王天喜 WANG Tian-xi

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

根據(jù)大量工程施工地質揭示，西南地區(qū)地質狀況在全國范圍內(nèi)一直以來都較為復雜，給施工帶來了很多考驗，例如，廣西地區(qū)的隧道溶洞處治，四川地區(qū)的巖爆施工難題及云南的滇中紅層等等，無論哪一種都是棘手的施工難題。

滇中地區(qū)位于云南省中部，滇中紅層為該地區(qū)一種典型軟巖。根據(jù)當?shù)氐匦翁攸c及設計情況，部分隧道長距離穿越淺埋段，埋深在100m 范圍之內(nèi)，長度可能達幾百至近千米不等，長距離穿越軟巖淺埋段施工，可能面臨軟巖大變形、涌水突泥、圍巖失穩(wěn)等地質問題，無論是對于施工安全、質量，還是對工期進度等各方面，都將是一個巨大的挑戰(zhàn)。[1]

本文依托山田隧道，針對目前的變形沉降情況，對隧道淺埋段變形影響因素進行研究，提供了一套淺埋段軟巖大變形控制技術，可為本工程后續(xù)可能出現(xiàn)的大變形施工及今后類似工程提供一定的參考和經(jīng)驗。

1 工程概況

山田隧道位于云南省會澤縣待補鎮(zhèn)與田壩鄉(xiāng)境內(nèi)，會澤至田壩區(qū)間。進口里程DK589+742，出口里程DK591+450，全長1708m，進口接田壩站大橋，出口接清河村大橋，為設計速度350km/h 鐵路雙線隧道。隧道地面高程1990～2237m，隧道最大埋深約為203m，最小埋深約7m。目前沉降量約5～30cm。

根據(jù)現(xiàn)場勘查，結合區(qū)域地質資料，隧道范圍地層主要巖性為第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4 dl+el）粉質黏土、下伏三疊系上統(tǒng)須家河組（T3X）泥巖、砂巖；中統(tǒng)關嶺組（T2g）泥巖、灰?guī)r及斷層角礫地層。

2 技術原理分析

隧址位于云南滇中地區(qū)，淺埋段圍巖屬于典型滇中紅層軟巖，山田隧道洞身開挖后，掌子面基本穩(wěn)定，洞身圍巖經(jīng)擾動，軟巖重力向洞身范圍內(nèi)釋放，在三臺階全環(huán)拱架閉合前，圍巖重力從上臺階開挖后開始釋放，方向向下，主要作用在上臺階的三段鋼拱架節(jié)段上，并在中、下臺階及仰拱開挖的過程中，圍巖持續(xù)沉降，形成累計拱頂沉降豎向變形量。

按照三臺階法施工，在仰拱鋼拱架施工完成，形成全環(huán)初期支護閉合受力環(huán)后，重力釋放自由端受到約束，圍巖壓力由豎向沉降轉變?yōu)樗绞諗?，水平收斂變形位置主要體現(xiàn)在中臺階高度范圍內(nèi)。[2-5]

根據(jù)掌子面圍巖穩(wěn)定性、初支全環(huán)閉合前的圍巖作用力方向轉變情況，可以確定山田隧道該工況下圍巖變形的控制方向及對應的技術措施。初支鋼拱架主要受力體系轉換示意圖見圖1。

圖1 初支鋼拱架主要受力體系轉換示意圖

3 淺埋軟巖大變形控制關鍵技術[6-8]

3.1 山頂?shù)乇硖幚?/h3>

地表進行清表處理，清表后，覆蓋洞身垂直投影面頂部及兩側覆蓋防水層，并在坡面較高一側修筑環(huán)向截水溝，防水層應與截水溝相接，以將坡面上游匯水引流至坡腳，截水溝位置盡可能遠離洞身投影面位置，減少淺埋層向洞身范圍的滲水，以免造成整體沉降。

3.2 預留變形沉降量設置

可在前期按設計或適當放大預留變形沉降量，以滿足二襯厚度及凈空要求，在后續(xù)控制措施取得理想效果后，再及時調整預留沉降量，以減少施工成本投入。

超前支護采用超前小導管或中管棚，以減少拱部圍巖掉塊，同時形成安全的施工環(huán)境。圍巖監(jiān)控量測點位布置示意圖見圖2。

圖2 圍巖監(jiān)控量測點位布置示意圖

3.3 縮短臺階長度

減少縱向各部位臺階長度，以縮短初期支護閉合時間，臺階長度控制在2.5～3m 范圍，形成“微臺階”施工工藝。按照常規(guī)三臺階的臺階長度，從上臺階爆破到仰拱初期支護完成，全環(huán)閉合時間范圍需要15 天左右，三臺階七個部位的臺階長度在一定程度上決定了初支閉合成環(huán)的時間。

3.4 調整仰拱棧橋

根據(jù)目前施工標準化普遍要求定制的全液壓仰拱棧橋，并不適用于淺埋軟巖段施工，因為全液壓仰拱棧橋一般長度為24～36m，靈活性差，為了滿足施工組織要求，前方需要留出出渣車輛調頭空間，無形間就加大了仰拱距離掌子面的距離，延長了初支全環(huán)閉合的時間，增大了變形量累計時間，因為圍巖差，也不能充分發(fā)揮出全液壓仰拱棧橋一次施工長段落仰拱的優(yōu)勢，同時，還拉長了二襯與掌子面的安全距離，如果前方變形過大，將無法及時施作二襯。

將全液壓仰拱棧橋改為簡易棧橋，每次可施工4～6m仰拱，能夠及時緊跟掌子面，完成初支全環(huán)閉合，車輛掉頭位置可挪到仰拱后方混凝土路面完成，同時，還可以實現(xiàn)二襯的跳打，明顯比全液壓仰拱棧橋更適合于淺埋軟巖施工。

如果掌子面附近圍巖沉降速率過快，可以將簡易仰拱棧橋移至前方，先超前施工緊跟下臺階的仰拱初支，初支封閉成環(huán)后，回填洞渣，將簡易仰拱棧橋移至原位置繼續(xù)施工，以阻止掌子面圍巖進一步變形。三臺階施工縱斷面圖見圖3。

圖3 三臺階施工縱斷面圖

3.5 縮短工序時間

采用短進尺開挖，暴露的圍巖自由面面積相對小，同時，加強工序銜接，減少單工序作業(yè)用時，即縮短了全環(huán)閉合時間，無論是單循環(huán)三臺階各部位，或是全環(huán)，盡快完成初期支護，就是減少了圍巖自由變形的時間。

3.6 強化鎖腳錨管（索）系統(tǒng)

因為圍巖重力主要作用在上臺階三節(jié)段鋼拱架上，特別是在初支閉合前尤為明顯，中、下臺階及仰拱施工期間，拱頂沉降最大，所以，應盡可能確保上臺階三節(jié)段鋼拱架與圍巖之間錨固的穩(wěn)定性，可采取以下技術措施：

3.6.1 設計鎖腳錨管系統(tǒng)

可通過增大鎖腳錨管的直徑，并控制好注漿施工質量，以獲得強度更大的鎖腳錨管錨固及支撐效果。另外，可使用如φ76 無縫鋼管等大直徑鋼管作為鎖腳錨管，效果更佳。

3.6.2 后植鎖腳錨管系統(tǒng)

上臺階初支已施工完成段發(fā)生沉降后，可在鋼拱架兩側鉆孔，植入大直徑鎖腳錨管，來提高初支的整體受力性，將圍巖系統(tǒng)重力轉化到初期支護系統(tǒng)上。

3.6.3 鎖腳錨索系統(tǒng)

在較嚴重的大變形段落，在鎖腳錨桿的基礎上，施作預應力錨索，不僅可以解決沉降問題，同時還可以解決水平收斂問題。但是該技術措施所用時間較長，功效相對較低。

3.7 加大初支支護參數(shù)

主要是型鋼鋼架型號，要在鎖腳系統(tǒng)完善的基礎上，保證初支鋼拱架剛度能夠承受圍巖壓力，避免初支扭曲變形的情況發(fā)生。

3.8 臨時仰拱

在沒有施工鎖腳錨索的情況下，為解決水平收斂問題，同時兼顧拱頂沉降，增加臨時仰拱，并在上、中臺階連接板上下各50cm 處采用I14 型鋼縱向連接，以獲得整體結構穩(wěn)定性。在二襯施工前，根據(jù)實際情況拆除臨時仰拱。三臺階加臨時仰拱法施工工序橫斷面示意圖見圖4。

圖4 三臺階加臨時仰拱法施工工序橫斷面示意圖

4 施工控制要點

①“物探先行，鉆探驗證”，超前鉆探是最能直接反映問題的工程地質探測方法，具有直觀、準確的特點，針對大變形段，可綜合采用地質調查法+TSP+地質雷達+瞬變電磁法+超前鉆探的超前預報方法。[9]

②應做好初噴及復噴混凝土施工質量的控制，避免拱架背后出現(xiàn)空洞，影響受力結構的完整性。

③鎖腳錨管（索）系統(tǒng)是連接初支和圍巖的錨固系統(tǒng)，相對于硬巖自穩(wěn)能力而言，該系統(tǒng)實施后，初支與軟巖錨固后，同樣實現(xiàn)了在二襯前形成了穩(wěn)定的支護系統(tǒng)。

④初支系統(tǒng)盡早閉合成環(huán)，二襯及時跟進，是淺埋段軟巖施工控制的關鍵所在，應根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)情況，及時調整各工序施作時間，保證整體受力結構穩(wěn)定。[10]

5 結束語

根據(jù)圍巖變形情況，選擇合理的支護措施，可有效控制變形的進一步發(fā)展，實現(xiàn)安全施工生產(chǎn)。該成套關鍵控制施工技術，可指導山田隧道下一步的長距離淺埋軟巖段施工，同時也可為滇中地區(qū)其他類似隧道施工提供借鑒參考。