朱 寶

（中鐵十九局集團有限公司，北京 100176）

1 工程概況

胡麻嶺雙線隧道是蘭渝鐵路最后一座隧道，全長13 611 m，共設(shè)有7 個輔助坑道（6 個斜井和1 個豎井，6 號斜井設(shè)計優(yōu)化時被取消）。輔助坑道平面布置如圖1所示。

圖1 胡麻嶺隧道輔助坑道平面布置示意（單位：m）

胡麻嶺隧道斜（豎）井（3 座斜井和1 座豎井）1 567.5 m和正洞3 250 m段落均處于第三系富水粉細砂巖地層中。這種地層呈粉細粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)弱膠結(jié)，手捏即成散沙狀。其物理力學(xué)指標見表1［1］。

表1 第三系富水粉細砂巖物理力學(xué)指標

2 施工情況

富水粉細砂巖滲透性低，地下水位高。剛開挖時，掌子面穩(wěn)定性較好，一經(jīng)開挖擾動圍巖表面開始滲水并逐步軟化、層層剝離，逐漸坍塌；水長時間浸潤或浸泡后，掌子面附近含水率逐漸增大，圍巖逐漸軟化，數(shù)小時后呈流塑狀，有水從掌子面或初期支護背后流出，開挖及支護困難。拱部及邊墻出現(xiàn)較大沉降和收斂，個別段落甚至出現(xiàn)初期支護、二次襯砌整體沉降。在水頭差的作用下開挖掌子面時常伴有滲水，局部有股狀涌水、涌砂現(xiàn)象［2-3］。

通常軟巖隧道的開挖方法有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔壁法（Center Cross Diagram method，CRD法）、中隔壁法（Center Diagram method，CD 法）、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法［4-5］。胡麻嶺隧道第三系富水粉細砂巖地層中施工時采用了CD 法、三臺階預(yù)留核心土法和CRD 法，但施工中面臨圍巖穩(wěn)定性極差、斷面滑塌、突水涌砂、初期支護易沉降等問題。

2.1 CD法

2013年11月—2014年9月取 DK77+394—DK77+454段作為CD 法的試驗段。由于CD 法各分部斷面較大，仍需將每個分部再細分為上下臺階施工，初期支護不能及時閉合，收斂大。經(jīng)統(tǒng)計，60 m 長的試驗段中較大變形段長46 m，發(fā)生突水涌砂4 次，拆換拱16 m，歷時264 d，平均進度0.23 m/d，施工進度極其緩慢。CD法不能滿足胡麻嶺隧道施工進度要求。

2.2 三臺階預(yù)留核心土法

DK79+545—DK79+567 段采用三臺階預(yù)留核心土法開挖。2014年10月下旬由于施工擾動滲水量逐漸變大，無法形成核心土（見圖2），掌子面不穩(wěn)定。上臺階支護后沉降和收斂較大，最大收斂值達428 mm，最大沉降量達348 mm，造成該段上臺階右側(cè)侵入二次襯砌限界，拆換拱22 m，3 個月無法向前施工。因此，三臺階預(yù)留核心土法不適用于胡麻嶺隧道。

圖2 三臺階預(yù)留核心土法無法形成核心土

2.3 CRD法

2014年3月23日在 DK76+577—DK76+601 段 采用CRD 法施工，分6 部開挖，見圖3。⑥部開挖過程中有流塑狀的粉細砂涌出，并伴隨溜滑、片幫，同時③部和④部出現(xiàn)臨時仰拱變形、橫支撐扭曲現(xiàn)象。隨后1 d內(nèi)出現(xiàn)初期支護鋼架響動，③部和④部臨時仰拱傾斜下沉、橫支撐混凝土開裂、鋼架鼓起，⑤和⑥部邊墻開裂掉塊，6個月沒有向前施工?？梢姡珻RD 法不能有效控制涌沙引起的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，不適合在胡麻嶺隧道施工中采用。

圖3 CRD法橫斷面示意

3 分部開挖法的應(yīng)用

為確保胡麻嶺隧道施工安全，開挖時間不宜過長，對圍巖的擾動要小，初期支護須快速閉合成環(huán)；當出現(xiàn)流塑或涌水、涌砂時能控制規(guī)模，不出現(xiàn)較大變形；支護結(jié)構(gòu)要相對穩(wěn)定。經(jīng)研究提出了分部開挖法，將掌子面分隔為左、中、右3 個區(qū)，每個區(qū)再分為上、中、下 3 個分部，共劃分出 9 個分部，如圖4所示。開挖順序為先兩邊后中間、由上而下。先挖兩側(cè)①～⑥部，是為了避免側(cè)面的土壤脫落；再開挖中間的⑦部，初期支護做好后，可避免頂部土壤脫落；最后開挖⑧部和⑨部，頂部或側(cè)壁支護先完成可避免塌陷，從而確保施工人員的安全。

圖4 分部開挖法橫斷面示意

3.1 2種施工方法的轉(zhuǎn)換

DK76+910—DK76+925 段采用 CRD 法施工。開挖擾動后圍巖多呈飽和粉細砂狀態(tài)，穩(wěn)定性極差，突涌較嚴重，累計涌出固體量約30 m3。

開挖方法調(diào)整為分部開挖法，首先從掌子面到仰拱端頭間已安裝臨時支撐段增加2道豎支撐＋掛網(wǎng)噴射混凝土；然后拆除原CRD 法中隔壁，向前方開挖逐步形成分部開挖法的斷面，完成體系轉(zhuǎn)換，如圖5和圖6所示。

圖5 從CRD法向分部開挖法的轉(zhuǎn)換

圖6 分部開挖法斷面

分部開挖法的優(yōu)點：劃分為9個分部后各分部面積變小，最先施工的①部和②部開挖面積均小于15 m2；開挖后初期支護能立即閉合成環(huán)，避免了應(yīng)力集中導(dǎo)致的大變形。各分部的支護結(jié)構(gòu)均能及時閉合成環(huán)，承受外部荷載的能力增加，坍塌的范圍和規(guī)模較易控制，保證了整個初期支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.2 主要措施

①對掌子面先進行掛網(wǎng)封閉，然后進行注漿加固；②拱部超前支護并注漿；③初期支護期間全環(huán)設(shè)置I25a型鋼鋼架并噴射C30早強混凝土；④臨時支護采用I20b型鋼鋼架并噴射C25 混凝土；⑤拱墻背后徑向回填注漿；⑥基底采用級配碎石換填；⑦襯砌采用C40鋼筋混凝土。具體施工參數(shù)見表2。

表2 主要措施及其施工參數(shù)

3.3 施工組織

9部開挖和支護各分部作為1個獨立的施工單元，單獨進行施工組織設(shè)計。①部的1 個循環(huán)施工流程為：施作φ42超前小導(dǎo)管并注漿→人工開挖，噴射混凝土封閉掌子面→施作初期支護和豎向臨時支護（初噴混凝土，架立臨時鋼架，并打設(shè)鎖腳錨管）→安設(shè)橫支撐閉合鋼架→復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度→打設(shè)徑向注漿管并注漿。其他各部和①部工序基本相似。

最多5個工作面同時開挖、支護，①，②部進度慢，設(shè)置4 個工班，其余各部設(shè)置3 個工班，共13 個工班，循環(huán)作業(yè)，開挖99人、支護88人，共計187人。各部以6 m 作為一個開挖支護大循環(huán)，0.5 m 作為一個開挖支護小循環(huán)組織施工。每個大循環(huán)10.5 d。其中拆除6 m 臨時支護影響72 h（每次拆除3 m）、降水（洞內(nèi)超前水平真空降水和深井降水）影響24 h、仰拱施工及物料上下運輸影響12 h，有效開挖時間僅6 d，各部每天進尺1 m。在保證降水效果的情況下，每天可進行2個循環(huán)，月進度可達17.1 m。

胡麻嶺隧道正洞3 250 m 富水粉細砂巖段中有2 475 m采用了分部開挖法，初期支護變形均在預(yù)留變形量35 cm范圍內(nèi)，月進度最高可達20.8 m，未出現(xiàn)垮塌、變形侵限等問題。

4 各種施工方法對比

對胡麻嶺隧道各種施工方法進行對比，見表3?？梢姡? 種施工方法中分部開挖法適用于第三系富水粉細砂地層。

表3 各施工方法對比

5 結(jié)論

在胡麻嶺隧道施工以前，第三系富水粉細砂巖地層在國內(nèi)工程中很少見，沒有成熟的開挖技術(shù)。現(xiàn)行TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》和Q/CR 9604—2015《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》中也沒有該特殊地質(zhì)條件下的施工方法。胡麻嶺隧道施工證明了富水粉細砂巖地層隧道采用分部開挖法切實可行。該施工方法具有以下優(yōu)點：

1）將掌子面分成9 個獨立的施工單元，開挖斷面小，初期支護能夠快速閉合成環(huán)，有利于掌子面的穩(wěn)定。

2）有利于控制初期支護的沉降和收斂變形，初期支護更穩(wěn)定。

3）多分部同時開挖，有利于施工組織。

4）與綜合降水、局部注漿相結(jié)合，解決了第三系富水粉細砂巖地層流塑、突涌等問題。