大斷面隧道在淺埋軟巖條件下施工技術(shù)

韋金嚴(yán)

目前我國在大力進(jìn)行交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，高速鐵路、高速公路和地鐵建設(shè)發(fā)展迅速，鐵路、公路隧道施工增多，隧道開挖斷面也在不斷變大，鐵路、公路隧道覆蓋全國各個地方，在施工中都將遇到各種各樣的地質(zhì)情況，在不同的地質(zhì)施工中所采用的施工工藝對隧道施工的安全和質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。在武廣鐵路客運專線Ⅳ標(biāo)吊溝隧道出口所采用的交叉中隔壁法(CRD法)能達(dá)到安全順利完成大斷面隧道在淺埋軟巖條件下施工的效果，現(xiàn)從其施工過程和施工技術(shù)進(jìn)行論述。

1 工程概況

1.1 設(shè)計情況

武廣鐵路客運專線吊溝嶺隧道全長3 508m(DK 1827+842～DK 1831+350)，位于湖南省郴州市桂陽縣，為客運專線雙線長隧道，設(shè)計時速 350 km，本隧道具有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、開挖斷面大、跨度大(開挖面積154.3m2，開挖凈寬度為15.06m)等特點。

1.2 吊溝嶺隧道出口段工程地質(zhì)

吊溝嶺隧道出口淺埋軟巖段(DK 1831+325～DK1831+250)為丘陵緩坡，表層為褐色粉土，硬塑厚約2m～8m，隧道圍巖包含砂質(zhì)土、泥質(zhì)頁巖、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖，圍巖裂隙發(fā)育，軟弱潮濕，具汲水顯脹性，本施工段主要是以炭質(zhì)巖、砂質(zhì)巖為主，開挖時拱頂極易塌落。

2 施工重點和難點

1)隧道出口洞口地質(zhì)復(fù)雜且存在偏壓，洞身出露，做好洞口防護(hù)和保證進(jìn)洞安全是施工重點、難點。2)在進(jìn)行長管棚施工中鉆孔角度必須控制準(zhǔn)確(管棚長40m)，角度過大時會出現(xiàn)管棚到開挖輪廓線之間間距過大，在開挖時容易塌落，角度過小會出現(xiàn)管棚進(jìn)入隧道開挖輪廓線內(nèi)，對管棚割除相破壞管棚超前支護(hù)作用，影響隧道施工安全。3)圍巖汲水顯脹性對隧道支護(hù)要求方法得當(dāng)，施工中控制變形是關(guān)鍵。4)隧道開挖斷面大，圍巖破碎，施工中對爆破技術(shù)要求高。

3 隧道施工技術(shù)

3.1 施工工法選擇

經(jīng)過現(xiàn)場實地勘測對地質(zhì)勘探資料的了解分析和領(lǐng)會設(shè)計資料的意圖，對采用不同的施工工法進(jìn)行論證，優(yōu)化方案，主要分析驗證施工難易，安全質(zhì)量，對圍巖下沉、收斂控制，坍塌出現(xiàn)及處理，經(jīng)過綜合分析確定適當(dāng)?shù)氖┕すし?。采用臺階法施工，開挖斷面大，爆破震動大，各工序施工時間長，極不利于圍巖變形控制，安全質(zhì)量難于保證，認(rèn)為不可取;只有比較熟悉的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和交叉中隔壁法(CRD工法)兩種施工工法可選，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，至少分 4部分施工，各施工部位斷面還是比較大，出現(xiàn)坍塌結(jié)果會比較嚴(yán)重，處理難度較大，雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工結(jié)束后，隧道拱頂斷面大，施工爆破震動對拱頂圍巖影響巨大，對爆破技術(shù)要求極高，由于兩端先施工，要求其施工質(zhì)量高，否則拱部拱架與側(cè)壁拱架很難對接，安全和質(zhì)量保證難度加大;采用交叉中隔壁法施工，分成 6部分施工，施工斷面比較小，爆破對圍巖擾動較小，施工從一頭至另一頭，質(zhì)量和安全都能更好保證;經(jīng)過全面分析和對比，決定采用交叉中隔壁法(CRD工法)進(jìn)行施工，雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法作為備用，外加洞口長管棚和地表松散體加固措施[1]，有利于保證工程施工質(zhì)量、施工安全。

3.2 松弛地層的加固

在軟弱圍巖施工中最重要的是提高圍巖的自支護(hù)能力，提高圍巖自支護(hù)能力基本方法是控制圍巖的松弛與坍塌，需要地層加固，通過改善隧道掌子面上方圍巖狀況控制圍巖松弛情況，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在隧道地表面進(jìn)行注漿加固，加固范圍應(yīng)超過開挖輪廓線外2m～3m，注漿管按梅花形布置，間距為1.5m×1.5m，局部松散處可以縮小間距，保證圍巖具有足夠的密度。

3.3 施工

長管棚施工，注漿加固，隧道進(jìn)行分部開挖支護(hù)時注意事項:

1)每一部的開挖高度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、隧道斷面大小和施工安全質(zhì)量要求而定，盡量使用機(jī)械作業(yè)，提高施工速度，保證圍巖能得到及時封閉，支護(hù)及時成環(huán)，抑制圍巖變形;2)各部開挖時圍巖堅硬部分所采取的爆破技術(shù)主要保證隧道爆破后圍巖穩(wěn)定，無大的剝落或坍塌[2];盡量保證周邊輪廓圓滑順直，減小應(yīng)力集中; 3)每開挖一部均及時做錨噴支護(hù)(臨時封閉)、安設(shè)鋼架、施作中隔墻、安裝底部仰拱(臨時)，及時支護(hù)封閉，步步扣緊，并盡量縮短成環(huán)時間;4)同一層左、右側(cè)兩部(如①③部和②④部)縱向間距宜為6m～10m，同側(cè)上下部(如①②部和③④部)縱向間距宜為3m～5m;中隔墻設(shè)置為弧形，增大受力強(qiáng)度;5)中隔墻和橫撐在灌注二次襯砌前禁止拆除，二襯時逐段拆除，一次拆除長度一般與一個臺車襯砌長度差不多;6)施工中采用多種探測預(yù)報手段相結(jié)合對前方地質(zhì)情況進(jìn)行探測預(yù)報，保證對前方地質(zhì)情況了解和采取相應(yīng)的防范措施，保證有目的的進(jìn)行施工控制。

3.4 穩(wěn)定掌子面措施

在進(jìn)行隧道施工中，保證掌子面穩(wěn)定安全施工才可以連續(xù)進(jìn)行，因此掌子面穩(wěn)定問題就成為隧道開挖技術(shù)中的關(guān)鍵問題，保護(hù)圍巖穩(wěn)定是隧道施工的一個最重要環(huán)節(jié)，掌子面自穩(wěn)性與開挖斷面的大小、圍巖情況、埋深有密切關(guān)系，通常在軟弱圍巖中，采用增強(qiáng)圍巖自身支護(hù)能力的方法是可行的[3]。根據(jù)實際情況，吊溝嶺隧道在該段掌子面不能獲得自穩(wěn)情況下，隧道斷面按分部的方法和短進(jìn)尺進(jìn)行開挖，針對不同的崩塌形式采取了不同的辦法進(jìn)行控制，采用了超前小導(dǎo)管、超前預(yù)注漿、正面錨桿(注漿)，及時封閉掌子面，開挖后緊跟著進(jìn)行徑向加固注漿，控制后續(xù)的變形，增強(qiáng)圍巖密度;提高了掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定性，使得隧道能正常施工[4，5]，應(yīng)主動進(jìn)行加固，等到變形后才被動進(jìn)行補(bǔ)救對后續(xù)施工極其不利。

3.5 坍塌的處理

吊溝嶺隧道在開挖施工過程中存在各種坍塌，大部分出現(xiàn)在拱部，有時邊墻也會出現(xiàn)，任何坍塌都要引起足夠的重視，每一個循環(huán)的小崩塌都要進(jìn)行處理，避免下循環(huán)出現(xiàn)更大的坍塌，采取預(yù)防措施控制崩塌出現(xiàn)，預(yù)防坍塌原則是:先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)，處理坍塌貫徹“小坍清，先支后清”，指坍方規(guī)模較小，應(yīng)先支護(hù)，注漿加固，然后邊開挖支護(hù)邊清除坍方體[6]。大坍方在無法查明其規(guī)模、性質(zhì)時是不允許清理坍方石碴的，先進(jìn)行隧道加固和穩(wěn)定坍方體之后再進(jìn)行處理，治坍先治水，對坍方的原因及地下水要及時處理，以防止加速圍巖變化，使圍巖體的穩(wěn)定性惡化，進(jìn)而使坍方范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，因此加強(qiáng)在地表攔截水源，防止地表水滲流至地層中。

4 監(jiān)控量測

按要求進(jìn)行監(jiān)控量測點布設(shè)，施工中必須進(jìn)行支護(hù)狀態(tài)觀察和地表下沉、拱頂下沉、周邊收斂及圍巖內(nèi)部位移五項監(jiān)控量測，具體測量點布置如圖 1所示，地表沉降點布設(shè)范圍要超過隧道兩倍洞跨，遠(yuǎn)離隧道中線布點間距可以適當(dāng)放大。

隧道施工開始后，根據(jù)施工量測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷隧道圍巖是否穩(wěn)定，判定施工設(shè)計的初期支護(hù)參數(shù)能否滿足抑制圍巖變形的要求，圍巖與初期支護(hù)變形劇烈，采取防范措施，經(jīng)過對初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以增強(qiáng)初期支護(hù)的剛度，抑制圍巖與初期支護(hù)變形，使之向穩(wěn)定的趨勢發(fā)展，達(dá)到安全施工目標(biāo)[7]。

5 結(jié)語

大斷面隧道在淺埋軟弱圍巖施工中，保證施工安全和質(zhì)量主要是通過控制隧道圍巖變形和初期支護(hù)變形得以實現(xiàn)，通過超前地質(zhì)預(yù)報加強(qiáng)對圍巖情況的了解和掌握圍巖變化規(guī)律，加強(qiáng)監(jiān)控量測，了解圍巖變化情況，及時反饋信息，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，通過優(yōu)化施工工藝和調(diào)整支護(hù)參數(shù)，增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，主動二次加固注漿，加強(qiáng)地表防排水工作，避免地表水滲入隧道圍巖之中，弱化隧道掌子面圍巖的強(qiáng)度，增加施工難度。當(dāng)然CRD法與雙側(cè)壁導(dǎo)坑相比還是有不足的地方，施工面多，施工過程對圍巖擾動次數(shù)多，工作面操作空間小，工作面施工相互干擾大，組織施工難度大，無法使用大型機(jī)械，機(jī)械使用效率低，進(jìn)度比較慢。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥:安徽教育出版社，2004.

[2] 張志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程師手冊[M].北京:人民交通出版社，2002:279.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社，2002:61-93.

[4] 鐵道部.鐵路隧道施工規(guī)范[M].北京:中國鐵道出版社，2002.

[5] TZ 214-2005，客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[6] 曹彥國.隧道[M].北京:中國鐵道出版社，2000:76-78.

[7] TB 10121-2007，鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程[S].