匡小慧

（中鐵十五局集團(tuán)第六工程有限公司，河南 洛陽 471000)

1 引言

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益增多，高等級(jí)公路和高速鐵路蓬勃發(fā)展，隧道工程為其重要的組成部分，對(duì)于隧道及地下工程，由于地質(zhì)條件比較復(fù)雜而且很難預(yù)測，尤其是不良地質(zhì)，對(duì)隧道施工階段結(jié)構(gòu)的安全性影響較大，如果處理措施不完善，將會(huì)導(dǎo)致拱頂大變形、塌方等工程事故的發(fā)生，所以對(duì)于特殊地質(zhì)段隧道施工，采取合理的施工對(duì)策，加強(qiáng)管理，不斷優(yōu)化施工方案具有重要的意義。

2 工程概況

葡萄山隧道位于酉陽土家族苗族自治縣板溪鄉(xiāng)，是渝湘高速公路洪安至酉陽段三大重點(diǎn)工程之一，為渝湘高速公路上第二長隧道。隧道雙洞四車道，按上下行分離式形式布置，總長度達(dá)6290m，是全線的控制性工程。施工劃分兩個(gè)標(biāo)段，標(biāo)段分界里程為YK60+000(ZK59+995)。進(jìn)口段工程情況為：左洞長3580m（ZK56+415～ZK59+995），右洞長 3560m（YK56+440～YK60+000）。圍巖級(jí)別除 K56+415～K56+460、K58+420～K58+444段穿越斷層為Ⅴ級(jí)圍巖外，其余均為Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖軟弱層、破碎體以及小規(guī)模的斷層及破碎帶之中，風(fēng)化體等對(duì)洞身段圍巖穩(wěn)定較為不利，易出現(xiàn)拱頂大變形，塌方等現(xiàn)象。葡萄山隧道能否安全、順利貫通直接影響到全線工程的施工進(jìn)度。

3 存在問題及對(duì)策

隧道施工過程中，由于葡萄山隧道地質(zhì)變化復(fù)雜，不良地質(zhì)頻繁出現(xiàn)（如高地應(yīng)力、大變形等）；開挖后實(shí)際圍巖級(jí)別與《工程地質(zhì)詳細(xì)勘察報(bào)告》偏差很大。

不良地質(zhì)地段引起結(jié)構(gòu)變異因素非常復(fù)雜，施工組織設(shè)計(jì)中所制定的施工方法和防范措施及對(duì)策，在某些特殊地段不符合實(shí)際情況。因此，在隧道施工過程中加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測工作，及時(shí)掌握前方圍巖情況和初期支護(hù)的受力狀態(tài)，同時(shí)及時(shí)優(yōu)化施工方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，防止突然事故的發(fā)生，保證施工安全。施工中采用TSP203型超前預(yù)報(bào)儀、超前探孔和觀察掌子面地質(zhì)情況的方法綜合進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，而監(jiān)控量測主要為初期支護(hù)拱頂下沉監(jiān)測、周邊收斂監(jiān)測以及初期支護(hù)和二次襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測。

3.1 高地應(yīng)力段

3.1.1 初支開裂，注漿加固處理

進(jìn)口端掘進(jìn)至2000m時(shí)地應(yīng)力較高，里程YK58+440～YK58+520段開挖中由于對(duì)高地應(yīng)力未足夠重視，施工中雖未出現(xiàn)巖爆，但施工完成的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，于2007年11月25日～2007年12月2日分段進(jìn)行了注漿加固（即 YK58+440～+475 、YK58+475～+486、YK58+486～+496）。

監(jiān)控量測增加了量測頻率，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示支護(hù)結(jié)構(gòu)變形仍存在顯著的異常變化，12月3日至4日拱頂下沉和水平收斂量值突然增大，拱頂下沉速率達(dá)17mm/d，位移累計(jì)量接近50mm，收斂變形速率達(dá)15mm/d，累計(jì)接近60mm，變形量已超出規(guī)范允許的臨界值。

由于支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量較大，于2007年12月4日停止了掌子面掘進(jìn)，對(duì)初支已開裂和變形段落（YK58+440～+495段）進(jìn)行徑向布設(shè)Φ42小導(dǎo)管，L=450cm，@100cm×100cm 梅花布置并按隧道施工規(guī)范要求補(bǔ)注水泥凈漿，水灰比為0.8:1，壓力0.5～1.0Mpa；通過連續(xù)8天注漿加固，該段已基本穩(wěn)定，其中YK58+440～+495段是屬二次補(bǔ)注漿。

3.1.2 調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，強(qiáng)支護(hù)效果不良

2007年12月13日，根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果、復(fù)工令及工程變更會(huì)簽，恢復(fù)了掌子面掘進(jìn)，采取“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”，以原設(shè)計(jì)Ⅳb型支護(hù)參數(shù)（格柵拱間距100 cm，Φ32超前錨桿環(huán)距0.4m，排距3.0m，單根長4.5m，＠100×100φ22砂漿錨桿，噴砼，仰拱，鋼筋網(wǎng)支護(hù)）變更為Ⅴ型斷面支護(hù)參數(shù)施工，即U型鋼拱架，間距75cm，φ42超前小導(dǎo)管，環(huán)距0.35m，排距2.25m，＠80×75φ25中空錨桿，噴砼，仰拱，鋼筋網(wǎng)等加強(qiáng)支護(hù)。但每進(jìn)一循環(huán)，上一循環(huán)拱部就有裂紋。2007年12月21日,YK58+495～YK58+505段拱頂縱向開裂、混凝土剝落、鋼拱架裸露現(xiàn)象明顯，且YK58+490～YK58+495也受到不同程度影響，立即停止掌子面掘進(jìn)，并對(duì)YK58+495～YK58+505段進(jìn)行了注漿。

2007年12月30日，開挖支護(hù)到Y(jié)K58+520時(shí)，YK58+490～YK58+520 段嚴(yán)重開裂，后確定對(duì)YK58+490～YK58+520段進(jìn)行注漿加固，其中YK58+490～YK58+495段，是三次補(bǔ)注漿。

3.1.3 采取應(yīng)力釋放法施工

根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，高地應(yīng)力圍巖靠掌子面還有近60m。為確保安全及消除長期地質(zhì)災(zāi)害隱患，采取應(yīng)力釋放法施工，即在對(duì)圍巖變形進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測的條件下，允許變形以一定的速率繼續(xù)發(fā)展，以釋放一部分能量，然后才對(duì)它施加限制。因此，初期的支護(hù)結(jié)構(gòu)采用“開敞式”即先不設(shè)仰拱，而且在噴混凝土層中預(yù)留出許多縱向縫，待圍巖變形速率較小后再進(jìn)行第二次噴射混凝土施工，并進(jìn)行仰拱封閉。通過以上施工方法，及時(shí)預(yù)測和處理了支護(hù)結(jié)構(gòu)變異，確保了高地應(yīng)力段安全施工。

3.2 圍巖大變形段

3.2.1 工程描述

YK59+762～YK59+930段隧道埋深865.00～447.00m，巖性為灰白至灰色薄至中厚層狀微晶白云巖、含泥質(zhì)微晶白云巖、黑色灰質(zhì)頁巖、水云母頁巖，屬硬質(zhì)軟質(zhì)復(fù)合巖組。巖層走向與洞軸線夾角 85～89°，巖層傾角 5～8°，層間結(jié)合力一般，巖體發(fā)育二組節(jié)理，Jv一般5～11條/m3，巖體較破碎～較完整，為塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)與大塊狀砌體結(jié)構(gòu)相間組合。拱部無支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生小的坍塌，軟硬巖結(jié)合部巖溶較發(fā)育，且易產(chǎn)生三角體塌方，側(cè)壁基本穩(wěn)定。為巖溶含水層富水段，隧道出水一般為滴水～淋水，局部有股狀水流出，含水層隔水層接合部可能發(fā)生涌突水現(xiàn)象。平水期約為16253.9m/d，豐水期約為24380.9m/d。

經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)控量測結(jié)果可知，確定該段為Ⅳ級(jí)大變形段。

3.2.2 施工對(duì)策

為確保初期支護(hù)結(jié)構(gòu)安全避免塌方事故發(fā)生，現(xiàn)場采取臺(tái)階分部開挖施工法，開挖輔助措施為φ42超前小導(dǎo)管，環(huán)距0.35m，排距2.25m，單根長4.5m，見圖1。初期支護(hù)為：C20噴射混凝土+徑向Φ25中空錨桿+φ8鋼筋網(wǎng)+U型鋼支撐，C20噴射混凝土設(shè)計(jì)厚度為26cm，徑向錨桿為Φ25中空錨桿（L=600，縱、環(huán)向間距均為0.8m，梅花型布置），鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑為φ8，U型鋼拱作為初期支護(hù)的加強(qiáng)措施，間距為0.75m，留變形量為15cm，同時(shí)預(yù)留變形量可根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測反饋信息進(jìn)行調(diào)整，通過以上施工方法和設(shè)計(jì)參數(shù)，確保了圍巖大變形段施工安全。

圖1 小導(dǎo)管超前支護(hù)作業(yè)示意圖

3.3 加強(qiáng)動(dòng)態(tài)施工和設(shè)計(jì)管理

在葡萄山隧道的施工過程中，成立了由地質(zhì)工程師、測量工程師、隧道工程師、試驗(yàn)工程師為主的動(dòng)態(tài)施工小組。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采取“石變我變”的動(dòng)態(tài)施工理念，以指導(dǎo)施工。針對(duì)隧道地質(zhì)變化復(fù)雜，不良地質(zhì)頻繁出現(xiàn)，造成施工進(jìn)展緩慢和工期壓力大的問題，為解決該特殊地段施工難題，結(jié)合現(xiàn)場情況，采取每10m進(jìn)行一次現(xiàn)場勘察分析、變更會(huì)簽，及時(shí)調(diào)整施工方法，提高了功效，加快了施工進(jìn)度。

(1)設(shè)計(jì)描述。里程YK59+290～YK59+330段原設(shè)計(jì)為Ⅲ級(jí)圍巖，設(shè)計(jì)圍巖描述：隧道埋深781.00～785.00m，巖性為淺灰色微晶云巖夾薄層頁巖，主要為堅(jiān)硬巖夾極軟巖。巖層走向與洞軸線夾角85°，巖層傾角2～5°左右，層間結(jié)合由一般逐漸變差，本段處于桐麻嶺背斜核部，主要發(fā)育節(jié)理三組，Jv一般10～14條/m3，巖體破碎～較完整，圍巖呈塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖層傾角平緩，拱部無支護(hù)時(shí)，可能出現(xiàn)大的坍塌，側(cè)壁有時(shí)失穩(wěn)?；?guī)r為巖溶含水層富水段，隧道出水一般為股狀出水，核部可能發(fā)生涌突水現(xiàn)象。

原設(shè)計(jì)襯砌類型為Ⅲ級(jí)緊急停車帶襯砌，初期支護(hù)為：C20噴射混凝土+@120cm×120cm梅花布置Φ22砂漿錨桿+φ8鋼筋網(wǎng)。

(2)工程實(shí)際情況。該區(qū)段實(shí)地勘察定為Ⅳ級(jí)圍巖，圍巖為灰、深灰薄層粉砂質(zhì)灰?guī)r(層厚1～25cm),層理清楚，炭質(zhì)頁巖、分砂質(zhì)灰?guī)r互層，由于每個(gè)分層巖性差異，造成層間結(jié)合松馳,且地層產(chǎn)狀平緩 140～195°∠4～8°。巖塊沿裂隙剝落,拱頂脫層、掉塊嚴(yán)重，局部垮塌成水平狀。裂隙產(chǎn)狀 310～350°∠70～80°，裂隙較發(fā)育，裂隙有自底延伸至拱頂，節(jié)理裂隙紊亂、密集，有呈凹型巖腔裂隙，裂隙中充填泥質(zhì)物，裂隙互相切割破壞巖體，使巖體破碎，碎塊結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差。掌子面開挖后，拱頂脫層、掉塊、垮塌較嚴(yán)重。

(3)施工對(duì)策。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、監(jiān)控量測、施工單位五方代表現(xiàn)場勘察，采取了每10m進(jìn)行一次現(xiàn)場勘察分析、變更會(huì)簽，并采取拱頂范圍內(nèi)增設(shè)Φ32自進(jìn)式超前錨桿。各段變更參數(shù)情況見表1。

表1 葡萄山隧道YK59+290～YK59+330段變更方案表

4 結(jié)論

隧道施工過程中經(jīng)常遇到不良地層，此時(shí)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)較復(fù)雜，引起支護(hù)結(jié)構(gòu)變異，依據(jù)葡萄山隧道針對(duì)高地應(yīng)力大變形段施工措施及現(xiàn)場應(yīng)用情況，主要有以下幾點(diǎn)體會(huì)：(1)加強(qiáng)監(jiān)控量測和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，盡力控制和調(diào)整結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)變化，利用反饋信息指導(dǎo)施工，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方案進(jìn)行優(yōu)化，分析對(duì)比開挖后的實(shí)際情況和預(yù)測結(jié)果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步提高前方地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。（2）嚴(yán)格按照隧道施工規(guī)范以及規(guī)程進(jìn)行施作,及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),以確保隧道施工安全、順利進(jìn)行。（3）加強(qiáng)隧道工程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工理念，及時(shí)判明地質(zhì)情況、加強(qiáng)監(jiān)控量測和嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，以設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工，以優(yōu)化施工方法和設(shè)計(jì)參數(shù)彌補(bǔ)原設(shè)計(jì)的不足，同時(shí)為其他類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考依據(jù)。

[1]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].人民交通出版社，2003，1999.

[2]王夢恕.大瑤山隧道修建新技術(shù).[M].廣東科技出版社，1994.

[3]朱漢華,孫紅月,楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2007.

[4]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].人民交通出版社，2003.