蔡福來

（中鐵隧道集團二處有限公司，助理工程師，河北 三河 065201）

1 引言

地質(zhì)條件是影響隧道施工進度、質(zhì)量的重要因素之一。針對不同的地質(zhì)條件，在隧道開挖與支護時，其方案雖會有所不同，但隧道在修建時如何克服可能遇到的上覆巖土層問題卻是共同的任務(wù)，尤其如何破解巖層風(fēng)化破碎比較嚴重和軟質(zhì)巖土加大隧道口施工難度矛盾更是如此。實際施工表明，開挖后如何減少圍巖松動，控制圍巖的穩(wěn)定性對于解決上述問題至關(guān)重要。張咪等［1］利用數(shù)值模擬的方法對深埋軟巖的開挖及支護方案進行研究，得出應(yīng)力重新分布后的應(yīng)力集中區(qū)，為支護方案的制定提供了參考。徐成明［2］研究證明針對明埡子隧道的軟弱圍巖，CRD法開挖使圍巖的變形量最小。張?zhí)炱娴龋?］砂土隧道開挖引起圍巖變形進行研究，并對其造成的地表沉降進行分析。婁志峰［4］對濕陷性黃土隧道開挖的控制要點進行了總結(jié)。劉繼南［5］探討了隧道仰拱施工技術(shù)問題，并對可能出現(xiàn)的問題提出應(yīng)對措施。

本文在上述學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作實踐深入理性思考，形成并提出隧道在濕陷性黃土中施工方案，該方案經(jīng)實際工程證明能夠有效地控制圍巖的穩(wěn)定性，確保工程安全順利完成。

2 工程概況

新建某隧道位于甘肅省，屬黃土臺塬區(qū)，地形西高東低，地面最大相對高差250 m。隧道為雙線單洞，最大埋深102 m，全長6 782.45 m。該隧道所處地段水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水埋深50～70 m。隧道進口段頂部圍巖具有濕陷性，濕陷等級為Ⅲ級，土層厚度在17～20 m 之間。圍巖含水率實測高達22%～31%，呈軟塑狀態(tài)，開挖后圍巖強度降低，穩(wěn)定性很差，極易崩解、掉塊，形成垮塌，施工風(fēng)險高、難度大。

3 隧道施工方案

根據(jù)工程地質(zhì)、水文等自然條件，注重總結(jié)既往類似施工經(jīng)驗教訓(xùn)，有針對性、創(chuàng)新性地研究制定新建隧道施工方案。

3.1 預(yù)支護由于濕陷性黃土圍巖強度低，穩(wěn)定性差，必須在隧道開挖前對圍巖進行有效加固，以增大其穩(wěn)定性和強度，為隧道安全順利施工奠定基礎(chǔ)。施工單位經(jīng)過綜合因素分析和方式方法比選，決定在隧道開挖前，對其采用管棚和超前小導(dǎo)管進行預(yù)支護。

管棚采用地質(zhì)鉆機鉆孔，分段頂入管棚，然后進行注漿加固。小導(dǎo)管的施工則采用風(fēng)鉆鉆孔，現(xiàn)場攪拌漿液，注漿機注漿加固；鋼拱架采用洞外加工廠分節(jié)預(yù)制，然后在洞內(nèi)進行安裝；鋼筋網(wǎng)采用在洞外預(yù)制成品，然后在洞內(nèi)鋪裝；錨桿采用自行加工，現(xiàn)場安裝的方法；在拌合站將噴射混凝土集中攪拌，然后通過混凝土運輸車運送至現(xiàn)場，采取機械手濕噴的方法進行作業(yè)。

3.2 洞口開挖主要包括洞口土石方開挖和洞口邊仰坡防護兩方面工作，具體要求如下：

3.2.1 洞口土石方開挖

1）為避免山洪等對邊坡的沖刷，應(yīng)在洞門開挖之前先修筑截、排水溝。由人工配合反鏟自上而下開挖，開挖至暗洞超前支護相應(yīng)標(biāo)高時，隨即進行超前支護。

2）要認真落實邊仰坡刷坡自上而下分層開挖要求，每層高度為2 m，開挖完成后要及時進行錨桿網(wǎng)噴支護。同時，要做好坡面噴砼防護層與原坡面銜接，以防邊仰坡防護受到損壞。

3.2.2 洞口邊仰坡防護

1）在做好日常及重點防護的同時，還要注意落實臨時防護措施，如采取噴錨、格構(gòu)網(wǎng)等進行洞口邊仰坡防護。

2）要針對洞頂巖層裂隙較多特點，采用漿砌片石或砼鋪砌溝底等方法防止地表水滲漏到隧道，漿砌片石要用砂漿抹面。

3.3 洞身開挖洞身開挖要進行超前探測，人工配合機械開挖。洞身開挖方案主要包括：淺埋段采用三臺階法；深埋段采用三臺階預(yù)留核心土法和局部地段設(shè)臨時仰拱等三種。各施工方案內(nèi)容及工藝要求分述如下：

3.3.1 三臺階開挖法 三臺階開挖法工序如圖1 所示。

1）上臺階開挖內(nèi)容及要求：每循環(huán)進尺1 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并架設(shè)鋼架，及時施做鋼筋網(wǎng)，打設(shè)鎖腳錨管，并將二者焊接牢固，復(fù)噴砼至設(shè)計厚度后打設(shè)錨桿。

2）中臺階開挖內(nèi)容及要求：要在上臺階施工至4 m 處進行開挖，每循環(huán)進尺1～2 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并及時進行中臺階初期支護（同上臺階）。

3）下臺階開挖內(nèi)容及要求：要在中臺階施工至4 m 處進行開挖，每循環(huán)進尺1～2 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并施做下臺階初期支護（同上、中臺階）。完成下臺階開挖支護，應(yīng)盡快開挖仰拱以及制作仰拱鋼架，并達到及時快速與上部鋼架封閉成環(huán)。

圖1 三臺階工序示意圖

3.3.2 三臺階預(yù)留核心土法 三臺階預(yù)留核心土法工序如圖2所示。

1）上部弧形導(dǎo)坑開挖內(nèi)容及要求：當(dāng)拱部超前支護完成后，使用環(huán)向的方式對上部弧形導(dǎo)坑進行開挖，預(yù)留核心土4 m。開挖循環(huán)進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，后續(xù)工作與三臺階法一致。

2）左右側(cè)中臺階開挖內(nèi)容及要求：左右側(cè)臺階要錯開2～3榀拱架，臺階中部預(yù)留核心土4 m，后續(xù)工作與三臺階法一致。

3）左右側(cè)下臺階開挖內(nèi)容及要求：左右側(cè)臺階要錯開2～3榀拱架，臺階中部預(yù)留核心土4 m，后續(xù)工作與三臺階法一致。

4）上中下臺階預(yù)留核心土開挖。

5）隧底開挖內(nèi)容及要求：在完成下臺階的開挖和支護工作后，應(yīng)盡快開挖仰拱以及制作仰拱鋼架，并達到及時快速與上部鋼架封閉成環(huán)。

圖2 三臺階預(yù)留核心土法工序示意圖

3.3.3 三臺階臨時仰拱法 三臺階臨時仰拱工序如圖3所示。

1）拱部超前支護完成施工后，采用環(huán)向方式開挖上臺階，當(dāng)完成上部開挖，隨即初噴4 cm 厚砼，架立鋼架，施做鋼筋網(wǎng)后復(fù)噴砼至設(shè)計厚度并且打設(shè)錨桿，底部噴10 cm砼作為臨時仰拱封閉。

2）當(dāng)上臺階施工到4 m 處，開始對中部臺階進行開挖，將鋼架接長，然后進行洞身結(jié)構(gòu)的初期支護以及封底工作，其具體工序和上臺階一致。

3）中臺階開挖4 m 后，開始對下部臺階開挖，及時封閉初期支護，措施同中上臺階。下臺階開挖支護完成后應(yīng)及時開挖仰拱并將初支封閉成環(huán)。

3.4 施工時注意問題

1）由于圍巖為濕陷性黃土，所以施工應(yīng)注意避開雨季；

2）施工過程要做好超前預(yù)測預(yù)報；

3）各項工藝指標(biāo)都應(yīng)嚴格滿足設(shè)計要求；

4）做好開挖與支護的銜接工作，保證工程安全順利實施。

圖3 三臺階臨時仰拱工序示意圖

4 結(jié)論

本文對濕陷性黃土圍巖的施工方案進行了研究，文中提出的預(yù)支護方案以及洞身開挖方案經(jīng)過工程實踐證明可以有效地增強濕陷性黃土圍巖的強度，提高穩(wěn)定性，保證工程的順利進行，為其他類似地質(zhì)條件的隧道開挖提供參考。