譚 準，向浩東

(中鐵二局集團勘測設計院有限責任公司，成都 610031)

1 概述

隨著我國高速鐵路的快速建設，受地形、水文地質(zhì)條件以及規(guī)劃平面要求等因素的影響，各種復雜地質(zhì)條件下修建隧道大量出現(xiàn)，在地形偏壓軟弱巖體中進行隧道開挖支護便是典型現(xiàn)象之一［1］。軟弱巖體特征復雜、巖性多變、圍巖破碎，隧道易發(fā)生大變形，施工風險極大［2-3］。軟巖隧道的大變形破壞特征主要表現(xiàn)為:變形破壞方式多樣、變形量大、變形速率快和持續(xù)時間長等特點［4-6］。

截止至目前，雖然國內(nèi)外學者對于軟巖隧道修建提出了一系列控制標準及技術措施，但如何提高隧道結構在淺埋偏壓條件下施工過程中的穩(wěn)定性和有效控制隧道變形同時又提高施工效率，仍然是隧道工程界關注的熱點問題［7-13］。以下貴坪隧道工程為研究背景，綜合分析現(xiàn)場施工量測數(shù)據(jù)和隧道大變形特征，進而分析產(chǎn)生大變形的原因，提出適合于淺埋偏壓軟巖內(nèi)修建隧道的施工工法以及控制大變形的處治措施。

2 工程概況

下貴坪隧道位于玉屏東站至三穗站之間，雙線鐵路隧道，全長568 m，左右線線間距為5.0 m，設計速度目標值350 km/h。隧道位于構造剝蝕中低山區(qū)，最大埋深約 57 m，自然坡度 10°～40°，局部陡峻，植被發(fā)育。隧道進出口基巖出露良好，巖體破碎。

隧區(qū)溝槽、緩坡分布第四系全新統(tǒng)坡殘積粉質(zhì)黏土、第四系坡殘積細角礫土，基巖部分裸露，為寒武系下統(tǒng)杷榔組頁巖夾砂巖，巖土體呈褐黃、灰黃色、灰黑色，夾較多薄層狀泥質(zhì)粉砂巖，質(zhì)軟易風化，主要分布于隧道出口段;受斷層及地形偏壓影響，節(jié)理發(fā)育，弱風化層巖體極其破碎，且裂隙充填較多的黏土，穩(wěn)定性與完整性均較差。地下水以基巖裂隙水為主，其次為第四系松散土層孔隙潛水，地下水不發(fā)育，地下水對混凝土結構無侵蝕。

全隧除D1K480+642～+651段、D1K481+185～+210段采用明洞襯砌外，其余均采用雙線復合式襯砌。按新奧法施工，采用光面爆破及濕噴技術，Ⅴ級圍巖地段采用臺階法加臨時仰拱法施工;錨、網(wǎng)、噴初期支護，拱墻一次襯砌。系統(tǒng)錨桿拱部采用φ25 mm中空注漿錨桿，邊墻采用 φ22 mm普通砂漿錨桿。其中，D1K480+970～D1K481+185段采用 Vc型復合襯砌，二襯拱墻厚 55 cm，仰拱厚 65 cm，初期支護噴射C30混凝土厚度為28 cm，拱墻采用φ8 mm鋼筋網(wǎng)(間距20 cm×20 cm)，鋼架采用全環(huán)Ⅰ22a型鋼鋼架(間距0.6 m)。

3 軟巖隧道大變形特征及原因分析

3.1 隧道大變形特征分析

下貴坪隧道自暗洞開挖以來，掌子面揭示圍巖為強風化頁巖夾砂巖，巖體破碎，自穩(wěn)性差，有滲水，圍巖變形嚴重，如圖1、圖2所示。

圖1 明暗分界處圍巖風化、破碎

圖2 洞身段掌子面圍巖破碎

隧道施工時根據(jù)開挖揭示的隧道工程地質(zhì)條件及地形淺埋、偏壓嚴重的特點采取了加強措施，但圍巖及初期支護仍出現(xiàn)了嚴重變形，地表出現(xiàn)裂縫，導致已開挖段69 m范圍內(nèi)初支變形侵限，如圖3、圖4所示。

圖3 洞身段初期支護剝落掉塊

圖4 洞身段地表裂縫

根據(jù)對施工現(xiàn)場的監(jiān)控量測結果進行統(tǒng)計分析，如表1、表2所示，已開挖段出現(xiàn)大變形的問題主要有以下幾個方面。

表1 隧道位移監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計 cm

表2 地表沉降、位移統(tǒng)計 cm

(1)圍巖變形量大:拱頂沉降量大，其中D1K481+177.7處拱頂累計沉降達49 cm;拱頂水平位移量偏大，其中D1K481+121處拱頂水平位移達21.6 cm;

(2)圍巖變形持續(xù)時間長:在圍巖初期變形后，變形并未停止，而是持續(xù)發(fā)展，甚至加速發(fā)展。隧道的持續(xù)變形，造成初期支護變形過大而發(fā)生破壞，不得不進行襯砌拆換處理;

(3)拱腳位移收斂:線路左側拱腳明顯收斂，線路右側拱腳偏離線路向外側(山體低側)位移，該段位于洞口段，淺埋偏壓更嚴重，但變形量相對小，分析原因系該段已采用地表鋼管樁注漿加固;

(4)初期支護變形破壞:由于圍巖持續(xù)變形，初期支護嚴重變形破壞，且持續(xù)發(fā)展，易侵限。開挖過程中預留的40 cm拱頂變形量，仍有局部侵限現(xiàn)象，主要分布在 D1K481+175斷面拱頂處，最大侵限值達到11.5 cm;

(5)地表開裂:據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，施工開挖過程中，地表隧道中線兩側連續(xù)出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫伴隨掌子面掘進而往前發(fā)展，且有變大趨勢，裂縫無錯臺現(xiàn)象，裂縫最大寬度5 cm，長約50 m。

3.2 隧道大變形成因分析

綜合下貴坪隧道施工實際情況，隧道發(fā)生大變形與地形特征、工程地質(zhì)和水文條件、施工方法與工藝控制、支護措施等因素有關，具體分為以下幾個方面。

(1)地形嚴重偏壓:隧道出口穿越一單面斜坡，地形左高右低，斜坡呈下陡上緩狀，自然坡度一般15°～35°，右側坡腳相對較陡，達40°，植被發(fā)育。隧道大致從斜坡中段通過，埋深淺，最大埋深僅約30 m，地形偏壓嚴重。

(2)巖質(zhì)軟，受斷層影響，巖體破碎，開挖擾動后，周邊圍巖松動圈不斷擴大:隧道穿越地層為頁巖夾砂巖，屬軟質(zhì)巖。隧道左側約260 m發(fā)育界牌斷層，為區(qū)域性逆斷層。隧道位于斷層下盤，受此斷層影響，隧道出口段巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，強風化層較厚，巖體破碎，自穩(wěn)能力差，裂隙間部分有泥質(zhì)充填。局部有滲水，頁巖遇水軟化，圍巖自穩(wěn)定性差。

(3)施工方法不當及支護參數(shù)偏弱。隧道采用臺階法加臨時仰拱法施工，隨著施工擾動，巖體進一步破碎，在隧道發(fā)生大變形后未及時調(diào)整施工方法和加強支護措施，致變形加劇。

4 隧道大變形控制措施

隧道大變形控制措施主要包括:施工方法調(diào)整和支護措施加強，淺埋偏壓段洞外減載反壓，以及變形侵限段初期支護拆換等措施。

4.1 施工方法調(diào)整和支護措施加強

4.1.1 已開挖段支護加強

對已開挖段的支護加強主要包括洞內(nèi)支護、地表加固兩項措施。

(1)洞內(nèi)支護:D1K481+116～+155段在既有的初期支護基礎上增加了拱墻φ42 mm注漿錨管(長4 m，環(huán)縱向間距1 m)徑向注漿加強支護。

(2)地表加固:開挖揭示圍巖為強風化頁巖夾砂巖，夾較多薄層狀泥質(zhì)粉砂巖，巖體破碎，穩(wěn)定性差(雨季更甚)。洞身及隧底均位于該地層，且拱頂埋深僅3～10 m，偏壓嚴重。在 D1K481+145～+185段地表采用φ75 mm鋼花管樁預注漿加固的橫向范圍由隧道中線兩側各12 m擴大至隧道中線兩側各15 m，洞身范圍加固深度自地表至拱頂以上0.5 m，洞身范圍外加固深度自地表至隧底以下1 m。

4.1.2 未開挖段支護加強及施工方法調(diào)整

針對已開挖段在變更加強措施后仍發(fā)生較大變形導致侵限，為確保隧道施工及結構安全，對洞內(nèi)D1K480+970～D1K481+116未開挖段146 m支護措施進行適當調(diào)整，施工方法調(diào)整為CRD法，如表3所示。洞身復合型襯砌初期支護噴射C30混凝土的厚度調(diào)整為30 cm，鋼架采用全環(huán)Ⅰ25a型鋼鋼架(間距0.6 m)。

表3 D1K480+970～D1K481+116段洞身襯砌支護措施調(diào)整

4.2 洞外減載反壓

為減小地形淺埋偏壓對隧道的影響，對D1K481+000～+185左側山體進行開挖減載，利用開挖土石方對右側溝槽進行回填反壓，具體措施如下。

D1K481+000～+185段洞外左側山體開挖減載至高程約711 m，洞頂保留覆土厚度約6 m，開挖土石方量為5.9萬m3，減載挖方全部用于右側溝槽回填反壓，回填高度至隧道內(nèi)軌頂面以上5.5 m處，回填坡腳采用4 m高壩式擋砟墻防護。

4.3 初期支護變形拆換

為保證二次襯砌厚度，確保結構安全，對D1K481+116～+185段初支變形侵限或破壞部位進行注漿拆換處理。具體措施如下。

對初支變形侵限部位采用φ42 mm鋼花管徑向注漿加固，鋼花管縱、環(huán)向間距0.8 m，交錯布置，每根長5 m。注漿采用水泥漿(水灰比1∶1)，注漿壓力1.0～1.2 MPa，注漿量按加固體積的15%控制。注漿加固后對初支變形侵限或破壞部位進行逐榀拆換，拆換后及時施做二次襯砌。

注漿拆換順序為:初支變形侵限或破壞部位注漿加固，侵限或破壞部位初支拆換，鋼架落底成環(huán)，施作二次襯砌。

5 結論

(1)針對淺埋偏壓軟巖隧道選擇適宜的施工方法對保證結構和施工安全十分重要。

(2)隧道發(fā)生大變形與地形特征、工程地質(zhì)和水文條件、施工方法與工藝控制、支護措施等因素密切相關。

(3)隧道出現(xiàn)大變形時，洞內(nèi)、洞外分別采取措施綜合整治才能取得成功。

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