貴廣鐵路大岐山隧道進(jìn)口段綜合施工技術(shù)

王克金

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

新建貴廣鐵路大岐山隧道位于廣西自治區(qū)賀州市，全長9 502 m。隧道進(jìn)口位于賀州市象獅大隊，里程為DK599+820，明暗洞交界里程為DK599+865。隧道左側(cè)地勢陡峭，偏壓嚴(yán)重，進(jìn)口段巖石為全風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖。隧道原設(shè)計采用大管棚進(jìn)洞，由于工程措施調(diào)整，隧道進(jìn)口中線向線路左側(cè)偏移81 cm，左線內(nèi)軌高程上調(diào)64 cm。前期施工的超前大管棚被廢棄，進(jìn)洞采用超前雙層小導(dǎo)管。由于隧道進(jìn)口偏壓嚴(yán)重，地質(zhì)條件差，自隧道進(jìn)洞施工以來，隧道邊仰坡出現(xiàn)多條裂縫，其中仰坡一條主裂縫縱向延伸約30 m，裂縫最寬達(dá)5 cm。

1 地質(zhì)概況

隧道進(jìn)口段縱向自然坡度為15°～20°，橫向坡度30°～60°，丘坡表層為第四系殘破積粉質(zhì)黏土，硬塑，厚0～4.4 m;下為碎石土，灰黃色，松散，厚0～10.7 m;下伏基巖泥盆系蓮花山組(D1l)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖，強—弱風(fēng)化層，其中強風(fēng)化層厚度9～19 m，巖層產(chǎn)狀262°∠32°，與進(jìn)口仰坡坡向一致，對隧道仰坡不利，主要有兩組節(jié)理發(fā)育(259°∠87°;110∠56°)。

2 工程特點

大岐山隧道進(jìn)口處于淺埋偏壓地段，地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道邊坡最大高度達(dá)到30 m，偏壓嚴(yán)重(如圖1所示)。進(jìn)口段為全風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖，棕黃—褐紅色，遇水易崩解。由于工程措施調(diào)整，進(jìn)口中線向線路左側(cè)偏移81 cm，左線內(nèi)軌高程上調(diào)64 cm，隧道進(jìn)洞需先拆除前期施做的管棚導(dǎo)向墻，并采用雙層超前小導(dǎo)管進(jìn)洞。隧道上臺階進(jìn)洞施工后，邊仰坡出現(xiàn)多條裂縫，洞內(nèi)拱頂日沉降量6～15 mm，累計沉降最大達(dá)230 mm，上導(dǎo)洞整體下沉150 mm。如何控制變形量，確保中下臺階施工安全，成為進(jìn)口段施工的關(guān)鍵。

3 施工技術(shù)

3.1 地表裂縫封閉

隧道進(jìn)洞施工后，隧道邊仰坡出現(xiàn)了多條裂縫，其中仰坡一條主裂縫縱向延伸較長，該條裂縫穿過仰坡截水天溝后繼續(xù)沿縱向延伸約30 m，最大縫寬達(dá)5 cm，這些裂縫是由地表沉降、位移變形引起的。裂縫處理采用灌注M10水泥砂漿進(jìn)行封閉，灌注前先對裂縫進(jìn)行清理，然后用砂漿進(jìn)行封堵，及時封閉裂縫，以防止地表水經(jīng)過裂縫向地層中滲透，加劇邊仰坡變形，造成隧道邊仰坡失穩(wěn)。

3.2 仰坡加固措施

隧道進(jìn)洞開挖后，仰坡受地表下沉、位移影響，噴射混凝土出現(xiàn)開裂、空鼓等現(xiàn)象，地表水很容易經(jīng)過開裂的混凝土向下滲透，這對邊仰坡的穩(wěn)定非常不利。隧道仰坡采用地表錨管注漿加固，加固范圍為DK599+865～+895，錨管采用φ50 mm×5 mm無縫鋼管，錨管間距1 m×1 m，梅花形布置。施工前先在無縫鋼管上打注漿孔，鋼管長度根據(jù)實測洞頂覆蓋層厚度確定。注漿漿液采用水泥砂漿，水灰比0.5～1.0(重量比)，注漿壓力0.5～1.0 MPa。

3.3 施做泄水孔

根據(jù)前期邊仰坡及管棚施工情況分析，該段地層中含水量大，在管棚施工中，左側(cè)20號～26號孔出水達(dá)1～3.6 L/min。通過在隧道邊仰坡鉆設(shè)泄水孔，埋設(shè)泄水管以引出地層水。隧道明洞段臨時邊坡泄水孔縱向間距5～10 m，長度2.0 m，并視地層水量大小酌情增設(shè)。隧道左側(cè)仰坡沿隧道開挖輪廓線外緣布設(shè)泄水孔，泄水孔間距為1 m，深度4.5 m。泄水管采用φ50鋼花管加工制作。

3.4 隧道右側(cè)反壓回填

為控制地表變形，對DK599+865～+895段隧道右側(cè)進(jìn)行反壓回填，反壓回填的高度與隧道開挖拱頂高程一致。

3.5 洞內(nèi)施工技術(shù)

(1)控制地表沉降和隧道拱頂沉降的開挖工法比選

隧道進(jìn)洞施工開挖工法原設(shè)計采用三臺階七步開挖法施工。鑒于地表沉降量嚴(yán)重超標(biāo)，且拱頂沉降量達(dá)到6～15 mm。借鑒CRD工法和小斷面及時封閉對拱頂沉降控制的優(yōu)點，同時考慮發(fā)揮大型設(shè)備對隧道開挖及時封閉的需要，最終確定采用三臺階五步法施工，工法步序如圖2所示。

(2)三臺階五步法施工關(guān)鍵技術(shù)

由于進(jìn)洞條件差，且在沒有長管棚的超前支護(hù)作用下進(jìn)洞施工，進(jìn)洞施工工法變更為三臺階五法開挖，中下臺階臨時仰拱中間增加豎壁支撐。

圖2 三臺階五步法施工工序

具體施工步驟見圖3。

圖3 三臺階五步法施工步驟

①上部弧形導(dǎo)坑①部開挖:在拱部超前支護(hù)后，環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長度宜為3～5 m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖后立即初噴3～5 cm混凝土，后及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架立鋼架。在鋼架拱腳以上30 cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿向下傾角30°打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管和鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。然后開挖核心土，架立上臺階臨時仰拱I20a鋼架，噴22 cm厚混凝土。

②開挖左側(cè)中臺階②:開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.0 m，開挖后立即初噴3～5 cm混凝土，及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架。在鋼架拱腳以上30 cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿向下傾角30°打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管和鋼架牢固焊接，并架立中臺階豎壁鋼架，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

③開挖左側(cè)下臺階③:在滯后左側(cè)中臺階2～3 m后開挖左側(cè)下臺階，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.0 m，開挖后立即初噴3～5 cm混凝土，及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架。在鋼架拱腳以上30 cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管和鋼架牢固焊接，并架立下臺階豎壁鋼架及下臺階左半幅臨時仰拱，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

④開挖右側(cè)中、下臺階④⑤:按照開挖左側(cè)中、下臺階的方法，開挖右側(cè)中、下臺階，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.0 m，中、下臺階錯開2～3 m，開挖后立即初噴3～5 cm混凝土，及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30 cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿向下傾角30°打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管和鋼架牢固焊接，并架立下臺階右半幅臨時仰拱鋼架，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

⑤開挖隧底⑥:每循環(huán)開挖進(jìn)尺長度宜為2～3 m，開挖后及時施做仰拱初期支護(hù)及仰拱。

(3)支護(hù)參數(shù)調(diào)整

由于工程措施調(diào)整，隧道在沒有大管棚超前支護(hù)的措施下進(jìn)洞施工，為確保施工安全，對隧道進(jìn)口段DK599+865～DK599+905段支護(hù)措施進(jìn)行加強。

①鋼架:大岐山隧道進(jìn)口進(jìn)洞后初期支護(hù)采用I22a型鋼鋼架加強，鋼架縱向間距由原設(shè)計的0.6 m調(diào)整為0.5 m;鋼架鎖腳采用φ50，L=4.5 m鎖腳錨管定位，錨管壁厚3.5 mm，墻中及拱腳設(shè)置，每處由2根調(diào)整為4根。

②系統(tǒng)錨桿:系統(tǒng)錨桿拱部采用帶排氣裝置的注漿錨桿，邊墻采用φ22砂漿錨桿或全螺紋砂漿錨桿，錨桿間距1.2 m(環(huán)向)×1.0m(縱向)，錨桿長度4.0 m。

③噴射混凝土:采用濕噴工藝，噴射厚度30 cm，混凝土標(biāo)號為C25;鋼筋網(wǎng)采用φ8的圓鋼加工而成，網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm，拱部及邊墻掛設(shè)。

④超前支護(hù):該段超前支護(hù)原設(shè)計采用φ42，壁厚3.5 mm，L=4.5 m的超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，每環(huán)40根，縱向3.0 m一環(huán)，調(diào)整為采用φ50，壁厚5 mm，L=4.5 m的超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，超前小導(dǎo)管環(huán)向間距30 cm，每環(huán)62根，縱向2.5 m一環(huán)。

(4)施工中存在的問題

采用上述方法施工時，施工作業(yè)面狹小，工序復(fù)雜，大型施工機械使用效率較低，主要是以人工輔助小型設(shè)備進(jìn)行施工，施工速度較慢。

在上臺階設(shè)置臨時仰拱段區(qū)域施工中、下臺階時，上臺階交通運輸受中、下臺階影響較大，施工組織較困難。施工中采用左半斷面先與上臺階貫通后再施工右半斷面的方法，上臺階的交通運輸通過左半斷面進(jìn)行。

臨時仰拱及豎壁支撐在鋪設(shè)防水板，綁扎襯砌鋼筋前需要拆除，由于臨時仰拱、豎壁與正洞鋼架已形成整體受力體系，拆除時將影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，故一次拆除的長度不易過長，并在拆除過程中要加強對該段的監(jiān)測。

3.6 監(jiān)控量測

淺埋、偏壓隧道中巖體受自重應(yīng)力和側(cè)壓力的影響，或受巖體風(fēng)化嚴(yán)重，遇水及易軟化等因素，隧道在開挖后，自穩(wěn)性差，造成巖面位移，洞身側(cè)壁逐漸內(nèi)移，引起洞身變形乃至坍塌。而監(jiān)控量測是新奧法施工的核心，是監(jiān)控圍巖穩(wěn)定性，檢驗設(shè)計和施工是否正確合理及安全的重要手段。通過監(jiān)控量測能夠及時的掌握地表沉陷、圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作動態(tài)，以便于進(jìn)行日常管理。經(jīng)過對量測數(shù)據(jù)的分析處理與必要的計算和判斷后，進(jìn)行下一階段施工預(yù)測，對原設(shè)計和施工的合理性進(jìn)行評估和信息反饋，以確保施工安全和隧道的穩(wěn)定。

(1)地表監(jiān)測

在DK599+868～+903段按間距5 m各布設(shè)地表觀測樁，觀測斷面寬度50 m，測點間距采用不等距布點，中間20個點，間距2 m，兩側(cè)各1點，間距5 m。對仰坡出現(xiàn)的主裂縫布設(shè)5組橫向觀測點(垂直裂縫布置)，布設(shè)1組縱向觀測點(平行裂縫布置)，量測頻率按3次/d，必要時加大測量頻率。

(2)拱頂下沉及水平凈空變化量測

超前支護(hù)和初期支護(hù)完成后，在拱頂、拱腳及邊墻處埋設(shè)測點進(jìn)行拱頂下沉和水平凈空收斂量測，具體布設(shè)位置見圖4。觀測內(nèi)容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀態(tài)，以及施工質(zhì)量是否符合規(guī)定的要求。

拱頂下沉及水平凈空變化量測應(yīng)在同一斷面進(jìn)行量測，并采用相同的量測頻率。

圖4 洞內(nèi)監(jiān)控量測布設(shè)

凈空變形量測斷面的間距應(yīng)根據(jù)圍巖級別、隧道斷面尺寸、埋置深度及工程重要性等確定。

凈空變形量測應(yīng)在每次開挖后進(jìn)行，初讀數(shù)應(yīng)該開挖后12 h內(nèi)讀取，最遲不得大于24h，而且在下一循環(huán)開挖前必須完成讀數(shù)。

測點應(yīng)牢固可靠，易于識別并妥為保護(hù)，拱頂量測觀測點必須埋設(shè)在穩(wěn)定的巖面上，并和洞內(nèi)水準(zhǔn)點建立聯(lián)系。

受豎壁影響，下臺階觀測點布設(shè)于隧道兩側(cè)及豎壁上，采取左右側(cè)分別量測的方式進(jìn)行監(jiān)測。

(3)量測項目、方法及頻率

量測項目、方法及頻率分別見表1及表2。

表1 量測項目及方法

表2 量測頻率表

(4)監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場實地量測出的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線回歸分析，求出回歸方程，從而對最大位移值作出預(yù)測，以便正確地指導(dǎo)施工。位移—時間曲線最能直接反映圍巖和支護(hù)受力狀態(tài)隨時間變化的情況，利用量測信息反饋優(yōu)化洞室結(jié)構(gòu)設(shè)計。利用信息化施工管理，及時反饋于施工，采用有效措施，避免出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)事故。

以DK599+870處拱頂沉降進(jìn)行分析，從位移—時間時態(tài)曲線圖可以看出，臨時仰拱施做前，該點拱頂沉降速率較大，臨時仰拱施做后，拱頂沉降變化趨勢明顯變緩，但是在左側(cè)中、下臺階開挖時，拱頂下沉變化速率稍有增大的趨勢，由于增加了豎壁支撐及下臺階臨時仰拱，支護(hù)及時，拱頂沉降很快又趨于平緩，圍巖也逐步趨于穩(wěn)定(如圖5所示)。

4 結(jié)束語

大岐山隧道進(jìn)口在圍巖條件差、偏壓嚴(yán)重且沒有超前大管棚支護(hù)的條件下按上述施工方法進(jìn)洞施工，其關(guān)鍵在于初期支護(hù)及時施做、封閉成環(huán)，確保支護(hù)體系成環(huán)受力。進(jìn)洞階段工作面為全風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖，開挖時采用人工手持風(fēng)鎬開挖，減少對圍巖的擾動，并控制每循環(huán)的開挖進(jìn)尺在一榀鋼架范圍以內(nèi)。開挖后，對開挖面及時初噴混凝土，封閉工作面，并及時進(jìn)行架立鋼架和施做初期支護(hù)。在施工中、下臺階時，通過增設(shè)臨時仰拱、豎壁支撐等措施形成支護(hù)封閉體系，確保支護(hù)體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析處理，預(yù)見事故和險情，作為調(diào)整和修正支護(hù)參數(shù)及施工方法的依據(jù)，提供圍巖和支護(hù)體系最終穩(wěn)定的信息。

圖5 DK599+870處拱頂沉降曲線示意圖

［1］ 汪旭光，于亞倫，劉殿中．爆破安全規(guī)程實施手冊［M］．北京:人民交通出版社，2004

［2］ 關(guān)寶樹．隧道施工要點集［M］．北京:人民交通出版社，2003

［3］ 中鐵二局集團有限公司．鐵路工程施工技術(shù)手冊:隧道［M］．北京:中國鐵道出版社，2005

［4］ 鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院．客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南(TZ214—2005)［S］．北京:中國鐵道出版社，2005