劉滿

（中鐵五局一公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工技術(shù)的探討

劉滿

（中鐵五局一公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

由于軟弱地層常出現(xiàn)風(fēng)化帶、地形偏壓、軟弱堆積物、軟弱圍巖等特殊的地質(zhì)問(wèn)題，淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過(guò)程中面臨著的圍巖變形的困難。除此之外，淺埋軟弱圍巖隧道與普通隧道不同，必須選擇合適的施工方法避免拱頂下沉或者地表開(kāi)裂的問(wèn)題。本文結(jié)合淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工難點(diǎn)，提出了具體的施工方法。

軟弱圍巖；大跨隧道；施工

圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境和施工方法都關(guān)系著隧道工程的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，傳統(tǒng)的隧道施工中一般應(yīng)用鉆爆法，在一定程度上影響了圍巖的穩(wěn)定性，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)松弛或者開(kāi)裂現(xiàn)象，產(chǎn)生松弛后的圍巖需要采用強(qiáng)大的支護(hù)結(jié)構(gòu)才可以維持安全的狀態(tài)。因此，淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際地質(zhì)環(huán)境采用高效且合理的施工方法。

1 淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工難點(diǎn)

由于圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，使得淺埋軟弱圍巖容易出現(xiàn)變形問(wèn)題，這是在大跨隧洞中面臨的重要技術(shù)挑戰(zhàn)，軟弱圍巖的變形問(wèn)題常見(jiàn)于淺埋圍巖和低強(qiáng)度圍巖中，其中低強(qiáng)度圍巖包括煤系地層和變質(zhì)巖[1]。一旦出現(xiàn)圍巖變形問(wèn)題，將嚴(yán)重影響大跨徑隧道的施工，施工人員無(wú)法在第一時(shí)間做出正確的判斷，可能引發(fā)安全事故。另外，地下水會(huì)對(duì)隧洞造成影響，地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將對(duì)巖體顆粒形成動(dòng)力作用，對(duì)巖體造成一定程度的損壞，降低了巖體強(qiáng)度，提高了巖體孔隙率。在施工過(guò)程中，圍巖的自穩(wěn)能力將變差，同時(shí)頁(yè)巖和粉巖在水體的作用下發(fā)生軟化，降低了圍巖工程力學(xué)性質(zhì)。

在淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工中，設(shè)計(jì)提供的變形參數(shù)量，最大變形沉降值為30cm，而且不同洞段變形值不同。同時(shí)，在受到地下水影響的情況下，所揭露出的地質(zhì)條件與勘測(cè)階段所提供的地質(zhì)資料差異性較大，給施工帶來(lái)了較大的難度。主要表現(xiàn)在：預(yù)留變形值的設(shè)置；采用臺(tái)階的長(zhǎng)度和核心土挖除時(shí)間控制；鋼支撐尺寸選擇和輔助超前支護(hù)系統(tǒng)的配合[2]。目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的大跨隧道施工方法主要有上半斷面臺(tái)階法、中壁法和雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法。本文主要介紹上半斷面臺(tái)階法、雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法的應(yīng)用。

2 上半斷面臺(tái)階法

臺(tái)階法一般以臺(tái)階的長(zhǎng)度分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法三種方法。這三種方法中臺(tái)階的長(zhǎng)度是根據(jù)初次支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間來(lái)決定，圍巖越差其對(duì)閉合時(shí)間的要求也越短。通常情況下一般的隧道斷面適當(dāng)選擇臺(tái)階長(zhǎng)度是可以適應(yīng)從土質(zhì)到巖質(zhì)較為廣泛的地質(zhì)。

長(zhǎng)臺(tái)階法是將斷面分成上半斷面以及下半斷面兩部分分別進(jìn)行開(kāi)挖，通常情況下一般上臺(tái)階超前50m以上或者大于5倍洞徑，而上端面和下端面相距100～150m左右可以進(jìn)行循環(huán)開(kāi)挖，也可以采取平行開(kāi)挖的方法。短臺(tái)階法的臺(tái)階長(zhǎng)度通常在20～50m左右，通常情況下臺(tái)階長(zhǎng)度小于5倍但大于1～1.5倍洞徑，兩個(gè)斷面比較近，會(huì)對(duì)作業(yè)造成干擾。由于短臺(tái)階會(huì)縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合時(shí)間并且改善初次支護(hù)的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，因此其使用的范圍比較廣泛。Ⅱ～Ⅵ類圍巖都可以采用，并且尤其適合Ⅱ～Ⅲ類圍巖[3]。

超短臺(tái)階法的臺(tái)階長(zhǎng)度一般都小于坑道跨度，約在3～5左右，由于超短臺(tái)階法初次支護(hù)全斷而且閉合時(shí)間更短，更有利于控制圍巖變形和控制沉降，所以更加有利于膨脹圍巖以及土質(zhì)圍巖等要求及早閉合斷面的場(chǎng)合。但這種方法存在一定的缺陷，即上下斷面施工干擾大，生產(chǎn)率低，施工速度慢。采用超臺(tái)階施工時(shí)需要注意以下問(wèn)題：在軟弱圍巖施工時(shí)，需要特別注意開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定性，必要時(shí)需要采取輔助型的施工措施。上半斷面臺(tái)階由于施工空間大且速度相對(duì)較快，比較適應(yīng)大型機(jī)械的開(kāi)挖，在大部分圍巖條件下都可以采用。

在臺(tái)階法應(yīng)用的過(guò)程中，需要針對(duì)軟巖的特點(diǎn)預(yù)留變形量，對(duì)軟巖洞段周邊進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中，主要監(jiān)測(cè)隧洞內(nèi)壁兩點(diǎn)連線方向的相對(duì)位移或監(jiān)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移量。隧洞周邊位移是圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映，判斷出初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法選取的合理性；采用統(tǒng)計(jì)分析和現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)軟弱軟巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)留變形量的選取進(jìn)行研究。在對(duì)圍巖進(jìn)行合理支護(hù)后，選擇合適的短臺(tái)階法，循環(huán)進(jìn)尺為0.6m，分上、下臺(tái)階預(yù)留“核心土”的方法進(jìn)行開(kāi)挖，上臺(tái)階與下臺(tái)階的距離在5m左右，下臺(tái)階與仰拱的距離在15m以下，下臺(tái)階掌子面與二次襯砌的施工距離在50m以下。

3 雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法

側(cè)導(dǎo)坑法通常會(huì)被分為單側(cè)導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁到坑法。一般多應(yīng)用于大段周圍巖石承受力不好的隧道上，然而正因?yàn)檫@種原因它的施工工藝變得異常復(fù)雜且繁瑣，而且施工進(jìn)度與效率并不是很高。通常情況下，單側(cè)壁導(dǎo)坑法主要是把斷面分成了三個(gè)部分：側(cè)壁導(dǎo)坑1、上臺(tái)階2、上臺(tái)階3。在施工過(guò)程中需要遵循一定的順序：①需要在做好支護(hù)工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行側(cè)壁導(dǎo)坑的施工工作，并且盡可能用最快的速度閉合導(dǎo)坑中的初次支護(hù)；②需要在做好拱部支護(hù)的基礎(chǔ)，進(jìn)行上臺(tái)階2的施工工作，并且需要使兩側(cè)分別支撐在導(dǎo)航初次支護(hù)和上一個(gè)臺(tái)階上；③需要在保證另一側(cè)邊墻的基礎(chǔ)上，進(jìn)行下臺(tái)階3的施工工作，盡可能快速完成底部初次支護(hù)的建設(shè)工作進(jìn)而閉合全斷面[4]。

對(duì)初次支護(hù)導(dǎo)航的臨空部分及進(jìn)行拆除處理，并完成二次襯砌的工作。這一部分的施工流程由于斷面被分成了三個(gè)部分且

開(kāi)挖寬度在每一個(gè)細(xì)節(jié)流程中都不大，所以在一定程度上大大減小了側(cè)導(dǎo)初次支護(hù)的承受力。因此，這種側(cè)導(dǎo)坑法主要應(yīng)用在難以控制地表沉降且擁有較大跨度、比較松軟的圍巖上。

雙側(cè)導(dǎo)坑法通常被人稱為眼睛法，它一般被應(yīng)用于地表沉降較為嚴(yán)格并且擁有較大隧道跨度的圍巖上，這種導(dǎo)坑法主要把斷面分為大小均為一致的四個(gè)部分，即左右側(cè)壁導(dǎo)坑1、上部核心土2以及下臺(tái)階3。它的施工需要遵循的順序有：①需要在及時(shí)有效閉合初次支護(hù)的基礎(chǔ)上，對(duì)一側(cè)導(dǎo)坑進(jìn)行施工作業(yè)，在一定距離之外進(jìn)行一側(cè)導(dǎo)坑的開(kāi)挖立功，同時(shí)需要建設(shè)初次支護(hù)；②在初次支護(hù)建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行上部核心土的施工作業(yè)，并且需要保證其拱腳在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初次支護(hù)上支撐；③則需要在初次支護(hù)建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一次全面的下臺(tái)階施工作業(yè)，并且閉合初次支護(hù)的全斷面；拆除導(dǎo)坑臨空部分的初次支護(hù)處理進(jìn)而完成二次襯砌的工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，在實(shí)際隧道工程中常常遇到淺埋軟弱大跨圍巖施工問(wèn)題，只有結(jié)合實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)，分析施工過(guò)程的難點(diǎn)，采用合理的施工方法，才能杜絕施工質(zhì)量問(wèn)題，推進(jìn)工程進(jìn)度。雖然淺埋軟弱圍巖大跨隧洞也有很多成功案例，但不同的工程有不同的施工特點(diǎn)，本文論述的施工方案希望能為今后類似隧道工程施工提供參考。

[1]傅鑫彬.淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2006，06.

[2]操太林.淺埋大跨軟弱圍巖連拱隧道——黃梅山隧道施工技術(shù)探討[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2003，05.

[3]黃興華.軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D].湖南大學(xué)，2009，02.

[4]傅鑫彬，張俊儒.淺埋、軟弱圍巖中大跨隧道施工方法的研究現(xiàn)狀及評(píng)述[A].中國(guó)交通土建工程學(xué)術(shù)論文集[C（]2006）.2006，05.

U455

A

1673-0038（2015）46-0193-02

2015-10-27

劉滿（1984-），男，四川南充人，工程師，本科，從事鐵路隧道、橋梁施工工作。