韓叢

（中鐵二十二局集團(tuán)市政工程有限公司，廣州 510800）

1 引言

隧道建設(shè)期間可能遇到各類(lèi)不良地質(zhì)條件，隧道圍巖的穩(wěn)定性難以得到保障，輕則拖慢工期，重則誘發(fā)質(zhì)量問(wèn)題乃至安全事故。為順利推進(jìn)隧道工程的建設(shè)進(jìn)程，需從現(xiàn)場(chǎng)不良地質(zhì)條件出發(fā)，采取適宜的施工技術(shù)，因此，圍繞關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行探討具有必要性。

2 工程概況

玉磨鐵路南聯(lián)山隧道位于西雙版納—飛龍區(qū)間，設(shè)計(jì)時(shí)速160 km/h，隧道進(jìn)口接路基，出口接飛龍車(chē)站，車(chē)站布置進(jìn)入隧道693 m。除出口段693 m 為雙線隧道外，其余段為單線隧道。隧道進(jìn)口里程DK368+800，出口里程DK378+650，全長(zhǎng)9 850 m。隧道最大埋深250 m。隧址區(qū)地層巖性以圍巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖為主，隧道穿越山體為低緩丘陵，進(jìn)出口端均分布軟巖。隧道支護(hù)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，集錨噴支護(hù)和模筑混凝土于一體。

3 病害描述

工程資料顯示，隧道左洞上臺(tái)階開(kāi)挖至DK369+280.2，仰拱開(kāi)挖至DK369+267 時(shí)，斷面的初期支護(hù)變形量異常增加，斷面拱頂下沉速度由1～3 mm/d 迅速增加至5～10 mm/d，且DK369+267～DK369+280 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)存在多條寬度為1～10 mm 的環(huán)向裂縫，結(jié)構(gòu)完整性受到影響，下臺(tái)階右側(cè)拱腰有一條寬5 mm 的縱向裂縫。支護(hù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，支護(hù)效果變差，存在質(zhì)量隱患和安全隱患。

4 病害成因分析及臨時(shí)處治措施

4.1 病害成因分析

初期支護(hù)變形、開(kāi)裂是多因素共同作用的結(jié)果，主要原因有以下3 點(diǎn)。

1）隧址區(qū)的巖質(zhì)較軟，隧道開(kāi)挖后，周邊圍巖應(yīng)力增加并向內(nèi)釋放，出現(xiàn)塑性變形。隧道開(kāi)挖采取的是2 臺(tái)階弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法，上臺(tái)階鋼支撐在下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)呈懸空的狀態(tài)，初支和圍巖均有大幅度的變形。臺(tái)階較長(zhǎng)，難以在短時(shí)間內(nèi)完成仰拱的施工作業(yè)，受此影響，未快速將支護(hù)系統(tǒng)閉合成環(huán)，部分結(jié)構(gòu)所承受的荷載超出其許可范圍，出現(xiàn)破壞性變形。

2）隧道進(jìn)口段存在軟巖，且地形有較大的起伏。拱頂圍巖屬軟質(zhì)巖，開(kāi)挖后拱周有明顯的塑性變形，圍巖的狀態(tài)由穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?dòng)，產(chǎn)生變形壓力并作用于初期支護(hù)，不利于初支的穩(wěn)定性。洞身深埋側(cè)主動(dòng)土壓力作用較強(qiáng)，受此類(lèi)力的作用，鋼支撐向淺埋側(cè)移動(dòng)。初期支護(hù)在淺埋偏壓的特殊條件下需承受較強(qiáng)的應(yīng)力，力的不良影響作用于深埋側(cè)拱腰噴射混凝土，導(dǎo)致此部分結(jié)構(gòu)因應(yīng)力作用而被壓裂[1]。

3）初期支護(hù)變形、開(kāi)裂病害出現(xiàn)時(shí)正值雨季，地表水下滲現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生且具有較大的下滲量，上覆松散層孔隙水增加，水的侵蝕作用迫使拱頂圍巖軟化，圍巖自承性能降低。

4.2 病害的臨時(shí)處治措施

在發(fā)現(xiàn)病害后，隨即增加監(jiān)控?cái)嗝?，并加大量測(cè)頻率，以便及時(shí)掌握最新的病害信息，主動(dòng)防控；聯(lián)合采取增設(shè)臨時(shí)仰拱、補(bǔ)噴混凝土等方法，用于加強(qiáng)初期支護(hù)、穩(wěn)固圍巖。

對(duì)掌子面噴混凝土封閉；對(duì)裂縫部位噴射混凝土，厚度約為3 cm；針對(duì)DK369+267～DK369+280.2 段病害較為嚴(yán)重的情況，在此段上、下臺(tái)階處設(shè)I20a 工字鋼鋼架，形成臨時(shí)仰拱，連接至上臺(tái)階拱腰和下臺(tái)階拱腳，具體如圖1 所示。

圖1 病害臨時(shí)處治示意圖

針對(duì)下臺(tái)階DK369+267～DK369+274.2 段內(nèi)、外側(cè)拱腰做加強(qiáng)處理，采用的是打設(shè)小導(dǎo)管并注漿的方法，取長(zhǎng)度為3.5 m的φ45 mm×4 mm 注漿小導(dǎo)管，按照0.6 m 的間距在內(nèi)外側(cè)拱腰打設(shè)2 排小導(dǎo)管，拌制水泥-水玻璃雙液漿，以0.2～0.5 MPa的壓力進(jìn)行不少于10 min 的注漿處理，加固初期支護(hù)結(jié)構(gòu)[2]。

5 洞內(nèi)施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 開(kāi)挖工法的選擇

經(jīng)過(guò)病害的臨時(shí)處治后，病害發(fā)生段圍巖保持穩(wěn)定狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化開(kāi)挖方法，保證后續(xù)施工的有效進(jìn)行。開(kāi)挖工法的選擇屬于首要任務(wù)，現(xiàn)階段淺埋隧道的開(kāi)挖方法包含三臺(tái)階七步法、中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和工程要求而定。在本工程中，隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件較差，開(kāi)挖范圍內(nèi)分布大量的軟巖，在兼顧施工安全性、質(zhì)量可靠性、工期、造價(jià)、最新開(kāi)挖工法與原開(kāi)挖工法的銜接等因素后，以上、下臺(tái)階法進(jìn)行剩余部分的開(kāi)挖，如圖2 所示。

圖2 上、下臺(tái)階法施工步序圖

隧道開(kāi)挖須在必要的超前支護(hù)完成后進(jìn)行。上、下臺(tái)階法主要施工步驟為：（1）開(kāi)挖上臺(tái)階1；（2）拱部初期支護(hù)Ⅰ；（3）左右交錯(cuò)開(kāi)挖下臺(tái)階（2、3）；（4）下臺(tái)階邊墻初期支護(hù)Ⅱ。

上臺(tái)階長(zhǎng)度10～15 m，高度不大于5 cm，并根據(jù)圍巖情況靈活調(diào)整，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1～2 榀鋼拱架的距離。初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖面，嚴(yán)格控制裝藥量。

臺(tái)階法施工要點(diǎn)如下。

1）臺(tái)階不宜多分層，上下臺(tái)階之間的距離盡可能滿(mǎn)足機(jī)具正常作業(yè)，并減少翻渣工作量；當(dāng)頂部圍巖破碎，需支護(hù)緊跟時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)臺(tái)階長(zhǎng)度。

2）施工時(shí)應(yīng)先護(hù)后挖，宜采用超前錨桿或超前小鋼管輔助施工措施。開(kāi)挖應(yīng)盡量采用微震光面爆破技術(shù)。

3）初期支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖面；上臺(tái)階施工時(shí)，鋼架底腳宜設(shè)鎖腳錨桿和縱向槽鋼托梁以利下臺(tái)階開(kāi)挖安全。下臺(tái)階在上臺(tái)階噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后開(kāi)挖。

4）隧道兩側(cè)的溝槽及鋪底部分應(yīng)和下臺(tái)階一次開(kāi)挖成型。

5）臺(tái)階分界線不得超過(guò)起拱線，上臺(tái)階長(zhǎng)度不得大于30 m，下臺(tái)階落底長(zhǎng)度不大于2 榀鋼拱架的長(zhǎng)度，應(yīng)一次落底，并盡快封閉成環(huán)。

6）臺(tái)階長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)盡快安排仰拱封閉成環(huán)，改善初期支護(hù)受力條件。

7）嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺在2.0 m 以?xún)?nèi)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；開(kāi)挖成形后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，確保工序銜接，當(dāng)?shù)貙幼儾顣r(shí)，應(yīng)隨時(shí)噴射早強(qiáng)混凝土封閉工作面；施工過(guò)程中對(duì)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移及應(yīng)力量測(cè)，以便監(jiān)控穩(wěn)定狀態(tài)。

5.2 開(kāi)挖進(jìn)尺及順序

1）開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)小，開(kāi)挖效率低，臨時(shí)支護(hù)工程量增加，材料、人力等方面的成本攀升；開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)大，難以保證拱頂覆土的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生塌方事故。因此，根據(jù)適中的原則控制開(kāi)挖進(jìn)尺，具體以埋深、圍巖等級(jí)、工期等為參考予以確定，兼顧安全、開(kāi)挖效率多項(xiàng)要求。開(kāi)挖前，采取超前支護(hù)措施，為開(kāi)挖創(chuàng)設(shè)良好的條件；開(kāi)挖后，初噴3～5 cm 混凝土，設(shè)錨桿、鋼筋網(wǎng)片，搭建鋼拱架，復(fù)噴混凝土。

2）合理的開(kāi)挖順序是保障開(kāi)挖安全、提高效率的重要前提。在本隧道工程中，首先開(kāi)挖的是淺埋側(cè)導(dǎo)坑，原因在于先對(duì)此部位進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)可維持結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性以及減小圍巖變形。因此，先開(kāi)挖左洞隧道淺埋側(cè)導(dǎo)坑，同時(shí)此部分與右洞錯(cuò)開(kāi)距離需達(dá)到隧道跨徑的2 倍或適當(dāng)增加，經(jīng)計(jì)算以30 m左右較為合適，經(jīng)過(guò)淺埋側(cè)導(dǎo)坑的開(kāi)挖后，再進(jìn)行其他部位的開(kāi)挖[3]。

5.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為使隧道淺埋軟巖段圍巖維持穩(wěn)定以及確保隧道建成結(jié)構(gòu)的安全可靠性，綜合考慮量測(cè)分析結(jié)果和類(lèi)似地質(zhì)條件下的隧道施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)技術(shù)可行性分析后擬采用加固初期支護(hù)和加強(qiáng)超前支護(hù)等措施。對(duì)原施工方案進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，預(yù)留變形量由12 cm 增加至18 cm，超前支護(hù)注漿小導(dǎo)管、中空注漿錨桿的長(zhǎng)度分別由4.0 m 增至4.5 m、4.0 m 增至4.5 m，每隔1榀布置1 環(huán)超前小導(dǎo)管，相較于原設(shè)計(jì)方案而言具有加密的變化；鎖腳錨桿不再采用每榀8 根φ22 mm 藥卷錨桿的布置方法，取而代之的是每榀設(shè)12 根長(zhǎng)度均為4.5 m 的φ45 mm的鎖腳錨管；鋼筋網(wǎng)片為雙層，以加強(qiáng)應(yīng)用效果；其他作業(yè)方式及具體參數(shù)保持原設(shè)計(jì)不變。

5.4 其他措施

為全面保障不良地質(zhì)條件下隧道的開(kāi)挖安全以及提高開(kāi)挖質(zhì)量，還采取如下措施。

1）加強(qiáng)對(duì)施工工序的協(xié)調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后隨即以噴射混凝土的方法封閉掌子面，縮短掌子面暴露至環(huán)境中的時(shí)間?；炷凉探Y(jié)后，限制圍巖變形、提升掌子面的穩(wěn)定性，保障施工安全，以便工程后續(xù)施工活動(dòng)的順利進(jìn)行。

2）對(duì)圍巖預(yù)加固，以提高圍巖的自承性能，方法為布設(shè)超前注漿小導(dǎo)管并進(jìn)行注漿，隨著漿液的固結(jié)，圍巖得到加固處理；與此同時(shí)，注漿過(guò)程中漿液發(fā)生流動(dòng)，具有封堵地表水下滲路徑的效果，以免圍巖由于水的侵蝕而發(fā)生軟化，在此方式下，較好地規(guī)避塌方、冒頂?shù)仁鹿省?/p>

3）為及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)施工情況，適當(dāng)增加監(jiān)控?cái)嗝娴臄?shù)量，提高監(jiān)控量測(cè)的頻率，斷面布設(shè)間距取5～10 m，具體可視實(shí)際情況適當(dāng)加密。對(duì)于可能出現(xiàn)大變形的部位，要求每斷面設(shè)11個(gè)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)測(cè)點(diǎn)后加強(qiáng)觀測(cè)，開(kāi)挖后的1 個(gè)月內(nèi)以每日2 次的頻率進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)縱向分析圍巖的變化趨勢(shì)，判斷穩(wěn)定的穩(wěn)定狀態(tài)，一方面針對(duì)當(dāng)前圍巖采取加強(qiáng)防護(hù)措施，另一方面優(yōu)化后續(xù)的施工方法，保證施工的有效性。

4）病害發(fā)生部位普遍分布地表水或地下水，同時(shí)圍巖裂隙發(fā)育，為水的流動(dòng)提供了通道，水到達(dá)襯砌結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)其產(chǎn)生侵蝕作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，隧道有不同程度的滲水現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。為保障隧道的安全和穩(wěn)定，需采取防排水措施。例如，初期支護(hù)面有嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象時(shí)，在此部位埋設(shè)φ2 cm 的透水軟管，用于將支護(hù)面的滲水引流至襯砌背后墻角外側(cè)排水管，避免支護(hù)面遭到水的侵蝕。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隧道施工條件復(fù)雜，可能遇到淺埋、軟巖等不良地質(zhì)，同時(shí)受到地下水、降雨等水文條件的影響，若施工方法不合理，易發(fā)生結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形、塌方冒頂?shù)葐?wèn)題，嚴(yán)重威脅施工人員的人身安全。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，針對(duì)隧洞開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，采取增加監(jiān)控?cái)嗝妫⒓哟罅繙y(cè)頻率，以便及時(shí)掌握最新的病害信息，主動(dòng)防控；聯(lián)合采取增設(shè)臨時(shí)仰拱、補(bǔ)噴混凝土等方法，以加強(qiáng)初期支護(hù)、穩(wěn)固圍巖，最終在安全的環(huán)境中順利完成隧道開(kāi)挖作業(yè)，提高隧道工程的施工質(zhì)量。