沈琦

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川成都 611130）

1 依托工程背景

1.1 工程概況

浩吉鐵路（項目名稱為蒙華鐵路），為國家“北煤南運”新的戰(zhàn)略大通道，全長1813.5 公里。新建浩吉鐵路土建工程18 標(biāo)段位于河南省南陽市境內(nèi)，正線長度為49.787km。浩吉鐵路土建工程18 標(biāo)段方山1 號隧道長1135m，隧道采用單洞雙線形式，內(nèi)設(shè)置4.9‰單面上坡。隧道以剝蝕丘陵為主，相對高差80～160m 左右，隧道最大埋深165m，大部分基巖裸露，局部地段有殘破積土層分布。

1.2 主要地質(zhì)情況及病害

方山1 號隧道出口段表層為第四系殘坡積層，粉質(zhì)黏土,棕黃色～棕紅色，含少量碎石，硬塑，厚0～1.0m。下伏Z1 變凝灰?guī)r、綠泥片巖，灰綠色，中厚層狀，巖質(zhì)較軟，強風(fēng)化～弱風(fēng)化，巖體破碎～較破碎。

方山1 號隧道出口段地表巖溶中等發(fā)育，受到降雨長期侵蝕作用，出口段邊坡形成了巖石與松散土層（殘坡積層）的交接面，抵抗變形能力差，隧道開挖施工擾動后，在自重的作用下易發(fā)生脫落、透頂，嚴(yán)重時造成初期支護嚴(yán)重變形，侵入二襯施工界限的情況。

1.3 亟待解決的施工難題

在此技術(shù)背景下，針對方山1 號隧道淺埋松散地層的出洞施工，亟待解決兩大施工問題：

（1）如何選擇圍巖支護襯砌類型，確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，

（2）采用何種方案處理淺埋松散地層，確保隧道安全出洞。

2 施工中遇到問題及過程處理措施

2.1 出口段支護類型加強措施

方山1 號隧道距離洞口0～25 米隧道埋深為0～13m，距離洞口0～15 米為松散殘坡堆積體，距離洞口15～45 米地表溶槽發(fā)育。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報情況和現(xiàn)場踏勘實際情況，對出口段圍巖級別和襯砌類型進行了提前的預(yù)判和調(diào)整，具體調(diào)整情況見表1。

表1 方山1 號隧道進口K0+0～+45 段變更情況

2.2 開挖過程中初支開裂變形情況

方山1 號隧道在距離洞口19～35 米時開挖過程中，受到出口段邊坡松散體的影響，開挖段和已經(jīng)支護段圍巖穩(wěn)定性開始逐漸變化，并且日趨嚴(yán)重，主要變化表述見表2。

表2 方山1 隧道出口段開挖過程中初支變化情況統(tǒng)計表

2.3 紅色預(yù)警出現(xiàn)情況

方山1 號隧道在中臺階距離洞口19-18 米時開挖過程中，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)紅色預(yù)警情況，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表3。

表3 方山1 號隧道出口段監(jiān)控量測情況表

監(jiān)控測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)紅色預(yù)警后，方山1 號隧道內(nèi)也出現(xiàn)了嚴(yán)重的次生病害，具體病害情況說明如下：

（1）線路右側(cè)巖土從距離洞口16 米位置向大里程發(fā)生局部滑落；

（2）距離洞口15～20 米的洞頂?shù)乇硗裂貛r性分界線發(fā)生開裂沉陷；

（3）距離出洞口15 米的位置已噴護的邊坡表層連帶滑塌；

（4）距離洞口27～15 范圍尚未封閉成環(huán)段右側(cè)及拱頂拱架整體下沉變形。

2.4 紅色預(yù)警處理情況

方山1 號隧道出現(xiàn)紅色預(yù)警出現(xiàn)后，立即暫停所有開挖作業(yè)，對線路右側(cè)已開挖的中臺階進行了堆渣反壓，并對距離洞口15～20 米范圍右側(cè)上中臺階接頭處開展注漿加固處理。

采取加固措施后，監(jiān)控量測值逐漸趨于穩(wěn)定，初支變形得到有效控制。此時，經(jīng)測量復(fù)核斷面，方山1 號隧道距離洞口15～33 米范圍發(fā)生變形較大、初支侵限嚴(yán)重，距離洞口15～27米實測初支斷面侵限情況見表4。

表4 方山1 號隧道進口段實測初支斷面侵限情況

3 出洞方案研究與實施

由于方山1 號隧道紅色預(yù)警的出現(xiàn)，導(dǎo)致隧道距離洞口位置15 米時提前出洞，導(dǎo)致原設(shè)計方案無法實施。經(jīng)過各參與方的研究，提出了拱部采用“暗洞明做”施工方案。即清除表層松散體后，在明洞的情況下施工格柵鋼架、噴射混凝土等初期支護措施，同時輔助其他措施加強拱部穩(wěn)定性。拱部“暗洞明做”施工完成后，再進行初支嚴(yán)重侵限部位的換拱施工，二襯施工完成后回填表土后成洞。

3.1“暗洞明做”施工方案

“暗洞明做”施工方案具體說明如下：

（1）K0+27～+15 段，中臺階、下臺階部位增加臨時橫撐，橫撐采用φ159 鋼管；線路左、右側(cè)拱墻部位（格柵鋼支撐A 單元拱腳向上2m 范圍以下）進行徑向注漿加固，采用Φ42 鋼花管，注漿深度5m。

（2）K0+15～+0 段，上臺階部位增加臨時仰拱，并與A 單元鋼架焊接豎向增加橫3 排豎撐，支撐均采用φ159 鋼管；鋼架外側(cè)澆筑素混凝土回填，對外露邊仰坡進行防護，防護厚度不小于1.0m，坡度1:1～1：2，混凝土標(biāo)號采用C15。

具體施工方案見圖1。

施工后的效果見圖2。

3.2 實施期間監(jiān)控量測情況

施工期間，距離洞口13 米、18 米的兩個監(jiān)測點出現(xiàn)了日變化量3.91mm、4.74mm，達到黃色預(yù)警值。預(yù)警發(fā)生時，現(xiàn)場正在對K0+15 右側(cè)邊墻進行徑向注漿加固處理，預(yù)警原因分析為：“由于該段埋深較淺，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)松散、空隙率較大，在注入較多漿液后（約12m3），初支背后巖體自重增加，受徑向注漿施壓（設(shè)計1～1.5Mpa）共同作用，初支受力加大發(fā)生收斂變形，造成預(yù)警”。

圖1“暗洞明做”施工方案示意圖（圖片版）

圖2“暗洞明做”施工方案效果圖

預(yù)警發(fā)生后，現(xiàn)場立即暫緩了徑向注漿，對K0+27～+15 段回填洞碴并開展施做臨時仰拱等上述其它加固措施，最后再進行注漿，并采取了“間歇注漿，線路左右側(cè)注漿間隔交替進行，同時嚴(yán)格控制單孔注入量，并在注入率較大時降低注漿壓力”措施。采取措施后，現(xiàn)場施工期間，該段監(jiān)控量測值變化減小，日變化量和累計變化量未再超過預(yù)警值。

3.3 侵限部位換拱施工方案

現(xiàn)場將按照三臺階臨時仰拱法施工工序，嚴(yán)格控制開挖進尺和臺階步距，做到每循環(huán)開挖不超過1 榀鋼架距離，逐榀施做下部臨時仰拱或仰拱封閉成環(huán)后，再逐榀拆除上部臨時仰拱，并根據(jù)施工進度同步開展徑向注漿工作。

待進口段開挖、初支及注漿加固全部施工完畢后，先施做仰拱混凝土，在最大限度確保圍巖穩(wěn)定和隧道結(jié)構(gòu)安全前提下，再進行侵限嚴(yán)重段的換拱施工。

施工過程中，加強監(jiān)控量測和觀察工作，當(dāng)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，及時采取應(yīng)急措施。

4 結(jié)論

浩吉鐵路方山1 號隧道出口段45 米范圍內(nèi)，埋深0～13m，受到巖溶地表水長期侵蝕影響，隧道到巖石與松散巖體分界線明顯，形成了軟弱互層。松散巖體由于自穩(wěn)能力能力差，自重、地應(yīng)力等直接施加于隧道初期支護，造成了隧道局部初期支護嚴(yán)重變形，初期支護侵入二襯限界，發(fā)生了多次監(jiān)控量測紅色預(yù)警。針對實際地質(zhì)情況，首先提出了支護類型加強的方案，當(dāng)松散覆蓋層小于5 米時，提出了“暗洞明做”的施工方案，取得了良好的效果，處理完成后，支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)超限。目前浩吉鐵路已經(jīng)開通，通過運營情況來看，處理效果良好，形成的隧道淺埋松散地層出洞施工技術(shù)對國內(nèi)外類似工程施工有著重要的指導(dǎo)意義。