宝兰客运专线渭河隧道全长10 016m, 为双线铁路, 开挖断面面积最大为158m², 除出口为顺坡外, 隧道内纵坡呈V字形, 共设3座竖井、3座斜井和1座平导辅助施工, 是本合同段及全线的重难点和控制性工程, 也是全线第1高风险长隧, 下穿甘肃省天水市, 被设计院、业主喻为“大断面城市地铁”。

渭河隧道DK770+250.000—DK770+300.000段地表为军工企业中航天水航修厂, 其中DK770+280.000拱顶正上方为飞机弹药库, 线路左侧8m为处于使用中的试炮洞, 且此段隧道拱顶已露出地表0.8m, 施工纵断面如图1所示, 原设计采用明挖法施工, 则须迁移弹药库和试炮洞, 但因试炮洞属军工工程, 其迁改和新建周期长。洞身穿越地层为湿陷性黏质黄土, 具Ⅲ～Ⅳ级湿馅性, 其含水率大, 开挖后极易产生湿陷变形, 拱顶下沉大且失稳变形快, 施工难度和风险高。

渭河隧道裸露拱盖法利用新奥法原理, 在隧道进入拱顶外露区段时, 首先对掌子面前方围岩进行超前大管棚预加固, 以加强隧道拱部围岩稳定性, 同时防止拱部的失稳坍塌, 在管棚的支护下, 及时开挖上导洞和初期支护施工形成裸露拱盖;同时通过每处4m的289锁脚管棚, 有效地控制初期支护拱脚下沉;采用3m的89管棚径向加固, 有效防止周边围岩收敛, 从而控制支护大变形。施工中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的方针, 通过围岩量测信息化, 及时调整施工参数和工序, 快速封闭成环保证施工安全。该方法避免了明挖法开挖量巨大、边坡防护量大、施工工期长等缺点, 并可保护周围环境, 减少对航修厂的影响。

1) 超前短管棚支护 采用108管棚对隧道地面以下暗挖部分进行超前支护, 管棚长6m, 搭接长1.2m, 环向间距加密至20cm, 不设管棚工作室, 及时进行注浆。

2) 上导洞施工 初期支护完成即形成裸露拱盖为最关键一步。上导洞未露出地表的两侧在超前管棚支护作用下, 人工配合机械开挖, 而后安装钢架、喷射混凝土, 初期支护完成后即形成拱部露出地表的盖拱, 文中称之为裸露拱盖。

预留核心土, 开挖上导洞, 夯实上导洞I25a钢架拱基脚并施加混凝土垫块, 增加钢拱架承载力, 减少钢架拱脚下沉量, 架设上导钢架, 同时采用槽钢连接拱脚, 施作42锁脚锚管, 同时安装89锁脚管棚导向管并焊接在钢架上, 每循环进尺控制在1榀钢架内, 间距0.6m, 拱部外露部分采用22双层连接钢筋和双层钢筋网片, 如图3a所示。

对拱顶外露部分施作外侧模板, 并喷35cm厚C25混凝土初期支护。

上导继续施工3m后, 开始施作上导洞89锁脚管棚, 管棚长4m, 采用1∶1水泥浆液注浆。

3) 中、下导洞施工 中、下导洞施工工序同上导洞, 不再详述, 如图3b, 3c所示。

4) 控制仰拱距掌子面步距在18m以内, 及时施作仰拱, 仰拱一次施工长度为3m, 初支封闭成环, 如图3d所示。

5) 控制衬砌距掌子面步距在30m以内, 在衬砌台车端头搭建2m长简易防水板及钢筋施工胎架, 衬砌一次施工长度为10m, 衬砌封闭成环, 如图4所示。

6) 拱顶地表回填土石时与地表原地形顺接, 满足排水要求, 采用机械夯实, 土石上部施作浆砌片石, 即可防止后期雨水冲刷下渗, 如图5所示。

1) 本地区为生态敏感区, 不得随意破坏施工界限外的植被、植物树木等, 必须维持原状并加以保护;做好地表水的引排疏导, 注意保护自然水流形态, 做到不淤、不堵、不留施工隐患, 不阻塞河道。

2) 开挖前需要进行超前管棚支护, 为保证质量, 采用有丰富施工经验的操作工人控制管棚施工外插角精度。

3) 加强地表的监控测量, 及时分析地表沉降, 当变形较大时, 需要做出及时的处理, 缩小钢架间距, 加强侧向管棚支护, 同时减小开挖步距, 以确保变形量在允许范围之内。

4) 将初期支护的型钢钢架、连接钢筋、钢筋网片焊接成一体, 同时保证锁脚管棚、径向管棚与钢架焊接牢固, 真正起到控制围岩变形的作用。

5) 采用三台阶七步流水法施工, 各台阶长度须控制在3m之内。

6) 及时施作仰拱以及拱墙衬砌封闭成环, 仰拱的施工长度≤3m, 严格安全步距红线管理。

7) 以机械开挖为主, 人工配合, 减少对围岩的扰动, 减少围岩暴露时间。

8) 永久用地范围内的裸露地表及时进行回填防护。

渭河隧道采用复杂环境黄土地层裸露拱盖法, 成功克服了隧道拱顶外露情况下明挖法施工造成的土石方开挖量大、生态破坏严重、施工工期缓慢等缺点, 同时由于作业面的缩小, 进而起到了减少征地的作用, 采用该方法有效控制了隧道围岩变形, 保证了岩体的稳定, 便捷高效, 同时给施工及后期行车创造了安全条件。