全風化花崗巖富水隧道淺埋段開挖施工技術研究★

戚 利 平

(吉首大學張家界學院，湖南 張家界 427000)

1 工程概況

李家沖隧道全長775 m，單線鐵路隧道，設計速度目標值120 km/h，隧道及附近的地層主要為第四系覆蓋層、燕山期侵入巖和元古界變質巖。隧址區(qū)屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，氣候溫暖潮濕，雨量充沛，地下水類型主要為基巖裂隙水，未見地下水露頭。全風化花崗巖的裂隙較為發(fā)育，地下水補給來源為大氣降水和附近水塘，隧道洞身處于地下水水位以下，處于完全飽和帶內，易發(fā)生水文地質災害和突水等現象。

2 工程施工難點

2.1 洞頂分布有水塘及公路

隧道洞身LZXDK2+560～LZXDK2+590處分布有一水塘，水塘長30 m，寬20 m～30 m，水深2.5 m～3 m，淤泥厚約1.2 m，拱頂最小埋深5 m，圍巖級別為Ⅴ級，隧道掘進前需對原水塘進行回填，并增加一條臨時便道與既有公路順接，隧道開挖支護期間，需封閉既有公路，將車輛引導至臨時便道通行，受外界干擾較大。

2.2 掘進施工難度大

隧道洞身處于地下水水位以下，處于完全飽和帶內，隧道巖性為全風化花崗巖，透水性好，自穩(wěn)性差，地下水發(fā)育，隧道開挖時地表水易入滲，易發(fā)垮塌和涌水，需增設臨時仰拱，施工極其困難[1]。

2.3 沉降變形大

隧道開挖采用三臺階七部法施工，每臺階開挖后在兩側加設雙層鎖腳鋼管并注漿，鋼拱架之間的連接筋進行加密，但拱頂下沉及收斂仍然較大，尤其是下臺階開挖時，中臺階圍巖易被滲水帶走，導致中臺階空洞及失穩(wěn)，開挖下臺階及仰拱時，需臨時加設橫向鋼支撐。拱頂下沉及收斂穩(wěn)定后，需對空洞進行補注漿處理。

3 淺埋段施工方案確定

3.1 淺埋段地表處理

隧道洞身LZXDK2+560～LZXDK2+590處分布有一水塘，施工前先抽除原水塘積水并清除淤泥后再對水塘進行回填，回填處采用噴射混凝土封面，防止地表水下滲，做好地表水引排措施[2]。回填處增加一條臨時便道與既有公路順接，隧道開挖支護期間，封閉既有公路，將車輛引導至臨時便道通行，待初期支護通過公路區(qū)段后再恢復既有公路通行。為盡量減少地下水對隧道影響，在隧道外部沿隧道縱向設置4口降水井，井底標高低于隧道仰拱底標高2 m，采取不間斷抽水，確保水頭在隧道仰拱底以下1 m。

3.2 超前支護及開挖

隧道掌子面開挖離水塘和公路接近10 m時，掌子面環(huán)向采用φ76大管棚注漿預支護，漿液采用水泥漿及水玻璃，管棚長10 m，環(huán)向間距0.4 m，環(huán)向每隔2.0 m預留一根大管棚不注漿，作為泄水孔使用，縱向間距5 m/環(huán)，保證管棚搭接5 m，管棚兩側增加徑向錨桿錨固，錨桿長5 m，縱向間距0.6 m，同時縮短上臺階開挖長度，控制掘進速度，每次進尺控制在1榀拱架間距。

3.3 初期支護

初期支護采用Ⅰ16工字鋼鋼架，鋼架縱向間距0.6 m/榀，拱頂鋼架施作完畢后，加一道橫向水平鋼架并與環(huán)向鋼架固定連接，確保整體受力，而后開挖下一臺階，待拱墻鋼架架立完成并與橫向水平鋼架連接固定后，拆除上一級臺階橫向水平鋼架，如此反復循環(huán)施作，直至仰拱拱架成環(huán)；中臺階處設置臨時仰拱，仰拱厚0.3 m，混凝土采用C30噴射混凝土，拱架縱向間距1.2 m/榀，拱架間設縱向連接筋，間距0.25 m[3]；兩側拱墻錯開開挖，先施工一側，待一側初期支護完成后，再施工另一側，如此反復直至仰拱成環(huán)。

3.4 超前地質預報

隧道淺埋段超前地質預報工作采用加深炮孔法，首先用風槍進行鉆孔確定掌子面前方及周邊地質情況，探測長度為5 m，每循環(huán)3孔加深炮孔，根據導坑地質情況準確預測正洞的地質情況。其次通過對掌子面及周邊開挖揭示的地層巖性、地質構造(巖層、結構面、斷層等)、充填物、地下水水文地質特征、圍巖穩(wěn)定特征等情況的描述并繪制成圖標，運用地質分析法、作圖法等定性分析方法，推測掌子面前方地質情況及可能存在的風險，地質素描隨隧道開挖及時進行，每開挖循環(huán)進行一次素描。

3.5 監(jiān)控量測

3.5.1地表沉降

隧道淺埋段地表沉降測點應在隧道開挖前布設，地表沉降測點和隧道內測點布置在同一里程斷面并設置于既有公路上。地表沉降測點橫向間距為5 m，在隧道中線附近測點加密間距為2 m，具體布設見圖1。

3.5.2拱頂下沉、凈空收斂

拱頂下沉測點設置在拱頂軸線附近，凈空收斂點布置在軌頂以上2.5 m左右的拱墻上，均按照5 m/循環(huán)進行測點布設，并盡量對稱布置，以便數據的相互驗證，監(jiān)測頻率應根據測點距開挖面的距離及位移速度確定，兩者之間有差異時，原則上采用較高的頻率值進行監(jiān)測。隧道凈空收斂量測采用收斂計進行量測，拱頂下沉以及地表沉降量測采用精密水準儀和鋼掛尺進行量測，測點與隧道外監(jiān)測基點進行量測。

3.5.3量測數據分析和信息反饋

每次量測后立即對原始觀測數據進行校核和整理，包括原始觀測值的校驗、物理量的計算、誤差處理、異常值的剔除、初步分析等，并及時繪制位移—時間散點圖，在位移—時間曲線趨平緩時進行回歸分析，推算出最終位移和掌握位移變化規(guī)律。當位移—時間曲線出現反彎點，及位移出現反常的急劇增加現象，表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應及時加強支護必要時應暫停掘進，采取必要的安全措施。

4 結語

全風化花崗巖富水隧道淺埋段開挖施工技術在石長鐵路與益婁鐵路間下行疏解線李家沖隧道的成功應用，本施工技術特點是在圍巖地質非常差且洞頂受外界干擾較大的情況下能夠保證施工安全，為今后類似地質情況隧道開挖提供了經驗。