深埋軟弱圍巖平行對稱小間距隧道施工技術(shù)

程廣威

摘 要：理論上，只有隧道兩洞室間距距離超過其各自的擾動影響寬度之和，兩隧道施工才能相互獨立、互不影響。 因此，這就需要對隧道凈距進行合理設(shè)計，從而能夠有效降低工程的造價以及施工的難度。隨著隧道施工技術(shù)發(fā)展，為了能夠更好地解決在選線、環(huán)境保護以及土地征用等方面所出現(xiàn)的各種問題進行良好的處理，則興建小凈距的隧道在發(fā)展中成為一種必然。本文根據(jù)某鐵路隧道工程特點對小間距隧道在施工中遇到的技術(shù)問題進行了總結(jié)，可為今后在小間距隧道施工方面提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：小間距；安全步距；中巖柱加固；監(jiān)控量測

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0145-03

1 工程地質(zhì)概況

1.1 工程概況

某鐵路隧道進口段位于半徑為6000m的右偏曲線上，出口段位于半徑為7000m的右偏曲線上，線路設(shè)計為單面上坡。進口1290m左、右線合修，于某里程開始分修，該隧道小間距段為雙線到單線的分合修過渡段，左、右線為小間距隧道，開挖凈距由1.84m逐漸擴展為20.9m。從1.84米漸變到10.4m過渡段長540m，其中Ⅲ級圍巖250m、Ⅳ級圍巖段290m。兩單線隧道250mⅢ級圍巖處，采用的是Ⅳ級的抗震設(shè)防符合式襯砌。通過掛網(wǎng)噴錨和格柵鋼架相結(jié)合的方式進行加固，其中鋼架的間距是1.2m/榀，襯砌中所運用的是C35鋼筋結(jié)構(gòu)。此外，全環(huán)的襯砌厚為40cm；290米Ⅳ級圍巖段中主要應(yīng)用的是Ⅴ級復(fù)合式襯砌進行加強，鋼架為I18工字鋼，襯砌為C35鋼筋（其中主筋是全環(huán)Φ25）混凝土的結(jié)構(gòu)，且其全環(huán)襯砌厚45cm。

1.2 隧道地質(zhì)概況

該隧道最大埋深約1646m，屬構(gòu)造剝蝕深切割高中山地貌，溝谷縱橫，地形起伏大。該隧道小間距段地層巖性主要為志留系茂縣群第四組（Smx（4））千枚巖夾炭質(zhì)千枚巖、泥質(zhì)灰?guī)r，深灰-灰黑色，為鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀-薄層狀構(gòu)造，巖體節(jié)理較發(fā)育，巖質(zhì)較軟，易風化，浸水后易軟化；第五組（Smx（5））絹云千枚巖夾灰?guī)r、砂巖，巖性以絹云千枚巖為主，夾薄層狀灰?guī)r、砂巖，總體呈灰色-灰綠色，千枚巖為鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，灰?guī)r為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，砂巖為細粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育。且處于某斷裂帶的下盤，受斷層影響嚴重。

2 施工方案的提出

2.1 施工方案

（1）對于小凈距隧道來說，由于兩隧道間距小，兩洞室的圍巖壓力及施工過程造成的影響在某些區(qū)域相互疊加——由結(jié)構(gòu)分析可以得出，在施工過程中，二次應(yīng)力場在中巖柱處疊加，此時就極有可能會導(dǎo)致應(yīng)力出現(xiàn)集中的現(xiàn)象，這部分是需要加固的；除中巖柱之外在左、右洞其余圍巖中，由于二次應(yīng)力的疊加，其受力情況也比相同地質(zhì)條件下的一般隧道要復(fù)雜一些，需要加固。因此，在小凈距的實際施工中，需要遵循的主要原則有：短進尺、管超前、弱爆破、速反饋、強支護、勤量測以及早封閉[1]。施工過程中應(yīng)以錨噴支護為主要支護手段，進行及時的支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部份，并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控的方法和原則來指導(dǎo)施工。

（2）施工工法及步距卡控：

1）先行隧道和后行隧道宜采用臺階法開挖。

2）為減少小間距段兩隧間應(yīng)力調(diào)整及爆破的影響，先行洞開挖面與后行洞開挖面縱向距離不宜小于30m，后行洞開挖面和先行洞二襯襯砌縱向距離也不小于30m；掌子面與初支封閉成環(huán)位置、二次襯砌距離應(yīng)滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

3）為減小后行隧道開挖對先行隧道的影響，小間距段落隧道宜采用控制爆破開挖。右線K0+539.661～K0+708段相鄰爆破段分段起爆間隔時間宜不小于100ms，爆破時左線隧道洞壁單點震動速度宜控制50～80mm/s；右線K0+708～K0+840段相鄰爆破段分段起爆間隔時間宜不小于100ms，爆破時左線隧道洞壁單點震動速度宜控制80～100mm/s。

2.2 鉆爆技術(shù)

2.2.1 小間距爆破開挖方法

（1）左線先行施工60m（K0+540～K0+600），再施工右線，因該段落內(nèi)左、右線隧道凈距過?。?.84m～4.05m），斷面尺寸、形式變化大，右線前30m施工采用非爆破機械開挖，之后右線采用爆破（臺階法）開挖，爆破開挖需最大限度的減小對小間距隧道中巖柱的擾動，保證中巖柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）在小凈距的隧道建設(shè)中，需要實施鉆爆的施工方式，這是保證隧道質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而在鉆爆作業(yè)中，則需要對周圍的圍巖爆破情況實施監(jiān)測，并能夠根據(jù)擾動深度以及爆破震動情況而找出對應(yīng)的破壞程度，從而保證中巖柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因為小凈距隧道的中巖柱在寬度方面較小，而在后開挖的隧道中實施爆破與振動，應(yīng)先實施開挖隧道[2]，并要求襯砌處所產(chǎn)生的振動速度大約是10cm/s中，所以為了能夠避免微差爆破的情況，則需要對各段的起爆時間進行測試，可以根據(jù)經(jīng)驗值進實施（大約是100m/s）。

在Ⅳ級的圍巖地段中，施工主要運用的技術(shù)是預(yù)裂爆破的方式，然而Ⅲ級圍巖地段則需要通過光面爆破的方式進行作業(yè)。通過預(yù)裂爆破以及和光面爆破的情況比較可知，需要有效控制周邊的眼間距、相對距離以及周邊眼，從而使得裝藥能夠獲得良好的集中度。如在周邊眼中，可以設(shè)計一個開挖的輪廓線進行布置，其中在小直徑的范圍中實施嚴格的控制裝藥量，同時嚴格地設(shè)計各種藥量，并能夠在合理炮眼的布置中完成工作。

2.2.2 小間距隧道開挖安全步距

為減少兩隧施工的相互影響，兩個隧道的開挖工作面間距應(yīng)大于30m；后行隧道掌子面應(yīng)超前先行隧道二襯端頭不小于30m；掌子面與初支封閉成環(huán)位置、二次襯砌距離應(yīng)滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，如圖1所示。

2.3 中巖柱加固

施工中減少對中巖柱的破壞，加固中巖柱是小凈距隧道修建成功的關(guān)鍵。深埋、軟弱圍巖地段隧道施工對中巖柱的加固方法主要包括對巖柱的注漿加固及水平對拉拉桿措施。

2.3.1 中巖柱柱注漿

為保證擋頭墻施工的穩(wěn)定性，擋頭墻分部開挖時保留一定的角度，即擋頭墻處開挖面從拱部至仰拱呈斜坡狀。擋頭墻范圍內(nèi)隨部分開挖時進行錨網(wǎng)噴防護，噴C30耐腐蝕砼10cm，Φ8鋼筋網(wǎng)片，打設(shè)Φ22砂漿錨桿，沿隧道軸向?qū)χ袔r柱正面打入小導(dǎo)管，注漿加固中巖柱坡面。當注漿達到強度后進行后行洞開挖，對開挖面及時噴射5～10cm厚的混凝土以封閉巖面，施作初期支護；向前掘進5m后對中巖柱改為水平斜向前方45°小導(dǎo)管注漿。

2.3.2 中巖柱對拉錨桿

待0B～0.5B范圍的125米范圍中巖柱加固穩(wěn)定后，進行隧道右線開挖，同時進行中巖柱水平預(yù)應(yīng)力拉桿的施工，采用對拉錨桿（Φ32自進式錨桿，M20砂漿注漿）加固中夾巖柱，錨桿兩端均設(shè)置墊板。錨桿設(shè)置范圍為內(nèi)軌頂面以上5m范圍，間距為0.8*1.0m（縱*環(huán)），錨桿長度根據(jù)布置位置實際截取。錨桿位置應(yīng)按要求進行定位、標記，鉆孔方向宜與巖面（圍巖節(jié)理面）垂直；鉆孔位置允許偏差15mm，深度允許偏差±50mm。

用注漿管向孔內(nèi)注漿，注漿壓力不應(yīng)大于0.4MPa，注漿管應(yīng)插至距孔底50～100mm處，注入水泥砂漿，緩慢拔出注漿管，隨即迅速插入錨桿體。

對中巖柱進行加固，提高圍巖參數(shù)，可降低先行洞襯砌峰值振動速率，可以保證先行洞襯砌的穩(wěn)定和安全；選擇合理的掏槽形式和掏槽位置，為后續(xù)爆破創(chuàng)造足夠好的臨空面，周邊施作減振孔和分散裝藥是減振爆破控制的有效手段。

2.4 超前支護

小凈距的隧道建設(shè)中，由于間距小而導(dǎo)致了施工的難度較大，因此，在洞口的淺埋地段和軟弱圍巖的地段中，需要通過超前的小導(dǎo)管以及超前的長管進行注漿，保證洞口的安全，同時也使得軟弱的圍巖段能夠有效通過。

2.4.1 分析小導(dǎo)管中注漿超前支護

隧道縱向中的橫向拱腳處或者拱上部，可以通過輪廓開挖線的方式進行注漿管，此時需要通過打入方式進行，此時的傾斜大約是 5至20°，而邊墻向下的角度是10至20°，在水平搭方面，則需要大于1m。主要的作用是：把帶孔眼導(dǎo)管實施不同漿液的注入，從而滲透到地層，達到有效改變地層的參數(shù)目的，進而提升了地層承載力。

2.4.2 超前錨桿

一般情況下，可以通過松散破碎的地層進行淺埋，布置形式可以參照超前小導(dǎo)管的注漿進行操作。在拱部超前的錨桿中，可以通過拱上部圍巖的方式，而對邊墻超前的錨桿，則運用附近巖體而更好地承受壓力[3]，提升圍巖的穩(wěn)定度。

2.5 監(jiān)控量測

2.5.1 監(jiān)控量測的目的

（1）掌握圍巖的工程特性。

（2）掌握分修過渡段先行隧道與后行隧道圍巖特性的差異及隧道結(jié)構(gòu)受力的區(qū)別。

（3）確定分修過渡段的安全性。

2.5.2 監(jiān)控量測項目與監(jiān)測方法

隧道施工中的監(jiān)控量測，按鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定和圖紙要求，并根據(jù)隧道的實際情況，確定必測項目和選測項目。各項位移量的容許值應(yīng)在施工中根據(jù)實際情況，參照有關(guān)規(guī)范和“隧道新奧法指南”類比確定。

必測項目包括：地質(zhì)和支護狀況觀察、拱頂下沉、周邊位移量測。主要以洞內(nèi)為主。

選測項目包括：爆破震動、鋼架內(nèi)力、初支與二襯接觸壓力等。

監(jiān)控測量重點：中夾巖柱穩(wěn)定性和爆破振動速度對相鄰洞室的影響。

（1）對拱頂下沉的測點以及凈空變化的測點處理工作中，需要在同一斷面中進行布置。而監(jiān)控中兩測的斷面則可以結(jié)合6-1中具體要求進行布置。當建設(shè)中的隧道出現(xiàn)較大的跨度時，則需要結(jié)合一定的施工方法而增設(shè)一些測點，參照圖5布置。

（2）凈空變化量測測線，可參照表1、圖2布置。

（3）小間距段監(jiān)控量測點布設(shè)要求。

①測設(shè)范圍：K0+540～K1+050段對應(yīng)的左、右線隧道；

②左、右線監(jiān)測斷面應(yīng)在同一斷面上，IV級圍巖每10m一個斷面，V級圍巖每5m一個斷面；

③監(jiān)測點布置示意圖如圖3所示。

④每個斷面須布置5個監(jiān)測點，其中A點為拱頂沉降監(jiān)測點，測線S1位于隧道輪廓最寬處，測線S2位于填充面以上1m。仰拱填充施作完成后，B點為仰拱上浮監(jiān)測點。

（4）采用振動傳感器、記錄儀對隧道的爆破振動進行量測。

2.5.3 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用

（1）現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時繪制位移和時間之間關(guān)系之間的曲線，在這一曲線中，橫坐標代表的是時間，此時需要標注在開挖工作面以及施工工序的斷面。

（2）當這一關(guān)系曲線逐漸走向平緩時，則需要有效處理數(shù)據(jù)，如進行回歸分析，從而保證位移值以及所掌握的位移變化情況。

（3）當這一關(guān)系曲線出現(xiàn)反常的急驟現(xiàn)象，此時表明圍巖的支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加強監(jiān)視并適當加強支護，必要時立即停止開挖，并進行施工處理。

（4）二次襯砌須在圍巖變形已基本穩(wěn)定的情況下施工。當量測的數(shù)據(jù)滿足下列要求時即可認為圍巖變形已基本穩(wěn)定：

①各項測試項目的位移速率明顯收斂；

②已產(chǎn)生的各項位移已達到預(yù)計總位移量的80%～90%；

③周邊位移速率小于0.1～0.2mm/d，或拱頂下沉速度小于0.07～0.15mm/d。

3 結(jié)語

在小凈距的隧道建設(shè)中可知，最大的不同點是兩洞的施工具有相互的影響，因此，這就需要在實際施工中，嚴格地堅持施工的原則，并科學組織施工、加強圍巖的監(jiān)控量測、嚴格控制爆破、超前注漿等關(guān)鍵工序，此外，還需要根據(jù)工所經(jīng)過地區(qū)的地質(zhì)條件而合理的施工參數(shù)調(diào)整，在確保施工安全質(zhì)量前提下，創(chuàng)造最佳經(jīng)濟效益。

參考文獻

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