉆地層情況選擇鉆進工藝參數，給進壓力根據所鉆地層軟硬程度而定，不宜過大或過小，過大的給進壓力會造成孔斜；過小的給進壓力易產生重復破碎影響鉆進速度及鉆頭壽命。鉆進壓力控制在1040 kN，遇到大的孤石時鉆進應平穩但速度減緩，此時可將給進壓力適當調高到3040kN，如遇到破碎地層，鉆桿跳動劇烈，宜將給進壓力降低至1020 kN，轉速為90 r

18、/min。循環泵流量要控制適當，過大容易引發塌孔，過小則對排渣及鉆頭冷卻都不利，實際鉆進中調整在2050 L /min，保持中低壓力，勻速中速鉆進。管棚安裝管棚采用1086mm熱軋無縫鋼管，長度612m，其中雙號孔采用鋼管，單號孔采用鋼花管，壁設1016注漿孔，注漿孔環向間距15mm，縱向間距15cm，尾部預留不小于150cm的不鉆孔止漿段。每段鋼管采用絲扣套接，連接長度30cm，同一斷面內接頭數量不得超過總鋼管數的50%。從鉆機動力頭通孔后端推入第二根鋼管與第一根絲扣連接，鉆機正轉，管棚跟進。每根管棚安裝前必須進行質量檢查，管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完整合格。鋼管內的鐵屑、臟物及

19、銹皮必須清理干凈，安裝時鋼管抬放動作不應過于劇烈，避免損失管扣。管棚鋼管注漿孔布置形式見圖8。圖8 超前大管棚注漿孔布置圖封孔鋼管推入到設計深度后按要求將多余部分用氣割切除，即可封口。采用強度為C15的水泥砂漿封堵鋼管與鉆孔間隙，用6mm厚鋼板將鋼管端頭焊接封死，同時在鋼板中間焊25 mm注漿鋼管(長300mm)。注漿注漿采用1：1水泥漿液，先注單號孔（鋼花管），待單號孔注漿完成后再鉆雙號孔并安設鋼管，以檢查鋼花管的注漿質量。注漿的順序原則上由底向高依次進行，先低壓、大流量注入，注漿過程壓力逐漸升高，注漿流量逐漸減少，注漿壓力一般為1.02.0MPa。以單孔設計注漿量和注漿壓力作為注漿結束標準

20、，其中應以單孔注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔。注漿時要注意對地表以及四周進行觀察，如壓力一直不上升，應采取間隙注漿方法，以控制注漿范圍。注漿時，應對注漿管進行編號，每個注漿孔的注漿量、注漿時間、注漿壓力作出記錄，以保證注漿質量。3.3.3 施工效果通過對施工完成的管棚進行開挖檢查，所施工的50根長管棚的豎向下垂量最大為0.3%，水平位移量最大控制在0.15%以內，較好地滿足了大管棚施工的精度要求，保證了隧洞施工和鐵路安全。大人廟引水隧洞大管棚設計與施工均取得良好的效果，受到左干渠改造建設指揮部和監理單位的一致好評。超前長管棚施工質量見圖9。圖9 超前長大管棚施工質量照片3.4 洞內超前排水施

21、工技術3.4.1 施工環境大人廟引水隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中，殘積礫質粘性土在超飽水條件下經擾動易軟化，失自穩能力。采用超前排水措施使土體相對干燥，為開挖支護提供一定的穩定時間，保證隧洞施工和鐵路安全。3.4.2 施工工藝由于粘性土中水土結合，如何將水土有效分離才是關鍵。采用臺灣進口新型材料毛細透排水帶，利用產品本身所具有的“毛細力”作用，主動將土中過飽和水倒吸進入排水帶毛細孔槽內，“毛細力”及“虹吸力”在毛細管孔內產生負壓，促使排水帶主動吸水排水，自動水土分離。（1）超前造孔采用空氣潛孔錘在掌子面造孔，孔徑100mm，孔深4.5m，根據圍巖含水量確定孔數；（2）安裝毛細

22、透在打有滲水孔的PVC管內塞入毛細透排水帶，插入長子面土體內，利用“毛細力”作用，將土體內過飽和水吸出；（3）集水井將水流匯入集水井，集中抽排。3.4.3 施工效果毛細透排水措施簡單易操作，此次排水試驗的成功，為隧洞開挖支護提供了一定的穩定時間，保證了隧洞施工和鐵路安全。3.5 軟土隧洞開挖支護施工技術3.5.1 施工方案選定結下穿施工風險大、隧洞地質條件差、結構淺埋、隧洞斷面小等工程特點，經方案比較和安全性論證，要求施工中采用短臺階法暗挖，全環鋼拱架閉合支護，遵循短進尺、緊封閉、快成環的原則。施工中通過隧洞水平凈空收斂、拱頂下沉和地表下沉量測數據處理分析，采取各種有效措施調整支護參數，確保隧

23、洞施工和鐵路安全。3.5.2 施工工藝采用短臺階法暗挖，預留核心土體，上臺階環形導坑人工開挖，核心土及下臺階采用挖掘機開挖，臺階長度46m。上臺階開挖進尺控制在1榀鋼架距離，即06m，開挖后立即噴射混凝土封閉周邊輪廓和開挖掌子面，之后及時施工支護結構。下臺階開挖進尺同上臺階，中間挖掘機開挖，兩側邊墻輪廓人工刷邊，減少對土體的擾動。開挖完成后及時噴射混凝土封閉開挖面，之后及時完成支護結構。在施工中加強監控量測，依靠量測數據調整施工參數。3.5.2.1 支護結構參數（1）超前支護108定向長大管棚超前注漿加固，25根，70m/根；拱部42超前小導管，每環25根，每根3.5m（局部補強）； （2）初

24、期支護全環I20a工字鋼架，間距0.6m；8鋼筋網，2020cm；噴C25鋼纖維混凝土27cm；42系統錨管注漿加固，長3.5m，間距1m；（3）臨時支護I18工字鋼臨時仰拱，縱向間距0.6m；玻璃纖維錨桿（掌子面局部超前加固）；開挖面噴C20混凝土4cm；（4）加強措施42鋼管樁注漿固結仰拱，以提高基底承載力，避免隧洞整體或不均勻沉降。（5）襯砌結構二次襯砌C35P8鋼筋混凝土，底板70cm，邊墻及拱部60cm。支護結構見圖10。圖10 支護結構圖3.5.2.2 施工工序短臺階法施工工序見圖11。圖11 開挖工序縱斷面圖（1）利用上一循環架立的鋼架與超前支護開挖上臺階，并噴射混凝土封閉掌子面

25、；初噴4cm噴射混凝土、安設鋼筋網、架立上邊墻鋼架、拱部鋼架和臨時仰拱鋼架，并設鎖腳錨桿；鉆設徑向小導管，與鋼拱架焊接鎖牢，并注水泥漿，后復噴混凝土至設計厚度。（2）開挖下臺階側壁并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土、安設鋼筋網、接長邊墻鋼架，并設鎖腳錨桿；鉆設徑向小導管，與鋼拱架焊接鎖牢，并注水泥漿，后復噴混凝土至設計厚度。（3）開挖底部仰拱并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土，安設仰拱鋼架全環閉合，邊墻鋼架腳底墊I25槽鋼；梅花型布設鋼管樁并注水泥漿，并預留管頭，復噴至設計厚度。（4）澆筑底板及邊墻二襯混凝土。（5）澆筑拱部二襯混凝土。3.5.2.3 短臺階法開挖工藝要求（

26、1）施工時應要嚴格堅持“弱開挖、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，避免對圍巖產生較大的擾動，及時支護和量測。（2）隧洞采用人工開挖為主，挖掘機配合，農用車出碴，隧洞內嚴禁違規作業，確保施工安全。（3）上下臺階開挖長度L一般宜在46m，先行導坑需設置臨時仰拱及時閉合成環。鋼架封閉成環段大于5m，立即組織襯砌混凝土的澆筑，以確保施工安全。（4）工序變化處隧洞周邊鋼架基腳應設42鎖腳錨管，及時施作鋼架間的縱向連接筋并連接牢固。為防止鋼架拱腳下沉，可采取在拱腳增設槽鋼、鋼管樁注漿加固仰拱等措施，保證鋼架穩定。（5）由于初期支護、二次襯砌分塊施作，應嚴格控制各部鋼架加工質量，采用螺栓連接牢固，

27、確保整環受力均勻。襯砌預留鋼筋接頭錯開35d（主筋直徑）長度，并采用單面焊縫幫條焊，避免“同一截面”問題。（6）襯砌施工縫處設止水條，伸縮縫處設止水銅片，防止滲漏水。3.6 淺埋暗挖隧洞穩定性分析大人廟引水隧洞埋深淺、地質條件極差，下穿鐵路施工安全風險大。在地表旋噴止水帷幕后，施做定向超前大管棚，采用短臺階法暗挖施工，施工方案及工藝是否得當直接關系隧洞穩定性狀態，進而影響到鐵路安全。施工中通過監控量測數據處理，分析隧洞穩定性和鐵路狀況，必要時調整施工方案和支護結構，確保鐵路行車安全。3.6.1 監控量測設計3.6.1.1 監控量測的目的通過監控量測了解隧洞各施工階段地層與支護結構的動態變化，把

28、握施工過程中地層和支護結構的穩定性狀態；用現場實測的結果彌補理論分析過程中存在的不足，并以監測結果反饋設計、指導施工；通過監控量測了解該工程條件下所表現、反映出來的一些地下工程規律和特點，為今后類似工程提供借鑒、依據指導作用。3.6.1.2 監控量測項目的選擇確定根據大人廟引水隧洞埋深淺、地質條件差、下穿鐵路等工程特點，確定的監測項目有：地質及支護狀態觀察、地表沉降監測、鐵路路基下沉、隧洞拱頂下沉監測、凈空水平收斂變形監測、二次襯砌沉降。詳見表1。表1 監測項目一覽表項目名稱方法及工具布置量測頻率1地質和初期支護狀況觀察巖性、結構面產狀及支護裂隙觀察和描述，地質羅盤等開挖后及初期支護后進行每天

29、開挖后進行2水平收斂收斂計每2m一個斷面，每斷面2對測點4次/天3拱頂下沉水準測量的方法，水準儀、鋼卷尺等每2m一個斷面，每斷面1個測點4次/天4二次襯砌沉降水準測量的方法，水準儀、鋼卷尺等在二次襯砌上每5m一個斷面2次/天5地表沉降水準測量的方法，水準儀、鋼卷尺等每5m一個斷面同上6鐵路路基沉降水準測量的方法，水準儀、鋼卷尺等在鐵路線兩側路肩布置一個斷面（延伸至隧洞影響范圍外30m）同上地表沉降、拱頂下沉、水平收斂布置在同一斷面，以使監測結果相互對照，相互印證。鐵路路基下沉觀測斷面應延伸至隧洞影響范圍外30m，每10m設置一個觀測點作為路基沉降觀測的參照點。測點布置見圖12、13。圖12 地

30、表沉降觀測點布置示意圖開挖工序縱斷面圖圖13 臺階法開挖洞內拱頂下沉及周邊收斂測點布置示意圖3.6.1.3 監控量測基準值為了正確利用監測數據及時調整施工方案，確保隧洞施工及鐵路的安全，需對各項目制定監控量測的管理基準值，基準值參考鐵路隧道施工規范、地下鐵道工程施工及驗收規范等制定，具體值可參照表2。表2 施工監控量測基準值量測項目地表下沉鐵路路基沉降二次襯砌沉降拱頂下沉凈空收斂基準值30mm20mm10mm60mm1.00%預警值20mm10mm5mm30mm0.5%凈空收斂基準值是指允許相對位移值，即實測位移值與兩測點間距離之比。3.6.1.4 管理等級 根據實測位移值Uo與最大容許位移值

31、Un的比值劃分管理等級實施相應對策。本暗挖隧洞按三級管理考慮對策。見表3。表3 變形管理等級表管理等級地表沉降施工狀態IIIUoUn/3可正常施工IIUn/3Uo2 Un/3應加強支護I2Un/3Uo應采取特殊措施注：Uo-實測位移值 Un-最大允許位移（1） 根據位移速率管理 當日位移速率大于5mm/d時，表明圍巖處于急劇變形階段，應密切關注圍巖動態；當日位移速率在15mm/d之間時，表明圍巖處于急劇變形階段；當日位移速率在10.2mm/d之間時，表明圍巖處于緩慢變形階段；當日位移速率小于0.2mm/d時，表明圍巖已達到基本穩定。（2） 根據位移時態管理 每次量測后應及時整理數據，繪制時態曲

32、線；當時態曲線位移速率逐漸變小，即d2u/dt20時態曲線趨于平緩，表示圍巖變形趨于穩定，可正常施工；當時態曲線位移速率不變，即d2u/dt2=0時態曲線趨于上升，表示圍巖變形急劇增長，無穩定趨勢，應及時加強支護，必要時暫停掘進；當時態曲線出現反彎點，即d2u/dt20表明位移速度逐步增大，表明圍巖已處于不穩定狀態，應停止掘進，及時采取相關措施、啟動應急預案。3.6.2 隧洞穩定性分析大人廟引水隧洞采用短臺階法開挖時，通過量測數據處理、分析，地層及支護結構主要經歷了3個主要變形階段，如圖14。圖14 s-t曲線圖3.6.2.1 上導坑開挖引起的變形超前管棚注漿加固后，地層參數得到提高，減小了開

33、挖過程中的地層損失，且采用人工開挖，對上覆土體的擾動也較小，故上導坑開挖引起的拱頂及地表沉量也較小，此階段變形量占總變形量的25%。3.6.2.2 下導坑開挖引起的變形由于上導坑及邊墻施工時的擾動，下導坑地勢低洼匯水，圍巖自穩能力差，易溜方滑塌，施工過程中上部拱架有整體下沉現象，此階段為施工中的主要下沉階段，此階段變形量占總變形量的55%左右。當采用徑向小導管、鋼管樁注漿固結后，隧洞變形得到了有效控制，變形速率明顯減緩。3.6.2.3 初期支護成環后的緩慢變形初期支護封閉成環后，結構受力條件得到改善，變形速率減緩，二次襯砌底板澆筑后，支護結構進一步增強，變形量基本消除，此階段變形量占總變形量的

34、20%。3.6.3 動態施工控制隧洞開挖時，拱頂下沉最大值為89mm，后通過增加超前小導管、徑向小導管等措施調整支護結構強度；通過地表旋噴、超前管棚注漿等措施固結地層，增強其自穩能力和承載能力。后續開挖施工中，隧洞穩定性顯著增強，變形量基本控制在5mm之內，取得了較好的效果，有力的保證了隧洞施工安全和鐵路安全。4 施工效益4.1 經濟效益大人廟引水隧洞下穿鐵路工程，通過優化施工方案、比選施工設備、動態施工等各項措施，既保證了施工安全，又節約了投資，經濟效益顯著。（1）下穿鐵路施工中，采用地表旋噴樁止水帷幕施工技術、定向長大管棚施工技術、承壓水隧洞排水施工技術、軟土隧洞開挖支護施工技術等施工工藝

35、，在三條鐵路線高風險的施工條件下成效顯著，安全就是最大的效益，在這里得到了充分論證。（2）大人廟引水隧洞在大管棚施工前，通過廣泛的市場調查，若采用小型機械施工，管棚工期在兩個月左右，僅工費一項成本近百萬，且管棚施作質量難以達到設計標準；最終決定租用大型管棚鉆機，月租金30萬，機械到位后不到一個月管棚全部施工完成，管棚施作精度、長度等各項指標完全滿足設計要求，只此一項就節約工程投資70萬元。（3）隧洞開挖過程中，通過監控量測數據分析及時調整施工方案，采用超前小導管注漿、徑向小導管注漿等簡易措施，有效的增強了圍巖自穩能力和承載能力，降低了隧洞支護結構的壓力，保證了隧洞施工和鐵路行車雙安全，用“小投

36、資”換來了“大效益”。4.2 社會效益大人廟引水隧洞下穿鐵路工程，隧洞淺埋、土體富水軟弱、施工進展及鐵路安全一直受到業主單位、設計單位、鐵路建管單位及社會各界的高度重視，從地表旋噴樁帷幕、超前大管棚施工到臺階法暗挖進洞，每步施工都經各方專家現場論證，專家一致認為大人廟隧洞下穿鐵路是“新工藝、強措施、高保障”，對工程的質量、進度給予了充分肯定，取得了良好的社會效益。5 總結大人廟引水隧洞下穿鐵路工程，隧洞淺埋，圍巖為軟土且含水量大，施工風險性極高。通過現場認真研究，在施工方案及工藝上有了新的突破：（1）施工中采取從地表施作縱橫向高壓旋噴樁止水帷幕方案，有效阻止了地下水串流，取得了良好的止水防滲效

37、果，并約束了土體變形，保證了隧洞施工和鐵路安全。（2）掌握了復雜地質條件下定向超前長大管棚施工技術，通過對施工完成的管棚進行開挖檢查，所施工的50根長管棚的豎向下垂量最大為0.3%，水平位移量最大控制在0.15%以內，較好地滿足了大管棚施工的精度要求，保證了施工安全。（3）采用新型材料毛細透排水帶超前排水，利用材料本身所具有的“毛細力”作用，主動將土體中過飽和水倒吸進入排水帶內，并使土水自動分離，再利用集水井集中抽排水，保持掌子面土體相對干燥穩定，為隧洞施工創造了有力條件。（4）采用臺階法暗挖施工，預留核心土，上臺階增設臨時仰拱，使上導坑鋼架獨立成環閉合，達到盡快穩定、收斂的目的。隧洞支護采用I20a型工字鋼架全環閉合設置，0.6m/榀；采用抗裂性好、吸收變形能力強的C25鋼纖維混凝土網噴；采用42注漿小導管徑向布置，管尾與鋼拱架焊接在一起，對鋼拱架進行鎖定，保證隧洞的穩定安全。全斷面初期支護封閉成環后，利用襯砌臺車及時澆筑二次襯砌混凝土，整個結構體系受力達到了平衡。（5）施工中通過監控量測數據處理，分析隧洞穩定性和鐵路沉降狀況，及時調整施工方案和支護結構，取得了較好的效果，確保了隧洞施工和鐵路安全。