淺埋軟弱圍巖隧道變形控制

（中交第四公路工程局有限公司 北京 100007）

淺埋軟弱圍巖隧道變形控制

張 晨

（中交第四公路工程局有限公司 北京 100007）

本文以寧安鐵路鐘鳴2#隧道為例，重點(diǎn)闡述在淺埋軟弱圍巖隧道施工，通過各種技術(shù)措施對圍巖變形進(jìn)行控制的方法。

隧道；淺埋；軟弱圍巖；變形控制

引言

在高鐵建設(shè)過程中，出現(xiàn)了越來越多的地質(zhì)條件復(fù)雜，淺埋軟弱圍巖的高風(fēng)險(xiǎn)隧道。由于這些淺埋地層的埋藏比較淺，大多是強(qiáng)風(fēng)化破碎的圍巖，地質(zhì)條件變化較大，圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜，且開挖斷面大，造成了隧道施工過程中，施工難度增大，初支變形復(fù)雜和隧道整體穩(wěn)定難以控制的情況，隱含著很多坍塌等安全隱患。本文以鐘鳴2#隧道為研究對象，闡述在淺埋軟弱圍巖隧道施工過程中如何采取對策減小初支變形，確保施工安全的方法。

1 工程概況

鐘鳴2#隧道位于寧安鐵路銅陵境內(nèi)，雙線全長798m，施工里程為DK140+830～DK141+628。隧道穿越地層主要為含礫粉質(zhì)黏土及泥質(zhì)粉砂巖，圍巖較破碎全風(fēng)化，進(jìn)出口均為偏壓地段，全隧道屬Ⅴ級圍巖。地表水不發(fā)育，地下水主要為孔隙水和基巖風(fēng)化層空隙水，隧道洞身位于地下水位以下，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，屬寧安鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道。

鐘鳴2#隧道采用中隔壁（CRD）法開挖施工，全隧道為復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)使用鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼架、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，二襯采用整體式移動臺車一次施工完成。

2 地質(zhì)條件

2.1地質(zhì)條件復(fù)雜

開挖過程中實(shí)際揭示圍巖，上臺階為含礫粉質(zhì)黏土與泥質(zhì)粉砂巖，兩者分層明顯，并且左側(cè)泥質(zhì)粉砂巖較高；中臺階為泥質(zhì)粉砂巖，黃色，強(qiáng)風(fēng)化，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)軟，巖體破碎；下臺階為泥質(zhì)粉砂巖，且部分呈紫紅色，部分呈黃色，兩者交錯分層，DK141+465～DK141+534一條斷層從下臺階位置斜穿過隧道。

鐘鳴2號隧道屬淺埋隧道，覆蓋層厚度最大約20m，最淺處僅4m，隧道洞身位于地下水水位以下，受地下水的影響，粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化層易變形，向洞室臨空面擠出，粗圓粒土（夾有漂石）組成的圍巖很不穩(wěn)定，易滲漏，易造成圍巖內(nèi)細(xì)顆粒的大量流失，極易突然發(fā)生坍塌，引起洞壁失穩(wěn)、冒頂和地表沉陷。

2.2其他特殊地質(zhì)

隧道進(jìn)出口段均為偏壓地段，對進(jìn)洞影響較大，在進(jìn)洞時(shí)洞口邊坡及仰坡出現(xiàn)裂縫，采取地表注漿的措施得到有效控制。出口端施工至DK141+512處時(shí)，出現(xiàn)左側(cè)的收斂速率明顯大于右側(cè)的收斂及拱頂?shù)某两邓俾?，在對隧道兩?cè)分別進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，左側(cè)為270KPa，右側(cè)為330KPa，兩側(cè)的地基承載力不平衡。

3 施工中變形表現(xiàn)

3.1拱頂沉降

隧道出口端施工過程中，開挖上臺階當(dāng)天會出現(xiàn)10～15mm/d的變形量，持續(xù)5天后變形速率會出現(xiàn)顯著的下降，也有所緩和。中臺階施工時(shí)，變形量又變大，在5mm～10mm/d，之后會穩(wěn)定一段時(shí)間至仰拱開挖。下臺階及仰拱開挖會使整個初期支護(hù)未封閉成環(huán)部位變形量增大，在仰拱成環(huán)后趨于穩(wěn)定。

3.2水平收斂

前期施工過程中水平收斂的速率很小，二襯施工時(shí)預(yù)留變形量還剩余10cm左右。中臺階施工至DK141+512之后，線路左側(cè)水平收斂突然增大，超過線路右側(cè)收斂及拱頂沉降速率，在加強(qiáng)鎖腳鋼管之后仍無法得到有效控制，部分初期支護(hù)侵入二襯。進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的地基承載力相差較大，線路左側(cè)地基承載力要相對較小，線路左側(cè)地基承載力不足是左側(cè)收斂較大的主要原因。

3.3中臺階小塌方對隧道變形的影響

中臺階圍巖為泥質(zhì)粉砂巖，結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體間的粘結(jié)力差開挖后僅靠顆粒間的摩擦和微弱膠結(jié)作用自穩(wěn)，且中臺階達(dá)到4.5米，多次發(fā)生小范圍坍塌。中臺階坍塌不僅容易造成上臺階拱架懸空，隱患較大，而且對隧道的整體穩(wěn)定性影響很大，中臺階發(fā)生小坍塌時(shí)，隧道的拱頂沉降會突然變大。

4 施工中變形控制措施

4.1增加預(yù)留變形量

設(shè)計(jì)上預(yù)留變形量按照10～15cm考慮，實(shí)際施工時(shí)將預(yù)留變形量為35cm，在發(fā)現(xiàn)變形速率較大后將預(yù)留變形量按50cm進(jìn)行施工，防止初支侵入二襯的現(xiàn)象發(fā)生。

4.2針對掌子面不穩(wěn)定采取的措施

上臺階開挖過程中，由于圍巖破碎，極易出現(xiàn)掌子面頂部坍塌及掌子面滑塌，設(shè)計(jì)上采取超前雙層小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。超前雙層小導(dǎo)管3米每環(huán)，由于超前雙層小導(dǎo)管角度大，施工完成后，前幾榀在開挖時(shí)能起到很好的效果，但在尾部時(shí)仍然會出現(xiàn)拱頂坍塌。面對這種情況，我們在兩環(huán)超前雙層小導(dǎo)管之間視地質(zhì)情況增加超前小導(dǎo)管，對于頂部的坍塌起到了很好的預(yù)防效果。

4.3加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)

中隔壁和臨時(shí)仰拱共同構(gòu)成了CRD法施工的整個臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)。主拱架、中隔壁及臨時(shí)仰拱使隧道的各部能夠及時(shí)的封閉成環(huán)，減小隧道變形。如果施工過程中臨時(shí)仰拱及中隔壁的拆除時(shí)間過早，將使隧道施工沉降過大。下臺階施工時(shí)每開挖兩榀，拆除兩榀臨時(shí)仰拱，中隔壁在仰拱澆筑完成后拆除，使臨時(shí)支護(hù)與二次襯砌形成一個整體。

4.4初期支護(hù)加強(qiáng)

1．拱架加密、鎖腳加強(qiáng)

施工過程中日沉降速率超過5mm/d時(shí)，將初期支護(hù)鋼拱架間距又設(shè)計(jì)的60cm/榀改為50cm/榀，并將鎖腳鋼管數(shù)量又設(shè)計(jì)的每榀2根增加至每榀6根，除此之外還在主拱架拱腳位置采用I18工字鋼縱向連接，使初支拱架形成一個整體，采取上述措施后，沉降速率明顯改善。

2．中臺階施工措施

對于中臺階易發(fā)生坍塌的情況，將中臺階分成兩部施工，降低中臺階施工的高度，不僅減少了坍塌的發(fā)生，而且使工人施工時(shí)的危險(xiǎn)性降低。超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)在中臺階上部2米范圍內(nèi)，中下部的塌方無法得到有效遏制，根據(jù)此情況，在整個中臺階增加超前小導(dǎo)管，防止塌方的發(fā)生，使小塌方對隧道變形的影響降低。

4.5縮短仰拱開挖時(shí)間

針對仰拱開挖時(shí)對隧道整體的沉降速率增大的情況，將仰拱開挖長度由原來的6m減小為每次開挖長度3m，并且增加人員設(shè)備的投入，盡量縮短仰拱開挖至封閉成環(huán)的時(shí)間，使仰拱開挖對隧道的變形影響減小。

4.6增加徑向小導(dǎo)管注漿加固

在線路左側(cè)圍巖相對薄弱地段，增加徑向小導(dǎo)管，采用Φ50*5mm鋼花管，長度L=5m，小導(dǎo)管上鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，呈梅花型布置，前端加工成錐形，尾部不鉆孔長度不小于30cm，作為止?jié){段。注漿管在兩榀鋼架之間垂直于巖面打設(shè)，呈環(huán)向布置，間距1m，鋼花管安設(shè)后，用錨固劑封閉孔口及周圍裂隙，視情況在鋼花管附近噴射混凝土。

5 監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

監(jiān)控量測作為判斷圍巖穩(wěn)定性，支護(hù)、襯砌可靠性，指導(dǎo)日常施工管理，確保施工安全和質(zhì)量的重要措施，在淺埋軟弱圍巖隧道施工顯得尤為重要。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是對隧道掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)的有效手段，根據(jù)鐘鳴2號隧道的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，并結(jié)合國內(nèi)其它淺埋偏壓地質(zhì)預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)，本隧道超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)措施主要為施工地質(zhì)素描及30米超前地質(zhì)鉆探。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，及時(shí)增加超前小導(dǎo)管及徑向小導(dǎo)管對圍巖進(jìn)行加固，增加圍巖的穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

鐘鳴二號隧道只是眾多淺埋軟弱圍巖隧道中的一個，在對其施工過程中，及時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，隨時(shí)掌握掌子面前方圍巖變化情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施。同時(shí)以監(jiān)控量測為指導(dǎo)，通過以上技術(shù)措施嚴(yán)格控制隧道拱頂沉降與變形。不急不躁，穩(wěn)扎穩(wěn)打，從而順利安全的使隧道貫通。

[1]黃才來.松潘隧道富水軟巖大變形控制措施實(shí)踐與探討企業(yè)[J].科技與發(fā)展,2015(12).

[2]王凱.泥巖地質(zhì)隧道大變形施工控制技術(shù)[J].中小企業(yè)管理與科技，2011(11).

U45

B

1007-6344（2017）04-00688-01

張晨（1986-），男，湖北松滋，學(xué)士，職員，助理工程師。研究方向：隧道施工。