談天池隧道淺埋段隧道支護(hù)參數(shù)調(diào)整方案

宋 浪 胡 鵬 于維剛

(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 610031)

1 概述

進(jìn)入十三五規(guī)劃以來(lái)，我國(guó)高速公路基礎(chǔ)建設(shè)持續(xù)向地質(zhì)條件更復(fù)雜、施工難度更高的區(qū)域深入；近些年來(lái)，由于線路設(shè)計(jì)要求的提升，建設(shè)中各種因素制約而需要修建的淺埋隧道也越來(lái)越多。淺埋隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件給淺埋區(qū)段的正常施工增加不少難度[1]。比如淺埋隧道在施工期間容易產(chǎn)生裂縫、沉降及收斂大等施工風(fēng)險(xiǎn)[2，3]。沉降、變形過(guò)大將導(dǎo)致洞周侵限或致初支承載力失穩(wěn)等，后期必須換拱，這樣不僅影響工期，施工處置難度大，還增大了潛在的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，為正常施工留下風(fēng)險(xiǎn)隱患[4]。因此，十分有必要根據(jù)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)隧道淺埋段的圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，保障隧道安全、順利施工[5]。

隧道開(kāi)挖爆破后，為了保持洞周圍巖的穩(wěn)定，一般要對(duì)其施作初期支護(hù)和二次襯砌；噴射混凝土、錨桿、鋼架和鋼筋網(wǎng)等組合構(gòu)成初期支護(hù)的幾種主要方式[6]。本文通過(guò)對(duì)天池隧道淺埋段的施工，總結(jié)圍巖的變形規(guī)律，不斷優(yōu)化和調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)，保障隧道淺埋段開(kāi)挖施工的正常進(jìn)行，對(duì)同類淺埋段隧道的施工具有一定的借鑒意義。

2 工程概況

在建九綿高速項(xiàng)目，是十三五規(guī)劃四川省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，起于九寨溝縣川甘界青龍橋，與G8513甘肅省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的武都-青龍橋高速公路銜接，與綿遂高速對(duì)接于綿陽(yáng)市東林鄉(xiāng)張家坪，九綿高速主線全長(zhǎng)244.97 km。

九綿高速天池隧道左線全長(zhǎng)902 m、右線全長(zhǎng)894 m，最大埋深約105 m，隧址區(qū)跨越江油市太平鎮(zhèn)邊界溝村及天池村，屬于山區(qū)，屬于構(gòu)造溶蝕、剝蝕低山地貌區(qū)，隧址區(qū)地形地貌受地層巖性及區(qū)域構(gòu)造控制明顯，天池隧道出洞口段位于江油市大康鎮(zhèn)天池村附近的山坡上，斜坡自然坡度角約為18°，左線出口段ZK222+980～ZK223+305段為泥巖、泥灰?guī)r及鈣質(zhì)砂巖段。天池隧道施工最大的不利因素為低山淺埋，出口段最小埋深僅3.31 m(見(jiàn)圖1)。

3 施工難點(diǎn)

3.1 地層松散，穩(wěn)定性差

天池隧道出口段整體位于山坡上，地形起伏較大，地表覆蓋層為殘積土，厚度不大，下伏基巖為泥灰?guī)r及泥巖等，巖體破碎，隧道出口段施工期圍巖穩(wěn)定性差，若防護(hù)不及時(shí)則可能會(huì)產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象。

3.2 隧道極易出現(xiàn)冒頂和地表耕植土易坍塌

天池隧道出口左線ZK223+250掌子面埋深淺，圍巖濕軟，巖體風(fēng)化嚴(yán)重，開(kāi)挖極易發(fā)生坍塌；且地表有果園耕植土，施工可能發(fā)生冒頂。

3.3 工期相當(dāng)緊張

九綿高速公路計(jì)劃2022年年底全線通車運(yùn)營(yíng)，在工程實(shí)施期間，隧道出口開(kāi)挖過(guò)程中，因出口段ZK223+250掌子面圍巖濕軟，且埋深淺，地表有果園耕植土，繼續(xù)施工極易發(fā)生冒頂，侵占紅線范圍外土地等情況。若繼續(xù)按照原設(shè)計(jì)思路組織施工，將無(wú)法保證總工期。

4 施工方案及方法

4.1 總體支護(hù)調(diào)整思路

天池隧道出口存在地層松散性、埋深易冒頂，左線ZK223+250掌子面為泥巖，局部夾礫狀灰?guī)r，圍巖濕軟，開(kāi)挖巖體完整性差，圍巖自穩(wěn)能力差，掌子面圍巖總體潮濕(見(jiàn)圖2，圖3)，同時(shí)考慮隧道施工工期緊張，因此在原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)基礎(chǔ)上堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、弱開(kāi)挖(爆破)、早封閉”的原則著重從超前支護(hù)措施、初期支護(hù)強(qiáng)度及施工開(kāi)挖方面進(jìn)行調(diào)整。

4.2 加強(qiáng)超前支護(hù)措施

天池隧道出口左線埋深淺，根據(jù)實(shí)際測(cè)量，ZK223+250～ZK223+220段最大埋深7 m，最小埋深僅3 m多，超前支護(hù)強(qiáng)度不到位掌子面易坍塌，控制不好極易發(fā)生冒頂；該段原設(shè)計(jì)為C型φ42單層超前小導(dǎo)管，具體參數(shù)為：拱部施作角度120°，循環(huán)進(jìn)尺3 m，環(huán)向根數(shù)34根，數(shù)量51 m，注漿數(shù)量0.20 m3；支護(hù)參數(shù)調(diào)整后，變?yōu)锽型雙層φ42超前注漿小導(dǎo)管，具體參數(shù)為：拱部施作角度120°，循環(huán)進(jìn)尺3 m，環(huán)向雙層根數(shù)68根，環(huán)向單層根數(shù)34根，數(shù)量102 m，注漿數(shù)量0.40 m3；通過(guò)調(diào)整超前支護(hù)參數(shù)，強(qiáng)化了近開(kāi)挖掌子面段拱頂圍巖的穩(wěn)定性，確保施工安全(見(jiàn)圖4，圖5)。

4.3 加強(qiáng)初期支護(hù)措施

天池隧道出口左線掌子面為泥巖，局部夾礫狀灰?guī)r，濕軟，自穩(wěn)性差，施工不當(dāng)極易坍塌，并為了確保初期支護(hù)有足夠的強(qiáng)度和剛度承擔(dān)洞頂松散土體荷載，要求ZK223+250～ZK223+220段在原初期支護(hù)基礎(chǔ)上增設(shè)300 cm長(zhǎng)φ25藥卷鎖腳錨桿及臨時(shí)仰拱支護(hù)措施。

4.4 施工工法的調(diào)整

原施工工法為上下臺(tái)階法，循環(huán)進(jìn)尺100 cm，揭示圍巖條件為軟弱泥巖，施工擾動(dòng)范圍波及地表時(shí)，容易造成坍塌，對(duì)工人安全帶來(lái)威脅，故開(kāi)挖工法調(diào)整為三臺(tái)階預(yù)留核心土法進(jìn)行施工，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺不超過(guò)60 cm。

5 施工效果評(píng)價(jià)

5.1 施工過(guò)程

掌子面開(kāi)挖，采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工，每開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺不超過(guò)60 cm，同時(shí)增設(shè)臨時(shí)仰拱及初期支護(hù)增打鎖腳錨桿，有效避免了天池隧道左線出口ZK223+250～ZK223+220段掌子面開(kāi)挖可能發(fā)生掌子面滑塌、拱頂冒頂?shù)拈_(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)，加快隧道開(kāi)挖施工進(jìn)度，既保障了施工安全又降低了施工風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。原設(shè)計(jì)中的單層小導(dǎo)管調(diào)整加強(qiáng)為雙層小導(dǎo)管施工，保證施工開(kāi)挖安全。

5.2 監(jiān)控量測(cè)

天池隧道出口左線ZK223+250～ZK223+220段，通過(guò)在采取三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工、調(diào)整超前支護(hù)參數(shù)、加強(qiáng)初期支護(hù)措施的施工方案調(diào)整后，監(jiān)控量測(cè)單位加強(qiáng)ZK223+250～ZK223+220段洞內(nèi)及地表沉降觀測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息。通過(guò)對(duì)天池隧道出口左線ZK223+245監(jiān)控量測(cè)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理，支護(hù)參數(shù)調(diào)整后施工期間該監(jiān)控?cái)嗝婀绊斪畲罄鄯e沉降值為8.2 mm，周邊收斂最大累積值為6.51 mm；施工期間該監(jiān)控?cái)嗝婀绊斪畲笞冃嗡俾手禐?.0 mm/d，周邊收斂最大變形速率值為4.7 mm/d(見(jiàn)圖6，圖7)；各項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)均滿足隧道施工安全的要求，確保隧道施工安全。

6 結(jié)語(yǔ)

1)隧道施工過(guò)程中地質(zhì)條件的突變需要地質(zhì)人員隨時(shí)關(guān)注，及時(shí)會(huì)商合理科學(xué)的支護(hù)調(diào)整方案，是確保隧道施工安全的基本保障[7]。

2)天池隧道出口左線施工支護(hù)參數(shù)調(diào)整的成功應(yīng)用，具有廣泛的推廣意義，特別是在淺埋暗挖隧道施工過(guò)程中，由于征地拆遷重建難度大、線路設(shè)計(jì)方案優(yōu)化難度大、可利用紅線范圍內(nèi)土地有限，在工期緊的情況下，合理調(diào)整隧道施工支護(hù)參數(shù)，為加快施工進(jìn)度，保障施工安全，降低施工風(fēng)險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)損失問(wèn)題提供了一個(gè)途徑。