文／中鐵十二局集團(tuán)國際工程有限公司 蔣松

關(guān)鍵字:復(fù)雜地應(yīng)力；軟巖隧道；施工技術(shù)；支護(hù)

1 引言

隨著隧道建設(shè)規(guī)模的不斷增大，其所遇到的地質(zhì)條件就越復(fù)雜。對于軟巖隧道而巖，因其圍巖強(qiáng)度較低，因此在施工時常伴隨有大變形出現(xiàn)，對于隧道施工的安全以及質(zhì)量有較大的影響。

2 工程概況

該隧道采用兩條單線左右分幅的形式，左線全長11560m，右線全長11593m，處于于構(gòu)造剝蝕區(qū)域?；谠撍淼浪幍匦蔚孛玻瑢⑹┕で捌诠ぷ鲄^(qū)劃分為左線正洞以及平導(dǎo)，后期基于設(shè)計變更，將其施工工作區(qū)劃分為左右線正洞以及先行平導(dǎo)三個。鑒于該隧道途徑地質(zhì)較為復(fù)雜，并且存在高地應(yīng)力等地質(zhì)問題，需對隧道施工進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化處理。

3 復(fù)雜地應(yīng)力隧道施工變形監(jiān)測

該隧道具有較高的地應(yīng)力，并且地層走向與隧道軸線基本保持一致向右傾斜。因此在開挖隧道時容易使圍巖出現(xiàn)較大變形，嚴(yán)重可能導(dǎo)致隧道出現(xiàn)崩塌。在該隧道左線正洞內(nèi)某地段選取六個斷面進(jìn)行測試，斷面測點布置如圖1 所示。

圖1 斷面測點布置示意圖

3.1 測試結(jié)果

（1）圍巖壓力：從測點數(shù)據(jù)可知，在雙側(cè)拱腰處有較大的圍巖壓力，綜合現(xiàn)場地應(yīng)力分布特征來看，左側(cè)拱部位置的壓力比右側(cè)要小，兩側(cè)邊墻具有基本一致的圍巖壓力，隧道圍巖保持穩(wěn)定。

（2）初期支護(hù)鋼架應(yīng)力：鋼架具有相對較小的應(yīng)力，其應(yīng)力最大值出現(xiàn)在左側(cè)拱腰處，為76.20mpa，鋼架應(yīng)力基本保持穩(wěn)定。而在仰拱施工時拱架出現(xiàn)有較為明顯的應(yīng)力變化，表明對于隧道穩(wěn)定性而言仰拱的施工有較大的影響。

3.2 量測信息分析

（1）初期支護(hù)壓力和支護(hù)應(yīng)力與施工工序的關(guān)系：該隧道采用三臺階施工法進(jìn)行正洞的施工。對于拱部測點而言開挖中臺階對其應(yīng)力有著較為顯著的影響，對于上部測點而言開挖仰拱對其影響也較大，因此在施工仰拱時應(yīng)注意其一次開挖長度以及封閉的時間，建議仰拱的開挖應(yīng)使其長度在10m 以內(nèi)，在完成開挖之后應(yīng)及時進(jìn)行封閉。

（2）圍巖壓力分布特征：圍巖在拱腳處具有0.41mpa 的最大壓力。就其整體來看，其具有較大的拱部壓力以及較小的邊墻壓力，隧道左右側(cè)具有基本均衡的壓力。

（3）錨桿受力：距其結(jié)果可知，在開挖隧道時洞周塑性區(qū)寬度保持在1.9-2.9m 范圍，初期錨桿具有3.5m 的設(shè)計長度，因此其符合支護(hù)要求。

（4）鋼架具有相對較小的受力，僅具有76.17mpa 的最大值，相比于材料的極限強(qiáng)度而言較小，因此鋼拱架受力基本穩(wěn)定。

（5）初期混凝土噴射時存在不均勻的受力，相比于左側(cè)而言右側(cè)較大，初噴混凝土應(yīng)力在右側(cè)拱腳以及邊墻處均超過容許強(qiáng)度，因此有些許裂縫出現(xiàn)，建議在施工時加強(qiáng)右側(cè)拱部。

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

該隧道多地均處于高地應(yīng)力區(qū)，設(shè)計初期支護(hù)以工字型鋼桁架，以梅花形注漿設(shè)置全斷面錨桿，設(shè)置中控錨桿于拱部，設(shè)置砂漿錨桿于邊墻。錨桿參數(shù)為：2.5m 長，1.1m 橫向及縱向間距。以三臺階五部法進(jìn)行施工開挖，開挖過程具有明顯的圍巖變形以及初期支護(hù)變形，在混凝土掛網(wǎng)噴射處有裂縫出現(xiàn)，最大裂縫出現(xiàn)在右邊側(cè)墻處，達(dá)4mm，并出現(xiàn)局部空洞現(xiàn)象。據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，有20cm 的拱頂沉降以及50-110cm 的最大收斂，初期支護(hù)存在侵入二次襯砌范圍。

4.1 設(shè)計優(yōu)化

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化之后選取橢圓形斷面，并進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，支撐結(jié)構(gòu)采用型鋼鋼架，并將預(yù)留變形量增加到25cm，提高噴射混凝土等級，采用C30 混凝土作為拱墻以及仰拱混凝土，采用C25 混凝土作為仰拱填充混凝土。

4.2 施工工序優(yōu)化

結(jié)合現(xiàn)場條件以及環(huán)形開挖，在原有的施工基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整了開挖的進(jìn)尺長度以及臺階尺寸。以同步開挖和起爆的方式進(jìn)行多臺階開挖。該種施工方案能適應(yīng)圍巖的動態(tài)變化，對收斂沉降進(jìn)行有效控制；通過對支護(hù)高度的調(diào)整，對臺階尺寸進(jìn)行合理劃分，減少施工時間；以三臺階交叉施工的方式進(jìn)行，可平行開展施工，并且在允許適當(dāng)變形時還確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。

對施工工序進(jìn)行優(yōu)化，以不對稱的方式對變形量進(jìn)行控制，以不對稱的方式設(shè)置支護(hù)參數(shù)，以不均勻不對稱的方式設(shè)置爆破裝藥。結(jié)合現(xiàn)場圍巖產(chǎn)狀，確定處巖石在高地應(yīng)力下的傾角與隧道之間的關(guān)系，從而確定隧道在傾角以及地應(yīng)力條件不同時的施工方法，尤其是對于爆破技術(shù)而言?；趦A角以及下部結(jié)構(gòu)不同的受力情況，按照爆破要求，對爆破參數(shù)進(jìn)行計算，對施工參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，采用不均勻不對稱的爆破裝彈技術(shù)，對彈藥含量以及爆破深度等進(jìn)行調(diào)整，最大程度上降低了施工對地層的擾動。

對于復(fù)雜地應(yīng)力下軟巖隧道而言，施工的關(guān)鍵在于支護(hù)結(jié)構(gòu)的封閉。在現(xiàn)場條件允許的情況下，應(yīng)使支護(hù)結(jié)構(gòu)盡可能早的進(jìn)行閉合，尤其是對于初期支護(hù)結(jié)構(gòu)而言。在封閉了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的時候，應(yīng)盡可能早的進(jìn)行仰拱的施工以及填充，此時對于結(jié)構(gòu)而言相當(dāng)于擁有一雙“靴子”，確保了隧道下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

在初期支護(hù)施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格做好圍巖的監(jiān)控工作，以確保圍巖的穩(wěn)定性。若施工時出現(xiàn)問題應(yīng)及時解決，以確保施工安全性。為對圍巖變形進(jìn)行控制，若現(xiàn)場所需，可在施工上臺階時安放臨時仰拱，其主要由鋼架與C20 混凝土噴射形成，兩者縱向采用鋼筋進(jìn)行連接。

5 二次襯砌施工參數(shù)優(yōu)化

5.1 仰拱施工工藝優(yōu)化

對于復(fù)雜地應(yīng)力隧道而言，施工的關(guān)鍵點在于支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉時間。若較早進(jìn)行仰拱封閉施工，容易因縱向施工縫的存在而對結(jié)構(gòu)受力造成影響，對于地應(yīng)力較高地區(qū)的仰拱而言，容易使其出現(xiàn)開裂變形，從而導(dǎo)致有錯臺現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，本項目選用的施工方案為整體仰拱現(xiàn)澆法。

5.2 無軌運輸仰拱的施工

澆筑仰拱時應(yīng)分為兩次進(jìn)行，并將每次澆筑的長度控制在3-5m。以對此的兩組合梁構(gòu)成便橋。對于無軌運輸而言，可在其前后設(shè)置多幅拖拉式便橋，仰拱開挖時需做好施工組織，以確保施工時做到有序，快速，以盡可能早的實現(xiàn)封閉。若現(xiàn)場條件較差，可依據(jù)圍巖變形情況，在在徑向設(shè)置錨桿以補(bǔ)強(qiáng)初期支護(hù)。因其是單線鐵路速調(diào)，在施工其他作業(yè)時會對該工序造成干擾，尤其對物資運輸而言。因此需加快仰拱的施工進(jìn)度，以避免其影響到其他工序。

5.3 有軌運輸仰拱的施工

對有軌運輸而言，采用支墩式棧橋進(jìn)行施工。應(yīng)以左右分幅的方式進(jìn)行開挖，以避免其對軌道內(nèi)其他交通造成影響，可根據(jù)初期支護(hù)的變形程度對一次澆筑長度進(jìn)行控制。結(jié)合現(xiàn)場仰拱的開挖，應(yīng)以左右交替的方式進(jìn)行軌道的撥道，支墩間距的設(shè)置則以初期支護(hù)的封閉長度進(jìn)行選取。在該項目中，因其有軌運輸采用的是左右上下四線運輸，因此其對隧道內(nèi)其他工序的影響較小。

6 結(jié)語

該隧道所處區(qū)域具有的高地應(yīng)力，順層偏壓大的特點，因此其施工時所采用的方法對隧道安全性具有較大的影響。結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，在環(huán)形開挖的基礎(chǔ)上，采用“三臺階五部”的方式進(jìn)行隧道的開挖。對開挖進(jìn)尺以及臺階尺寸進(jìn)行優(yōu)化，選用“同步爆破多臺階同步開挖”，對變形較大的地區(qū)，采用不對稱預(yù)留變形量，不對稱設(shè)置支護(hù)參數(shù)以及不均勻不對稱裝藥的施工方式。