盧光輝

（中鐵二十局集團(tuán)電氣化工程有限公司，陜西 西安 710119）

軟巖隧道綜合施工技術(shù)

盧光輝

（中鐵二十局集團(tuán)電氣化工程有限公司，陜西 西安 710119）

針對(duì)偏壓和淺埋及軟弱圍巖并穿越斷層破碎帶的隧道施工中遇到進(jìn)、出洞困難、較易發(fā)生大坍塌、冒頂?shù)葐栴}，根據(jù)隧道所處的地質(zhì)情況及圍巖特性，通過采用合理的洞口加固及進(jìn)、出洞方案、嚴(yán)格超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、控制超前支護(hù)、優(yōu)化圍巖開挖方案、運(yùn)用“人造拱”施工方法、加強(qiáng)初期支護(hù)、謹(jǐn)慎施工斷層破碎帶，勤于圍巖量測(cè)等綜合施工技術(shù)，解決了隧道施工中可能出現(xiàn)的坍塌、冒頂?shù)蕊L(fēng)險(xiǎn)，以期為今后同類淺埋、偏壓、軟巖及穿越斷層破碎帶的隧道施工提供借鑒。

淺埋便壓；軟巖隧道；人造拱；小導(dǎo)洞；施工技術(shù)

經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間以來，世界各國的隧道施工者在實(shí)踐中已經(jīng)創(chuàng)造出能夠適應(yīng)各種圍巖的多種隧道施工方法。其中包括礦山法、掘進(jìn)機(jī)法、沉管法、頂進(jìn)法、明挖法等。礦山法還包括了新奧法，這種方法多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進(jìn)行開挖，故我們又稱為鉆爆法。從目前我國高速鐵路隧道發(fā)展趨勢(shì)來看，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，仍以采用鉆爆法為主，這也符合世界潮流。本文結(jié)合石太客專活寶山隧道采用的“人造拱”及鉆爆法等綜合施工技術(shù)，說明了隧道在偏壓和淺埋及軟弱圍巖并穿越斷層破碎帶等地質(zhì)條件下施工時(shí)如何保證施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度以及可以節(jié)約成本，并最終實(shí)現(xiàn)隧道的全面貫通。

1 工程概況

活寶山隧道全長(zhǎng)0.42km（起止樁號(hào)DK36+4818～DK37+238），為客專雙線大斷面隧道，圍巖分布為：V級(jí)圍巖占隧道全長(zhǎng)的77.4%，剩余為IV級(jí)圍巖；活寶山隧道展布于構(gòu)造溶蝕-侵蝕-低中山中等切割地形地貌區(qū)，穿越低中山山邊凸起山脊，該區(qū)地形切割較深，沖溝較發(fā)育，左側(cè)山邊及兩端地勢(shì)較陡，隧道偏壓嚴(yán)重；隧道埋深淺，圍巖軟弱，而且還要經(jīng)過斷層破碎帶，施工難度大，開挖后圍巖多呈松散的碎石土，承載力抵、穩(wěn)定性差，較易發(fā)生大坍塌、冒頂?shù)葐栴}，對(duì)隧道施工很不利。

2 采取的施工方案及施工工藝

2.1 施工方案

因該隧道所處山嶺地區(qū)，進(jìn)、出洞困難，根據(jù)早進(jìn)晚出的指導(dǎo)思想，施工洞門時(shí)采用機(jī)械開挖或弱爆破的施工方案減少對(duì)山體的擾動(dòng)并嚴(yán)格控制邊仰坡的刷坡范圍；整條隧道采用鉆爆法施工，受地理?xiàng)l件限制，隧道單洞掘進(jìn)；進(jìn)口端已有部分按路基開挖，采用套拱及長(zhǎng)管棚超前支護(hù)、造拱明挖暗做的施工方案，確保安全、順利進(jìn)洞；出洞時(shí)采用小導(dǎo)洞出洞，反向施作套拱及長(zhǎng)管棚超前支護(hù)、外邊墻及洞身的方案；洞身采用人造拱施工，三臺(tái)階分步法開挖；斷層破碎帶采用CD法開挖。

2.2 施工工藝

偏壓、淺埋、軟弱圍巖隧道施工工藝流程見圖1。

2.2.1 管棚施工工藝

隧道進(jìn)口端和出口端都采用管棚施工，其工藝流程如圖2所示。

圖1 偏壓、淺埋、軟弱圍巖隧道施工工藝流程圖

圖2 管棚施工工藝圖

2.2.2 人造拱施工工藝

隧道進(jìn)口端采用“人造拱”原理施工，其工藝流程見圖3。

圖3 人造拱施工工藝圖

2.2.3 洞身開挖施工工藝

針對(duì)隧道偏壓條件下受力復(fù)雜、淺埋條件下極易發(fā)生冒頂、軟弱圍巖自穩(wěn)性差開挖后易坍塌的的情況，開挖前應(yīng)先對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固并消除偏壓對(duì)隧道施工的影響。加強(qiáng)超前支護(hù)并采用CD法開挖保證隧道施工安全，工藝流程如圖4所示。

2.2.4 出洞施工工藝

為確保出洞施工安全，采用小導(dǎo)洞、施作外邊墻及套拱、管棚輔助施工的方案，工藝流程如圖5所示。

圖4 CD法開挖施工工藝流程

圖5 出洞施工工藝

3 施工方法

3.1 管棚施工

先進(jìn)行仰坡開挖及坡面防護(hù)施工，等坡面防護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再施作管棚導(dǎo)向墻；管棚導(dǎo)向墻施作范圍為拱部120°，厚度0.6m，縱向長(zhǎng)度2m，采用C20混凝土模筑成型；管棚導(dǎo)向墻澆筑混凝土前先架設(shè)設(shè)4榀I18工字鋼架，并根據(jù)管棚的方向及傾角在鋼架外緣焊設(shè)Ф140*8mm導(dǎo)向鋼管；管棚打設(shè)長(zhǎng)度24m，采用4m和6m的Ф140*8mm熱軋無縫鋼管以絲扣連接；為了確保管棚注漿施工質(zhì)量，鋼管打設(shè)按照鋼花管和鋼管間隔布置，先打設(shè)所有的鋼花管并注漿，然后打設(shè)所有的鋼管。管棚施工布置圖如圖6所示。

圖6 管棚施工布置圖

3.2 人造拱施工

3.2.1 拱部開挖

人造拱拱部開挖采用人工配合機(jī)械、分層順坡開挖，機(jī)械開挖至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高30cm時(shí)，采用人工開挖清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高；開挖出的土方就近堆放在基坑安全距離以外，用于人造拱施工挖成后洞頂?shù)幕靥?；洞頂回填后進(jìn)行植被恢復(fù)。

3.2.2 初噴砼、立鋼架、掛網(wǎng)、鋼管注漿，噴砼至設(shè)計(jì)厚度

拱部開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后初噴6cmC20混凝土，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后立鋼架；鋼架橫向采用I20a工字鋼，縱向采用28a槽鋼，為保證鋼架的穩(wěn)定性，橫向工字鋼接長(zhǎng)連接采用240mm×240mm×10mm的鋼板條螺栓連接，縱向槽鋼接長(zhǎng)連接采用焊接，橫向工字鋼、縱向槽鋼和鋼板之間采用螺栓連接成整體；立鋼架完成后掛設(shè)鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm，ф8），鋼筋網(wǎng)與鋼架焊接連接；鋼架與鋼筋網(wǎng)施作完成后鉆孔打設(shè)兩邊拱腳邊墻防護(hù)鋼管并注漿，防護(hù)鋼管與鋼架及鋼筋網(wǎng)之間焊接在一起，鋼管采用Ф108×6mm熱扎無縫鋼管，注漿材料采用M20水泥砂漿；復(fù)噴C20混凝土厚度達(dá)到30cm。人造拱開挖及初支如圖7所示。

3.2.3 混凝土澆筑造拱

待噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后澆筑人造拱混凝土。人造拱采用C15混凝土澆筑，厚度80cm，施作時(shí)分段分層澆筑，每15m為一段，30cm為一層，振搗密實(shí)。

3.2.4 洞內(nèi)臺(tái)階法開挖

待人造拱混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后進(jìn)行洞內(nèi)開挖，開挖采用臺(tái)階法開挖，開挖進(jìn)尺為每個(gè)循環(huán)2～4榀，開挖面初噴5cm混凝土后在拱部及邊墻范圍內(nèi)緊貼混凝土面掛設(shè)鋼筋網(wǎng)?；炷猎旃凹叭嗽旃岸磧?nèi)臺(tái)階開挖如圖8所示。

圖8 混凝土造拱及人造拱洞內(nèi)臺(tái)階法開挖示意圖

3.3 超前加固

在軟弱圍巖隧道洞身開挖前，通過采取深孔注漿超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖，能有效提高圍巖自身的承載力和開挖后圍巖的穩(wěn)定型，并能有效控制圍巖開挖后的變形量。本隧道深孔注漿超前小導(dǎo)管加固設(shè)置在V級(jí)圍巖洞身段、破碎帶及巖體層中、薄層狀結(jié)構(gòu)或裂隙塊狀結(jié)構(gòu)的IV級(jí)圍巖段；超前小導(dǎo)管單層設(shè)置，采用Ф42×4熱軋無縫鋼管，水泥漿液水灰比為1:1；。小導(dǎo)管長(zhǎng)5.0m，環(huán)向間距40cm，設(shè)置于襯砌拱部120°范圍。

3.4 V級(jí)圍巖開挖

偏壓、淺埋及軟弱圍巖段，因此,采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土開挖方法，每循環(huán)進(jìn)尺0.6～1.0m。如圖9所示；為減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，采用弱爆破開挖施工；上弧形導(dǎo)坑開挖完成后，預(yù)留核心土，及時(shí)噴射混凝土；其他分部平行開挖，平行施做初期支護(hù)，各分部初期支護(hù)銜接緊密，及早封閉成環(huán)；仰拱緊跟下臺(tái)階，及早封閉形成穩(wěn)固體系；施工過程中通過圍巖量測(cè)，掌握圍巖和支護(hù)的變化情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留變形量，保證施工安全。

圖9 臺(tái)階分步法開挖示意圖

3.5 初期支護(hù)

初期支護(hù)根據(jù)圍巖等級(jí)的不同確定錨噴支護(hù)參數(shù)，支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 隧道支護(hù)參數(shù)表

3.6 斷層破碎帶施工

隧道在DK36+950處有斷層破碎帶通過，斷層傾向85°，傾角45°，呈南北向延伸，總長(zhǎng)48km，隧道斜穿過該斷層破碎帶，對(duì)隧道的影響范圍為DK36+890～DK37+010，圍巖穩(wěn)定性差、易坍塌。施工中，采取增加噴射混凝土厚度、使用徑向注漿小導(dǎo)管，調(diào)整鋼筋網(wǎng)和工字鋼間距以提高襯砌的強(qiáng)度；采取施做超前小導(dǎo)管注漿作為施工輔助措施對(duì)斷層破碎帶圍巖進(jìn)行加固；采用CD法開挖施工，施工程序如圖10所示；臨時(shí)支護(hù)采用I16工字鋼；采用控制爆破法施工，每次開挖進(jìn)尺不大于1.0m。

CD法施工程序：先施作拱部超前小導(dǎo)管，弱爆破開挖I部圍巖，初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)1、2；II部相對(duì)于I部為短臺(tái)階開挖，在I部施工到一定距離后，弱爆破開挖II部圍巖，初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)3、4；左側(cè)施工約10m后，開始施作右側(cè)III、IV部，同左側(cè)同部位開挖和支護(hù)方法施工5、6；根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，待初期支護(hù)結(jié)果收斂后，拆除臨時(shí)支護(hù)2、4，并澆筑仰拱混凝土及填充混凝土8；夠一個(gè)臺(tái)車長(zhǎng)度后，及時(shí)施作防水層施工，并進(jìn)行二襯施工9。

圖10 CD法施工程序示意圖

3.7 出洞小導(dǎo)洞施工

小導(dǎo)洞位于隧道頂部中間位置，尺寸為4.5m（高）×4m（寬），如圖11所示；導(dǎo)洞開設(shè)前，對(duì)已完成段巖體進(jìn)行注漿加固，仰拱施工至導(dǎo)洞開挖處且二襯至掌子面距離不大于70m；開挖前采用超前雙層小導(dǎo)管出洞，導(dǎo)管長(zhǎng)度5.0m，環(huán)向間距0.40m，導(dǎo)管搭接長(zhǎng)度為3.0m，開挖循進(jìn)尺0.5～1.0m；I18工字鋼支撐間距并設(shè)置鎖腳錨管，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴射0.25m混凝土封閉。主體工字鋼間距每榀0.60m，徑向錨桿間距1.20×0.60m，長(zhǎng)度3.5m，梅花型布置；徑向小導(dǎo)管間距1.20×0.60m，長(zhǎng)度3.5m；開挖以小藥量弱爆破發(fā)開挖為主，輔以挖掘機(jī)破碎錘開挖，局部欠挖塊石人工處理。處理完成后，及時(shí)噴射2～4cm混凝土封閉，安裝鋼拱架及15×15cm鋼筋網(wǎng)，焊接縱向連接筋，打設(shè)鎖腳錨管，復(fù)噴混凝土至0.25m厚度。

3.8 偏壓擋墻施工

隧道采用小導(dǎo)洞出洞后，開始施作隧道洞頂截水溝，然后開挖偏壓擋墻土石方，邊開挖邊防護(hù)開挖邊坡及仰坡臨時(shí)防護(hù)工程。邊坡打設(shè)長(zhǎng)為250cmΦ22砂漿錨桿，然后鋪設(shè)25×25cmф 8的鋼筋網(wǎng)，最后噴射10cm厚C20混凝土。偏壓擋墻為C20混凝土擋土墻，墻體基底地基承載力要求滿足設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)開挖后如地層松軟，承載力不夠時(shí)，采取換填或擴(kuò)大基礎(chǔ)處理，墻基礎(chǔ)開挖至設(shè)計(jì)高程后，打設(shè)長(zhǎng)度為400cm，按照80×80cm布置的Φ22砂漿錨桿，確?；A(chǔ)與天然巖層地基有效錨固。偏壓墻身中部設(shè)一排泄水孔，泄水孔采用Φ108×6鋼管，縱向間距2.0m。如圖12所示。

圖11 出洞小導(dǎo)洞施工示意圖

圖12 偏壓擋墻施工示意圖

3.9 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在隧道施工中是特別重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證并作出局部調(diào)整，對(duì)施工參數(shù)和施工工藝具有重要的指導(dǎo)作用。對(duì)保證隧道施工安全有重要作用。活寶山隧道采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行近距離（20～40m）較微近期預(yù)報(bào)；采用TSP202/203隧道地震探測(cè)儀進(jìn)行遠(yuǎn)距離（200m）較宏觀長(zhǎng)期觀測(cè)，二者相互補(bǔ)充相互印證，提高勘探精度小導(dǎo)洞。

3.10圍巖量測(cè)

為了確保施工安全與質(zhì)量病并為后續(xù)工序施工提供依據(jù)，隧道施工過程中加強(qiáng)圍巖量測(cè)，隨時(shí)掌握圍巖動(dòng)態(tài)變化，通過對(duì)采集的圍巖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。通過對(duì)隧道隧道洞身開挖期間拱頂下沉、拱腰收斂、地板隆起、地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察等項(xiàng)目長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；當(dāng)出局部現(xiàn)數(shù)據(jù)異常過大變化時(shí)，及時(shí)分析原因，修改支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)支護(hù)，避免了安全質(zhì)量質(zhì)量事故的發(fā)生。

3.11防排水及二次襯砌

隧道排水遵循的原則為：以“防、排”為主，“防、排、截、堵”相結(jié)合，因地制宜、綜合治理。達(dá)到排水通暢、防水可靠、經(jīng)理合理、不留后患的目的。

隧道全段為IV、V級(jí)圍巖，以采用復(fù)合式襯砌。施工中嚴(yán)格遵循二次襯砌距掌子面Ⅳ級(jí)圍巖不大于80m、Ⅴ級(jí)圍巖不大于50m，仰拱與掌子面距離不大于35米；仰拱與填充超前、全副澆筑，二次襯砌臺(tái)車整體澆筑；仰拱施做完成后，人工鋪設(shè)土工布和防水板，施工雙層鋼筋，用行走式全液壓襯砌臺(tái)車模筑襯砌；全隧道每隔80m設(shè)置一道沉降縫和伸縮縫。

4 結(jié)束語

采用以述施工工藝及施工方法保證了苗干山隧道在偏壓和淺埋及軟弱圍巖并穿越斷層破碎帶等等復(fù)雜施工條件下，最終安全可控、質(zhì)量可靠、進(jìn)度保證、成本節(jié)約的實(shí)現(xiàn)了隧道的全面貫通，施工中關(guān)鍵要注意的環(huán)節(jié)有以下幾點(diǎn)：

（1）進(jìn)洞前詳細(xì)調(diào)查洞口位置的地質(zhì)情況，分析評(píng)價(jià)邊仰坡和周圍山體的穩(wěn)定性，正確選擇進(jìn)洞前邊仰坡穩(wěn)定技術(shù)和選用正確的進(jìn)洞工法。

（2）洞身開挖前應(yīng)采取可靠的超前加固及支護(hù)體系對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固并消除偏壓對(duì)隧道施工的影響。

（3）加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果，適時(shí)調(diào)整施工方案，降低施工風(fēng)險(xiǎn)確保施工安全。

（4）加強(qiáng)圍巖監(jiān)測(cè)，實(shí)施施工全過程監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)指導(dǎo)施工。

（5）開挖過程為防止坍塌的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制臺(tái)階的長(zhǎng)度，提高鉆爆質(zhì)量，及時(shí)是做初期支護(hù)和仰拱，減少上下臺(tái)階之間圍巖和支護(hù)的擾動(dòng)。

（6）仰拱及填充超前，及時(shí)施作二次襯砌，盡量縮短二次襯砌與掌子面的距離。

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A

1006—7973（2017）12-0075-04

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