穆冬冬

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300）

0 引言

在國(guó)內(nèi)黃土、軟弱圍巖隧道修建過(guò)程中，臺(tái)階法因其安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性而得到廣泛使用。隧道穿越軟弱圍巖及黃土夾砂帶臺(tái)階法施工期間，受?chē)鷰r滲水、砂礫層分布不均、偏壓、滑塌等不良地質(zhì)影響，在施工過(guò)程中極易出現(xiàn)較大的圍巖變形，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)工作人員的生命安全和工程施工質(zhì)量及進(jìn)度造成極大影響。針對(duì)黃土隧道臺(tái)階法施工，目前均以總變形控制為主，缺少對(duì)隧道開(kāi)挖各階段分級(jí)圍巖變形的精細(xì)控制研究。

鳳凰山隧道位于甘肅省臨夏回族自治州康樂(lè)縣，隧道穿越黃土峁梁，山體走向大致呈南北走向，溝壑較發(fā)育，大致呈西北方向分布，隧道自東向西穿越山梁，土質(zhì)含砂量高，大孔隙發(fā)育，具垂直節(jié)理，土質(zhì)疏松，含水量高。在隧道施工過(guò)程中極易出現(xiàn)大變形、涌水塌方等工程問(wèn)題，給隧道施工帶來(lái)不同程度的安全威脅，施工過(guò)程中通過(guò)超前小導(dǎo)管注漿堵水[1]、初支背后埋設(shè)環(huán)向排水盲管排水及初支面加密布設(shè)環(huán)向排水管等措施對(duì)圍巖滲涌水進(jìn)行堵排。在鳳凰山隧道穿越破碎、軟巖大變形地段臺(tái)階法施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各部位的拱頂下沉及周邊收斂[2]進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，從而提出黃土隧道臺(tái)階法施工分階段變形控制方案：即上臺(tái)階大鎖腳加“聯(lián)排”、中臺(tái)階大鎖腳，下臺(tái)階“微型鋼管樁”，該方案的實(shí)施有效控制了黃土隧道軟巖大變形。

1 臺(tái)階法施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）隧道初支變形控制效果好。通過(guò)對(duì)三臺(tái)階開(kāi)挖各階段拱頂下沉及周邊收斂[3]進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，制定有針對(duì)性的、分階段變形控制方案，確保各階段沉降變形控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，從而保證隧道整體初支變形的穩(wěn)定性，變形控制效果好。

（2）隧道開(kāi)挖支護(hù)施工安全性高。通過(guò)對(duì)三臺(tái)階施工進(jìn)行分級(jí)控制，能夠有效地降低隧道侵線(xiàn)及塌方的可能性，確保臺(tái)階法施工過(guò)程中生命財(cái)產(chǎn)安全。

（3）有利于提升整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該施工方案可以解決鳳凰山隧道穿越黃土斷層破碎帶及滲水軟弱巖大變形地段臺(tái)階法施工中的初支侵限以及初支侵限引起的預(yù)制拱架無(wú)法安裝以及二襯安全厚度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，減少初支侵限換拱的成本與工期，具有良好經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)對(duì)處理隧道塌方、順利通過(guò)淺埋、偏壓等高風(fēng)險(xiǎn)地段起到安全、保質(zhì)、高效的作用，能夠?yàn)楹罄m(xù)類(lèi)似工程提供指導(dǎo)和借鑒，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。

2 施工變形控制實(shí)踐

2.1 原設(shè)計(jì)初支變形量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表1對(duì)原初支變形量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知：各臺(tái)階累計(jì)變形量大，出現(xiàn)嚴(yán)重侵線(xiàn)現(xiàn)象，原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)已不能滿(mǎn)足安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，需采取加強(qiáng)支護(hù)方案，重新進(jìn)行換拱處理，確保累計(jì)變形量控制在有效范圍內(nèi)。

表1 原初支變形量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 各臺(tái)階初支控制方案的確定及實(shí)施

為保障隧道施工的安全穩(wěn)定，防止初支變形侵線(xiàn)，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)[3]數(shù)據(jù)分析，項(xiàng)目部決定按照臺(tái)階法分階段控制確保初支變形的穩(wěn)定性。

2.2.1 上臺(tái)階弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)

采用直徑42mm、長(zhǎng)4m的小導(dǎo)管超前支護(hù)后進(jìn)行拱部開(kāi)挖（見(jiàn)圖1所示）。超前小導(dǎo)管采用外徑42mm[4]、壁厚4mm熱軋無(wú)縫鋼管，由鋼構(gòu)件加工廠(chǎng)統(tǒng)一加工制作，采用風(fēng)鎬按設(shè)計(jì)角度打入預(yù)先鉆孔中，超前小導(dǎo)管布設(shè)在隧道拱頂120°范圍內(nèi)，環(huán)向間距40cm，外插角為5°～12°。根據(jù)本標(biāo)段黃土隧道土質(zhì)含砂量高、軟弱破碎、滲涌水等地質(zhì)特性，故選用（水泥-水玻璃雙液漿）進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿[1]，其主要作用為：漿液通過(guò)超前壓注到巖體裂隙中經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用，即能將破碎圍巖或松散顆粒在短時(shí)間內(nèi)膠結(jié)成整體，起到超前預(yù)支護(hù)作用，為隧道開(kāi)挖安全施工提供保障和增強(qiáng)圍巖的整體穩(wěn)定性[1]。

圖1 上臺(tái)階拱施工現(xiàn)場(chǎng)

超前支護(hù)完成后環(huán)向開(kāi)挖上部弧形導(dǎo)坑[2]，預(yù)留核心土的長(zhǎng)度為3.0～5.0m[2]，面積不得小于上半斷面的50%。開(kāi)挖后在初支背后的巖土面上埋設(shè)環(huán)向排水盲管，埋設(shè)完成后立即初噴4cm混凝土[4]。及時(shí)按設(shè)計(jì)間距架設(shè)鋼拱架、掛設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，將原設(shè)計(jì)拱腳位置直徑60mm、長(zhǎng)4m的鎖腳錨桿更換為直徑89mm、長(zhǎng)6m的大鎖腳，大鎖腳在每榀拱架拱腳兩側(cè)采用上下交叉式斜向下30°打入巖面并注入M20水泥砂漿填塞密實(shí)，并采用30槽鋼將拱架兩側(cè)大鎖腳與鋼架焊接鎖定成整體，最后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。為保障支護(hù)過(guò)程中所用鋼構(gòu)件的安裝質(zhì)量，特采用一種鋼筋彎曲機(jī)（屬專(zhuān)利產(chǎn)品，專(zhuān)利號(hào)為：ZL 2022 2 3426497.2）對(duì)鋼筋進(jìn)行加工（該工程各臺(tái)階初支階段的加工均采用該彎曲機(jī)加工）。

2.2.2 中臺(tái)階左右側(cè)開(kāi)挖支護(hù)

左右側(cè)臺(tái)階開(kāi)挖錯(cuò)開(kāi)2～3m[4]，開(kāi)挖后在初支背后的巖面上接上臺(tái)階埋設(shè)環(huán)向排水盲管，埋設(shè)完成后立即初噴4cm混凝土[4]，及時(shí)接長(zhǎng)鋼架并進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，在拱腳位置安裝雙筒式支架緊貼鋼拱架兩側(cè)斜向下30°或45°由原設(shè)計(jì)打設(shè)兩根直徑60mm、長(zhǎng)4m的鎖腳錨桿，變更為各打設(shè)兩根直徑89mm、長(zhǎng)6m的鎖腳錨桿并注漿M20水泥砂漿，兩根鎖腳錨桿通過(guò)直徑22mm圓鋼穿過(guò)鋼拱架腹板預(yù)留孔將其包裹并焊接為一體，最后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.2.3 下臺(tái)階左右側(cè)開(kāi)挖支護(hù)

左右側(cè)臺(tái)階開(kāi)挖錯(cuò)開(kāi)2～3m，開(kāi)挖后在初支背后的巖面上接中臺(tái)階埋設(shè)環(huán)向排水盲管，埋設(shè)完成后立即初噴4cm混凝土[4]，及時(shí)接長(zhǎng)鋼架并進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)。受軟弱圍巖的影響，為保證仰拱開(kāi)挖過(guò)程中下臺(tái)階初支變形的穩(wěn)定性，在下臺(tái)階拱架安裝時(shí)拱腳位置設(shè)置三角形大拱腳[5]（見(jiàn)圖2所示），并多方位打設(shè)3根直徑89mm、長(zhǎng)6m的微型鋼管樁并注M20水泥砂漿。鋼管樁通過(guò)直徑22mm圓鋼穿過(guò)鋼拱架腹板預(yù)留孔將其包裹并焊接為一體，最后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

圖2 大拱腳微型鋼管樁施工現(xiàn)場(chǎng)

2.3 新方案換拱后初支變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

測(cè)量隊(duì)對(duì)新方案換拱后施工段落進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)[3]統(tǒng)計(jì)，結(jié)果列入見(jiàn)表2。從表2可知，新方案通過(guò)對(duì)上臺(tái)階、中臺(tái)階、下臺(tái)階分階段進(jìn)行變形控制，有效克服了黃土隧道軟弱、破碎、滲涌水引起的整體大變形問(wèn)題，保證了隧道初期支護(hù)安全可控，為后續(xù)仰拱、二襯施工提供了有利保障。

表2 新方案換拱后初支變形量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

鳳凰山黃土隧道在穿越斷層破碎帶臺(tái)階法施工時(shí)，針對(duì)圍巖條件較差造成的初支侵限問(wèn)題，項(xiàng)目部從施工角度出發(fā)，研究提出了黃土隧道臺(tái)階法施工分階段變形控制方案。采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)原設(shè)計(jì)已施工段落分部進(jìn)行變形分析，針對(duì)不同部位變形量大小及圍巖狀態(tài)制定不同的控制方案，從而將臺(tái)階法施工過(guò)程中的各階段開(kāi)挖初支變形控制在預(yù)留變形量范圍之內(nèi)；解決了軟弱巖大變形隧道臺(tái)階法施工中的初支侵限以及初支侵限引起的預(yù)制拱架無(wú)法安裝以及二襯安全厚度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，滿(mǎn)足了施工對(duì)開(kāi)挖初支總變形控制的要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。