淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工技術的探討

劉滿

（中鐵五局一公司 湖南長沙 410000）

淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工技術的探討

劉滿

（中鐵五局一公司 湖南長沙 410000）

由于軟弱地層常出現(xiàn)風化帶、地形偏壓、軟弱堆積物、軟弱圍巖等特殊的地質(zhì)問題，淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過程中面臨著的圍巖變形的困難。除此之外，淺埋軟弱圍巖隧道與普通隧道不同，必須選擇合適的施工方法避免拱頂下沉或者地表開裂的問題。本文結(jié)合淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工難點，提出了具體的施工方法。

軟弱圍巖；大跨隧道；施工

圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境和施工方法都關系著隧道工程的施工質(zhì)量和施工進度，傳統(tǒng)的隧道施工中一般應用鉆爆法，在一定程度上影響了圍巖的穩(wěn)定性，導致圍巖出現(xiàn)松弛或者開裂現(xiàn)象，產(chǎn)生松弛后的圍巖需要采用強大的支護結(jié)構(gòu)才可以維持安全的狀態(tài)。因此，淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過程中，需要結(jié)合實際地質(zhì)環(huán)境采用高效且合理的施工方法。

1 淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工難點

由于圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，使得淺埋軟弱圍巖容易出現(xiàn)變形問題，這是在大跨隧洞中面臨的重要技術挑戰(zhàn)，軟弱圍巖的變形問題常見于淺埋圍巖和低強度圍巖中，其中低強度圍巖包括煤系地層和變質(zhì)巖[1]。一旦出現(xiàn)圍巖變形問題，將嚴重影響大跨徑隧道的施工，施工人員無法在第一時間做出正確的判斷，可能引發(fā)安全事故。另外，地下水會對隧洞造成影響，地下水在運動過程中將對巖體顆粒形成動力作用，對巖體造成一定程度的損壞，降低了巖體強度，提高了巖體孔隙率。在施工過程中，圍巖的自穩(wěn)能力將變差，同時頁巖和粉巖在水體的作用下發(fā)生軟化，降低了圍巖工程力學性質(zhì)。

在淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工中，設計提供的變形參數(shù)量，最大變形沉降值為30cm，而且不同洞段變形值不同。同時，在受到地下水影響的情況下，所揭露出的地質(zhì)條件與勘測階段所提供的地質(zhì)資料差異性較大，給施工帶來了較大的難度。主要表現(xiàn)在：預留變形值的設置；采用臺階的長度和核心土挖除時間控制；鋼支撐尺寸選擇和輔助超前支護系統(tǒng)的配合[2]。目前在國內(nèi)應用的大跨隧道施工方法主要有上半斷面臺階法、中壁法和雙側(cè)導坑開挖法。本文主要介紹上半斷面臺階法、雙側(cè)導坑開挖法的應用。

2 上半斷面臺階法

臺階法一般以臺階的長度分為長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種方法。這三種方法中臺階的長度是根據(jù)初次支護形成閉合斷面的時間來決定，圍巖越差其對閉合時間的要求也越短。通常情況下一般的隧道斷面適當選擇臺階長度是可以適應從土質(zhì)到巖質(zhì)較為廣泛的地質(zhì)。

長臺階法是將斷面分成上半斷面以及下半斷面兩部分分別進行開挖，通常情況下一般上臺階超前50m以上或者大于5倍洞徑，而上端面和下端面相距100～150m左右可以進行循環(huán)開挖，也可以采取平行開挖的方法。短臺階法的臺階長度通常在20～50m左右，通常情況下臺階長度小于5倍但大于1～1.5倍洞徑，兩個斷面比較近，會對作業(yè)造成干擾。由于短臺階會縮短支護結(jié)構(gòu)閉合時間并且改善初次支護的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，因此其使用的范圍比較廣泛。Ⅱ～Ⅵ類圍巖都可以采用，并且尤其適合Ⅱ～Ⅲ類圍巖[3]。

超短臺階法的臺階長度一般都小于坑道跨度，約在3～5左右，由于超短臺階法初次支護全斷而且閉合時間更短，更有利于控制圍巖變形和控制沉降，所以更加有利于膨脹圍巖以及土質(zhì)圍巖等要求及早閉合斷面的場合。但這種方法存在一定的缺陷，即上下斷面施工干擾大，生產(chǎn)率低，施工速度慢。采用超臺階施工時需要注意以下問題：在軟弱圍巖施工時，需要特別注意開挖工作面的穩(wěn)定性，必要時需要采取輔助型的施工措施。上半斷面臺階由于施工空間大且速度相對較快，比較適應大型機械的開挖，在大部分圍巖條件下都可以采用。

在臺階法應用的過程中，需要針對軟巖的特點預留變形量，對軟巖洞段周邊進行位移監(jiān)測，在隧洞開挖過程中，主要監(jiān)測隧洞內(nèi)壁兩點連線方向的相對位移或監(jiān)測點的絕對位移量。隧洞周邊位移是圍巖應力狀態(tài)變化的最直觀反映，判斷出初期支護設計與施工方法選取的合理性；采用統(tǒng)計分析和現(xiàn)場量測相結(jié)合的方法對軟弱軟巖等復雜地質(zhì)條件下預留變形量的選取進行研究。在對圍巖進行合理支護后，選擇合適的短臺階法，循環(huán)進尺為0.6m，分上、下臺階預留“核心土”的方法進行開挖，上臺階與下臺階的距離在5m左右，下臺階與仰拱的距離在15m以下，下臺階掌子面與二次襯砌的施工距離在50m以下。

3 雙側(cè)導坑開挖法

側(cè)導坑法通常會被分為單側(cè)導坑法和雙側(cè)壁到坑法。一般多應用于大段周圍巖石承受力不好的隧道上，然而正因為這種原因它的施工工藝變得異常復雜且繁瑣，而且施工進度與效率并不是很高。通常情況下，單側(cè)壁導坑法主要是把斷面分成了三個部分：側(cè)壁導坑1、上臺階2、上臺階3。在施工過程中需要遵循一定的順序：①需要在做好支護工作的基礎上，進行側(cè)壁導坑的施工工作，并且盡可能用最快的速度閉合導坑中的初次支護；②需要在做好拱部支護的基礎，進行上臺階2的施工工作，并且需要使兩側(cè)分別支撐在導航初次支護和上一個臺階上；③需要在保證另一側(cè)邊墻的基礎上，進行下臺階3的施工工作，盡可能快速完成底部初次支護的建設工作進而閉合全斷面[4]。

對初次支護導航的臨空部分及進行拆除處理，并完成二次襯砌的工作。這一部分的施工流程由于斷面被分成了三個部分且

開挖寬度在每一個細節(jié)流程中都不大，所以在一定程度上大大減小了側(cè)導初次支護的承受力。因此，這種側(cè)導坑法主要應用在難以控制地表沉降且擁有較大跨度、比較松軟的圍巖上。

雙側(cè)導坑法通常被人稱為眼睛法，它一般被應用于地表沉降較為嚴格并且擁有較大隧道跨度的圍巖上，這種導坑法主要把斷面分為大小均為一致的四個部分，即左右側(cè)壁導坑1、上部核心土2以及下臺階3。它的施工需要遵循的順序有：①需要在及時有效閉合初次支護的基礎上，對一側(cè)導坑進行施工作業(yè)，在一定距離之外進行一側(cè)導坑的開挖立功，同時需要建設初次支護；②在初次支護建設的基礎上，進行上部核心土的施工作業(yè)，并且需要保證其拱腳在兩側(cè)壁導坑的初次支護上支撐；③則需要在初次支護建設的基礎上進行一次全面的下臺階施工作業(yè)，并且閉合初次支護的全斷面；拆除導坑臨空部分的初次支護處理進而完成二次襯砌的工作。

4 結(jié)束語

由于地質(zhì)環(huán)境的復雜性，在實際隧道工程中常常遇到淺埋軟弱大跨圍巖施工問題，只有結(jié)合實際地質(zhì)特點，分析施工過程的難點，采用合理的施工方法，才能杜絕施工質(zhì)量問題，推進工程進度。雖然淺埋軟弱圍巖大跨隧洞也有很多成功案例，但不同的工程有不同的施工特點，本文論述的施工方案希望能為今后類似隧道工程施工提供參考。

[1]傅鑫彬.淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術研究[D].西南交通大學，2006，06.

[2]操太林.淺埋大跨軟弱圍巖連拱隧道——黃梅山隧道施工技術探討[D].合肥工業(yè)大學，2003，05.

[3]黃興華.軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D].湖南大學，2009，02.

[4]傅鑫彬，張俊儒.淺埋、軟弱圍巖中大跨隧道施工方法的研究現(xiàn)狀及評述[A].中國交通土建工程學術論文集[C（]2006）.2006，05.

U455

A

1673-0038（2015）46-0193-02

2015-10-27

劉滿（1984-），男，四川南充人，工程師，本科，從事鐵路隧道、橋梁施工工作。