鐘友江

(中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川成都610031)

1 工程概況及其主要技術(shù)難點(diǎn)

1.1 工程地理位置及地質(zhì)情況

拉舍梅爾隧道位于摩洛哥里夫山脈西段，隧道起迄里程為PK26+842～PK29+445，全長(zhǎng)2 603 m，埋深10～130 m。隧道洞身穿越的地層巖性主要有泥巖、泥巖夾砂巖及砂巖，泥質(zhì)巖占整個(gè)隧道總長(zhǎng)的80%左右。隧道地下水總體不發(fā)育，但在泥質(zhì)巖與砂巖交界處及過地表沖溝處較為發(fā)育。

1.2 隧道設(shè)計(jì)概況

隧道斷面設(shè)計(jì)呈倒立的“雞蛋”形，開挖面積約52 m2，開挖高度8.5 m，拱腳開挖寬度7.6 m，下部墻腳開挖寬度僅4.5 m，如圖1所示。

根據(jù)隧道不同巖性及埋深，初期支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)為：間距0.75～1.5 m的HBE180型鋼拱架、φ6@200 mm鋼筋網(wǎng)片，噴C20混凝土20 cm。

隧道二次襯砌：仰拱、邊墻襯砌為C25鋼筋混凝土，拱部為60 cm厚的素混凝土。

1.3 主要施工難點(diǎn)

該隧道施工主要存在以下兩個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)：一是該隧道泥巖或泥巖夾砂巖等軟弱圍巖所占比例高達(dá)80%，該種巖層整體破碎，節(jié)理發(fā)育，遇水軟化，容易造成初期支護(hù)及圍巖發(fā)生較大的變形，如何控制好圍巖變形是一施工難點(diǎn)。二是該隧道斷面特殊，呈倒立的“雞蛋”形，下部開挖斷面小，僅為4.5 m，對(duì)洞內(nèi)開挖支護(hù)、二次襯砌各工序平行開展非常不利，如何組織好洞內(nèi)運(yùn)輸是另一施工難點(diǎn)。

圖1 隧道設(shè)計(jì)斷面

2 軟弱圍巖變形控制技術(shù)措施

2.1 PK28+566～PK28+520.25段變形情況及原因分析

2007年2月，該隧道已施工的PK28+566～PK28+520.25段，監(jiān)控量測(cè)發(fā)現(xiàn)，該段上部斷面開挖支護(hù)后，圍巖和初期支護(hù)發(fā)生了較大的變形，部分鋼拱架扭曲，噴射混凝土出現(xiàn)開裂甚至掉塊現(xiàn)象。PK28+560.75斷面周邊收斂監(jiān)控量測(cè)結(jié)果如圖2所示，拱頂下沉監(jiān)控量測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖2 PK28+560.75斷面凈空收斂各測(cè)線變形

注：?jiǎn)挝籱m；D1、D2為上半斷面左、右拱腳與拱頂測(cè)線；D3為上半斷面拱腳間測(cè)線；D4、D5為下半斷面左、右拱腳與拱頂測(cè)線；D6為下半斷面墻腰間測(cè)線。

圖3 PK28+560.75斷面拱頂下沉變形

從監(jiān)控量測(cè)反饋的信息來看，該段變形主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是在開挖支護(hù)后的2～4 d內(nèi)，周邊收斂和拱頂下沉最為劇烈，而整個(gè)初期支護(hù)封閉成環(huán)后，其變形基本穩(wěn)定，一般在20～30 mm；二是上部拱腳之間的收斂最為明顯，收斂值最大，其次是拱頂下沉，而墻腰處的收斂相對(duì)較小。

結(jié)合該段實(shí)際地質(zhì)及施工情況，分析認(rèn)為導(dǎo)致該段開挖后周邊收斂和拱頂下沉較大的原因有以下幾點(diǎn)：一是該段地層巖性為泥巖，地表有一沖溝，地表水通過節(jié)理、裂隙滲入長(zhǎng)期作用，使得該段巖層軟化，巖石強(qiáng)度及質(zhì)量相對(duì)較低；二是該段采用爆破開挖，由于爆破震動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)和破壞，降低了圍巖的自穩(wěn)能力；三是由于初期支護(hù)設(shè)計(jì)未考慮系統(tǒng)錨桿，僅為鋼架和網(wǎng)噴混凝土，使得初期支護(hù)未與圍巖形成整體；四是上下臺(tái)階長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致初期支護(hù)全環(huán)封閉時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2 控制變形采取的技術(shù)措施

2.2.1 采用機(jī)械開挖，降低開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)

由于爆破開挖方式對(duì)圍巖自穩(wěn)能力的影響較大，這是軟弱圍巖開挖后發(fā)生較大變形的根本內(nèi)在原因，為此，后續(xù)施工中，及時(shí)調(diào)整了開挖方式，由原先的爆破開挖調(diào)整為采用銑挖機(jī)實(shí)施機(jī)械開挖，將開挖對(duì)圍巖自穩(wěn)能力的損害降到最低。

2.2.2 采用微臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖，使初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)

監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反饋的信息表明，初期支護(hù)成環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響最終的收斂值，成環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)，變形越大。在后續(xù)實(shí)際施工中，將上下臺(tái)階之間的臺(tái)階長(zhǎng)度由原來的8 m縮短為5 m，初期支護(hù)成環(huán)時(shí)間由過去的4 d縮短為2～3 d，在一定程度上減小了周邊收斂及拱頂下沉量。

2.2.3 增設(shè)擴(kuò)大拱腳及鎖腳錨桿

針對(duì)該段圍巖軟弱、承載力較低，將該段施工鋼架結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了變更，增設(shè)了擴(kuò)大拱腳，在鋼拱架拱腳處增焊耳片，并將擴(kuò)大后拱腳連通，用噴射混凝土填充，形成連續(xù)基礎(chǔ)。通過擴(kuò)挖拱腳分散拱腳處應(yīng)力，有效控制鋼拱架下沉，同時(shí)，在鋼拱架拱腳兩側(cè)各施工4根φ25砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)4 m，以便約束鋼拱架拱腳位移，如圖4所示。

圖4 擴(kuò)大拱腳及鎖腳錨桿示意

通過采取上述幾種技術(shù)措施，后續(xù)施工中，有效地解決了圍巖開挖后變形較大的問題，周邊收斂和拱頂下沉變形值基本控制在50 mm以內(nèi)。

3 特殊斷面形式下的無軌運(yùn)輸組織

3.1 隧道裝運(yùn)碴組織

3.1.1 裝碴方案比選

該隧道斷面特殊，開挖支護(hù)后，墻腳間凈距僅有4.5 m，此種斷面寬度下，無法采用側(cè)卸裝載機(jī)及自卸汽車直接在開挖面進(jìn)行裝運(yùn)出碴作業(yè)。在施工策劃時(shí)，主要考慮了兩種方案：一種是直接采用挖掘機(jī)裝碴方案，另一種是利用洞碴回填一定高度，使其滿足所需寬度后，再采用側(cè)斜裝載機(jī)裝碴方案。

3.1.1.1 挖掘機(jī)裝碴方案

該方案組織方式為：上下導(dǎo)坑爆破后，先由裝載機(jī)進(jìn)入工作面，將爆破隧碴清理收攏至開挖面后，裝載機(jī)退至錯(cuò)車處。然后挖掘機(jī)倒行至碴頂，一臺(tái)自卸汽車退行至作業(yè)面進(jìn)行裝碴作業(yè)，其余自卸汽車在洞外等候，待洞內(nèi)自卸汽車裝滿開出隧道后，另一臺(tái)自卸汽車才能進(jìn)入繼續(xù)裝碴作業(yè)。

這種方案存在突出缺點(diǎn)，一是裝碴不能連續(xù)作業(yè)，且自卸汽車全部要倒行至作業(yè)面，若隧道掘進(jìn)較長(zhǎng)時(shí)，出碴工序循環(huán)時(shí)間將會(huì)相當(dāng)長(zhǎng)，影響施工進(jìn)度。二是不能組織開挖、二襯、仰拱等多工序同時(shí)作業(yè)，嚴(yán)重制約隧道總體施工進(jìn)度。

3.1.1.2 側(cè)卸裝載機(jī)裝碴方案

該方案實(shí)施的先決條件是必須采用爆破隧碴將隧底回填至一定高度，確保在此高度下，洞內(nèi)行車寬度有6.0～6.5 m，這樣既能滿足側(cè)卸裝載機(jī)與自卸汽車裝碴作業(yè)，自卸汽車又可在洞內(nèi)未作仰拱混凝土加高地段進(jìn)行會(huì)讓，其運(yùn)輸組織與一般隧道無軌運(yùn)輸相同。

通過比較，實(shí)際施工中，最終選取了側(cè)卸裝載機(jī)裝碴方案。

3.1.2 裝運(yùn)碴設(shè)備配置

在確定采用裝載機(jī)裝碴方案后，結(jié)合隧道斷面大小、襯砌臺(tái)車凈空以及開挖方法等情況，該隧道裝運(yùn)碴設(shè)備配置情況如下，見表1。

表1 隧道裝運(yùn)碴設(shè)備配置表

3.1.3 裝運(yùn)碴組織方式

為避免自卸汽車長(zhǎng)距離倒車行駛，實(shí)施過程中，在洞內(nèi)每500 m設(shè)置一處擴(kuò)大段，供運(yùn)輸車輛在洞內(nèi)掉頭。根據(jù)該隧道所選用施工機(jī)械外形尺寸，擴(kuò)大段長(zhǎng)度為12 m，在原來斷面寬度基礎(chǔ)上加寬度2.48 m，擴(kuò)大段均設(shè)置在隧道的同一側(cè)，以便隧道各種管線的布置管線，如圖5所示。

圖5 擴(kuò)大段設(shè)計(jì)示意

隧道裝運(yùn)碴作業(yè)運(yùn)輸組織方式為：上下臺(tái)階同時(shí)爆破，人工找頂清除危巖并初噴混凝土后，利用挖掘機(jī)將上臺(tái)巖碴翻至下臺(tái)階，并將有關(guān)鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)片等材料和機(jī)具運(yùn)送至上臺(tái)階，為上臺(tái)階及早進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)創(chuàng)造工作面和條件。完成上述工作后撤出挖掘機(jī)，裝載機(jī)及自卸汽車裝運(yùn)設(shè)備進(jìn)至作業(yè)面開始裝運(yùn)碴作業(yè)。

將自卸汽車分為兩組，第一組為3輛，其余為第二組，第二組自卸車數(shù)量根據(jù)掘進(jìn)長(zhǎng)度適當(dāng)增加至3輛。開始時(shí)，第一組3輛自卸汽車依次行駛到擴(kuò)大段掉頭后退至裝碴作業(yè)面進(jìn)行裝碴，第二組自卸汽車在洞外或擴(kuò)大段等待，待第一組自卸汽車裝滿出洞后，第二組再依次進(jìn)入裝碴作業(yè)面，進(jìn)行裝碴。第一組自卸汽車返回后，根據(jù)情況在洞外或洞內(nèi)擴(kuò)大段等待。

3.2 二次襯砌作業(yè)運(yùn)輸組織

3.2.1 二次襯砌臺(tái)車的加固設(shè)計(jì)

與正常情況的襯砌臺(tái)車不同，受作業(yè)空間限制，在臺(tái)車就位后，若對(duì)襯砌臺(tái)車大梁采用常規(guī)方法進(jìn)行加固鎖定，將侵占二襯臺(tái)車凈空，導(dǎo)致運(yùn)輸車輛無法穿行襯砌臺(tái)車。為此專門增設(shè)了一組臺(tái)車鋼腳撐，與臺(tái)車兩側(cè)模板下緣鉸接，鋼腳撐設(shè)計(jì)成軌枕形狀，每1.5 m一道，腳撐上布置臺(tái)車走形鋼軌，并與腳撐栓接成整體，在腳撐之間填平碎石，便于設(shè)備通行，成功地解決了灌注二襯混凝土?xí)r，由于混凝土測(cè)壓力作用，導(dǎo)致臺(tái)車下部向內(nèi)收斂變形的問題，如圖6所示。

圖6 隧道襯砌臺(tái)車及腳撐

3.2.2 二次襯砌作業(yè)運(yùn)輸組織

因隧道斷面限制，若在已二次襯砌位置布置輸送泵、混凝土罐車進(jìn)行拱墻襯砌作業(yè)，整個(gè)隧道運(yùn)輸通道將完全被阻斷，因此，施工中,將隧道二次襯砌作業(yè)的輸送泵、混凝土罐車布置在隧道回填加寬段，出碴作業(yè)區(qū)段的后面，如圖7所示。

襯砌時(shí)，混凝土罐車直接行駛至輸送泵前面，調(diào)整好位置，泵送完成后，混凝土罐車退至擴(kuò)大段掉頭后開出洞外，另一輛混凝土罐車再開進(jìn)洞內(nèi)，循環(huán)往復(fù)，直至本次襯砌灌注完畢。在灌注過程中，輸送泵、罐車集中布置于隧道的一側(cè)，基本不影響自卸汽車的裝碴作業(yè)，因此可以同時(shí)組織隧道出碴工序作業(yè)，從而避免了工序間的相互干擾。

圖7 二次襯砌與出碴同時(shí)作業(yè)運(yùn)輸組織示意

4 結(jié)束語

拉舍梅爾隧道進(jìn)口于2006年3月1日進(jìn)洞，出口于2006年3月26日進(jìn)洞，2007年7月5日隧道貫通，2007年8月27日全部完工，單口月平均掘進(jìn)81 m，比照業(yè)主合同工期，提前2個(gè)月完工。通過對(duì)該隧道的施工，有如下體會(huì)：

(1)對(duì)于軟弱圍巖的變形控制，首要的是盡可能減少開挖過程中對(duì)圍巖自穩(wěn)能力的破壞，因此在選擇方式時(shí)，要優(yōu)先選擇機(jī)械開挖方式；其次要盡可能縮短初期支護(hù)全斷面封閉成環(huán)的時(shí)間，目前在所有開挖方法中，全斷面或近似全面的微臺(tái)階開挖最為合適；此外，軟弱圍巖的初期支護(hù)強(qiáng)度必須設(shè)計(jì)足夠，施工時(shí)要嚴(yán)格控制開挖循環(huán)進(jìn)尺，否則容易造成隧道坍塌。

(2)特殊斷面形式隧道，采用何種運(yùn)輸方式，對(duì)于施工成本、施工組織以及施工進(jìn)度都有很大的影響，需要在施工籌劃階段，結(jié)合工程特點(diǎn)、工期要求等因素認(rèn)真去分析和研究。

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