蔡曉瑞

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司， 浙江 湖州 313000）

1 工程概況

新建麗香線南起麗江站，北至香格里拉，為國鐵I 級單線電氣化鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h，建設(shè)工期6 年。線路全長139.666km，隧道20 座/92.5km，橋梁32 座/9.4km，路基37.76km，橋隧占比73%。麗香鐵路處于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、應(yīng)力集中度高、多期巖漿侵入的地質(zhì)環(huán)境中，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，活動(dòng)斷裂發(fā)育，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，受褶皺、斷裂及巖漿侵入活動(dòng)的影響，巖體整體性多遭受嚴(yán)重的破壞，巖體松散破碎，自穩(wěn)能力差。根據(jù)應(yīng)力測試資料，區(qū)內(nèi)水平地應(yīng)力值一般較大，勘測階段地表深孔實(shí)測地應(yīng)力16.11～27.79MPa，施工階段洞內(nèi)實(shí)測最大地應(yīng)力5.16～12.70MPa，線路走向與區(qū)域構(gòu)造線大致平行，最大主應(yīng)力近似垂直于線路走向，且順層偏壓問題較為突出，這對隧道邊墻的穩(wěn)定性十分不利。玄武巖夾凝灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖、板巖等巖質(zhì)較軟，遇水易軟化，巖體力學(xué)指標(biāo)急劇降低，導(dǎo)致隧道開挖后收斂變形明顯，累計(jì)變形最大收斂100.3cm，長坪、白巖子、圓寶山等隧道初支大變形、嚴(yán)重侵限。

其中白巖子隧道進(jìn)口緊鄰海巴洛大橋香格里拉端橋臺，出口緊鄰螺螄灣三線中橋麗江端橋臺，進(jìn)口里程D1K61+600，出口里程為D1K65+683，全長4083m，隧道最大埋深約680m。

從圍巖性質(zhì)看，白巖子隧道圍巖巖體屬于強(qiáng)風(fēng)化沉積巖，巖體破碎，褶皺發(fā)育，存在明顯的順層偏壓，且層理傾向多變，控制難度大，圍巖受開挖擾動(dòng)影響大，松動(dòng)圈達(dá)到5～6m，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)大變形，且表現(xiàn)出塑性和流變性質(zhì)。

從開挖工法看，白巖子隧道采用三臺階法施工，圍巖受開挖擾動(dòng)次數(shù)多，剛架連接差，初期支護(hù)封閉周期長，支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力低，未形成對圍巖的有效支護(hù)。

從隧道斷面形狀看，單線鐵路隧道高跨比相對較大（約1.4），且邊墻采用直墻結(jié)構(gòu)，不利于水平收斂控制。據(jù)監(jiān)控量測成果數(shù)據(jù)分析，各隧道洞內(nèi)初期支護(hù)變形大多表現(xiàn)為水平收斂較大，拱頂下沉量較小，且變形速率突變多發(fā)生于工序變換時(shí)（開挖下臺階或仰拱）。

2 兩臺階帶仰拱同步開挖工法簡介

根據(jù)新奧法的理念，隧道支護(hù)體系設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)在于充分發(fā)揮圍巖自身承載力，必須考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用，深埋軟巖隧道存儲的彈性勢能高，一方面要允許圍巖產(chǎn)生一定程度的塑性變形釋放能量；另一方面避免圍巖進(jìn)入松動(dòng)狀態(tài)，需要及時(shí)提供有效的支護(hù)阻力。

針對白巖子隧道前期施工存在的大變形問題，分析認(rèn)為，三臺階法開挖閉合時(shí)間長，尤其是仰拱單獨(dú)挖作為一個(gè)步序，導(dǎo)致初期支護(hù)閉合周期長，不能及時(shí)阻止變形的發(fā)展，變形發(fā)生后，導(dǎo)致鋼拱架閉合困難，結(jié)構(gòu)受幾何非線性影響顯著，換拱頻繁，并存在同一位置多次換拱情況，作業(yè)人員士氣低落，進(jìn)度緩慢。

結(jié)合白巖子隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，通過分析監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)，研究圍巖變形規(guī)律的時(shí)空效應(yīng)，提出兩臺階帶仰拱同步開挖工法。具體工法流程為：上下臺階帶仰拱同時(shí)鉆眼、爆破→通風(fēng)、排險(xiǎn)→扒碴→進(jìn)行上臺階初支、下臺階出碴→進(jìn)行上臺階超前支護(hù)、下臺階立架→噴混凝土。

兩臺階帶仰拱同步開挖工法的上臺階高4.3m，下臺階高4.5m，臺階長度4～6m。該工法具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)上下臺階同時(shí)開挖，同步支護(hù)，短進(jìn)尺、快循環(huán)，各工序緊湊，施工進(jìn)度快；（2）實(shí)現(xiàn)下臺階帶仰拱開挖，快速施工，仰拱初支緊跟掌子面，初期支護(hù)成環(huán)早；（3）采用同步爆破、扒渣，有利于隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免多次爆破對周邊圍巖的擾動(dòng)；（4）臺階短利于仰拱二襯緊跟，保證施工安全步距。

3 工法要點(diǎn)

（1）優(yōu)化工序，平行作業(yè)。利用掌子面打鉆時(shí)間施作錨桿，利用掌子面打超前鎖腳時(shí)間進(jìn)行錨桿注漿，上導(dǎo)立架、下導(dǎo)出渣；下導(dǎo)立架、上導(dǎo)施作超前鎖腳。實(shí)現(xiàn)上臺階和下臺階（含仰拱）平行同步作業(yè)。

（2）快速封閉。兩臺階帶仰拱同步開挖工法初支封閉快，成環(huán)早，鋼架連接質(zhì)量好，二襯仰拱跟進(jìn)時(shí)間短，有效控制變形、避免坍方，杜絕初支侵限換拱現(xiàn)象，安全風(fēng)險(xiǎn)降低。

（3）加強(qiáng)支護(hù)、狠抓落實(shí)。加密超前導(dǎo)管，控制軟弱變形圍巖超挖、防止大面積溜坍；拱架間采用工字鋼相連接，整體受力；雙排鎖腳抑制收斂變形，下導(dǎo)拱架加密超前導(dǎo)管防止垮塌[1]。

邊墻及拱部打設(shè)自進(jìn)式長錨桿，錨桿直徑32mm，每孔打設(shè)3 根錨桿共計(jì)長度6～7.5m，注漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求加設(shè)槽鋼后安裝錨墊板，確保對支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖的約束。錨桿注漿料采用3%的早強(qiáng)劑、10%的膨脹劑、87%的水泥配制膠凝材料，然后按水膠比0.3 進(jìn)行攪拌，確保錨固效果。

（4）增加配制、提高效率。增加掌子面施工作業(yè)人員，提高效率，加快作業(yè)時(shí)間；合理增加機(jī)械設(shè)備，并配制專業(yè)維修隊(duì)，定期保養(yǎng)、維修，確保施工中機(jī)械設(shè)備性能良好。表1 為兩臺階帶仰拱同步開挖工法設(shè)備配置情況。

表1 設(shè)備配置

采用DCM2-90 履帶式隧道錨桿臺車、卡特格蘭地C6 鉆機(jī)等設(shè)備適應(yīng)隧道不同位置和高度的施工，實(shí)現(xiàn)多孔徑鉆孔作業(yè)，兩鉆臂同時(shí)作業(yè)，提高施工效率高。濕噴機(jī)械手確保噴射混凝土的質(zhì)量，減小落漿回彈量，并提高對施工人員的健康防護(hù)。采用新的工法后，循環(huán)時(shí)間大幅度縮短，V 級軟弱大變形隧道由22h 縮短至15h 工效提升近1/3，月進(jìn)尺由35m 左右提高到月進(jìn)尺最高85m，月進(jìn)尺增長142.8%。

（5）重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。現(xiàn)場時(shí)常會遇到實(shí)際開挖揭示地質(zhì)與設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)存在較大差異，因此，施工階段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作尤為重要。充分利用超前水平探孔、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、TSP 等超前預(yù)報(bào)手段，探明前方實(shí)際圍巖情況，確保施工安全。

（6）強(qiáng)化量測。監(jiān)控量測是軟弱圍巖隧道安全施工的“眼睛”，是判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、指導(dǎo)軟弱圍巖隧道安全施工“最重要”的信息化手段，加強(qiáng)圍巖觀測，數(shù)據(jù)及時(shí)反饋，通過量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，動(dòng)態(tài)調(diào)整現(xiàn)場支護(hù)措施。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文針對深埋軟巖單線鐵路隧道大變形的問題，結(jié)合具體工程，開展兩臺階帶仰拱同步開挖工法的應(yīng)用，取得了良好的施工效果，可為今后的類似工程提供借鑒。