文 靜

（江蘇省中鐵十九局第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

隧道施工主要以跨越山區(qū)障礙，實現(xiàn)與道路工程的有效連接，以提高道路交通工程的運輸效率及運輸能力。但從目前來看，隧道工程施工中受到地質(zhì)條件等因素影響，制約了隧道施工工程技術(shù)的應(yīng)用，尤其是高原地區(qū)軟弱圍巖隧道工程，由于特殊的地質(zhì)條件導(dǎo)致隧道施工中安全系數(shù)、施工安全質(zhì)量降低，影響施工經(jīng)濟(jì)性。下面以軟弱圍巖地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)為研究對象，結(jié)合文獻(xiàn)對比法和案例分析法，主要以高原那隆隧道工程為例，對高原地區(qū)高應(yīng)力區(qū)的軟弱圍巖隧道工程的施工特點、施工技術(shù)應(yīng)用及施工技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行分析，為促進(jìn)高原地區(qū)軟弱圍巖隧道工程施工技術(shù)應(yīng)用的合理化提供理論基礎(chǔ)，為發(fā)揮高原地區(qū)隧道工程的作用，提高高原地區(qū)隧道工程建設(shè)質(zhì)量提供施工技術(shù)層面理論基礎(chǔ)，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 工程概況

拉洛水利工程那隆隧洞位于西藏自治區(qū)日喀則市西部、雅魯藏布江以南薩迦縣，是雅魯藏布江右岸一級支流夏布曲干流上的控制性工程，工程位于海拔4300 m 的地區(qū)，高寒缺氧。那隆隧洞（K13+600～K19+517）隧洞全長5.917 km，縱坡0.69‰，采用現(xiàn)澆混凝土圓拱直墻式斷面。其設(shè)計引水流量為16.47 m3/s。斷面設(shè)計尺寸確定為3.5 m×3.95 m（寬×高），洞內(nèi)設(shè)計水深2.74 m。

從地質(zhì)特征上看，主要體現(xiàn)在那隆隧道進(jìn)口的邊坡、出口的邊坡、洞身進(jìn)口及施工支洞等結(jié)構(gòu)處，現(xiàn)對這四部分的地質(zhì)特征進(jìn)行分析。

（1）那隆隧道進(jìn)口邊坡。自然斜坡屬斜逆向坡，邊坡整體穩(wěn)定。進(jìn)口樁號K13+600，設(shè)計洞底標(biāo)高4040.00 m。隧洞進(jìn)口位于申格孜的那隆溝附近，那隆溝槽高程4040～4045 m，斜坡高程4045～4062 m，地形坡度15°～20°，地表發(fā)育近東西向小溝。基巖為第三系柳區(qū)群（E1-21q）紫紅色巨厚層砂礫巖夾泥質(zhì)粉砂巖，屬易軟化軟巖。巖層產(chǎn)狀走向20°～40°，傾SE∠30°～52°。

（2）出口邊坡：隧洞出口位于郎拉隆北東側(cè)斜坡，斜坡走向北東，地面高程4053～4069 m，地形坡度25°～30°。北側(cè)為溝口堆積平臺，地面高程4039～4043 m。出洞口北東側(cè)斜坡分布第四系覆蓋層，覆蓋層厚3～5 m?；鶐r為安山巖及白堊系昂仁組砂頁巖（角巖），巖體具“硬、脆、碎”特點。兩者接觸附近的砂頁巖變質(zhì)為角巖。巖層產(chǎn)狀走向80°～90°，傾N∠70°～80°。

此外，洞身進(jìn)口從那隆以32°走向經(jīng)過東西向峰谷相間展布的山脊到達(dá)郎拉隆東側(cè)的斜坡，沿途地面最高點高程4450 m，最低點高程4066 m（郎拉隆溝）。施工支洞位于那隆隧洞進(jìn)口段，與主動樁號K14+876 相接，距主洞進(jìn)口1276 m。施工支洞走向94°，與主洞交角約62°，支洞坡底坡度約10°，洞長約511 m。

2 高原地區(qū)軟弱隧洞施工基本措施

（1）施工技術(shù)人員作業(yè)海拔均高于4300 m，高血壓、頭暈、頭痛等高原反應(yīng)，導(dǎo)致施工人員工作效率降低，尤其是在隧道內(nèi)2000 m 以上區(qū)，缺氧現(xiàn)象更為明顯，因此應(yīng)制定高效的應(yīng)對措施：①項目部門應(yīng)配置齊全的醫(yī)療工作站、救護(hù)車及醫(yī)療團(tuán)隊，切實保障和加強(qiáng)項目施工技術(shù)人員安全；②需要配置專業(yè)的制氧供養(yǎng)區(qū)域，配置齊全的供氧設(shè)備，其中吸氧室內(nèi)應(yīng)配置齊全的抽送風(fēng)設(shè)備，利用通風(fēng)設(shè)備將氧氣輸送到需求作業(yè)現(xiàn)場，如開挖作業(yè)面上，以充實隧道施工洞體內(nèi)的氧氣含量，提升施工技術(shù)人員的施工效率。

（2）針對那隆隧道海拔高、隧道長、正常施工期短工期壓力大的特點，冬季施工技術(shù)應(yīng)得到保障。例如拌合站、堆料倉等施工區(qū)域應(yīng)集中封閉施工，做好地暖的敷設(shè)作業(yè)，以滿足全年無間隙化施工的條件滿足。

3 高原地區(qū)軟弱圍巖隧道施工技術(shù)分析

高原軟弱圍巖隧道施工過程中，應(yīng)重點關(guān)注施工技術(shù)選擇，盡最大可能地滿足施工條件，并結(jié)合軟弱圍巖施工的實際需求，以達(dá)到軟弱圍巖穩(wěn)定性的合理化控制。尤其是在開展科學(xué)的施工技術(shù)的過程中，應(yīng)加強(qiáng)高原地區(qū)軟弱圍巖隧道施工技術(shù)的實際需求，對地質(zhì)條件展開詳細(xì)的勘察作業(yè)，并出具地質(zhì)勘察作業(yè)報告，采取科學(xué)合理的施工技術(shù)方案，并降低軟弱圍巖對隧道工程的影響，提高施工安全系數(shù)。

3.1 土石方全斷面開挖技術(shù)

高原地區(qū)地質(zhì)條件惡劣，如何選擇合適的土石方開挖技術(shù)成為隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由此需要強(qiáng)化對軟弱圍巖的分析與解讀，先從理論分析的角度，結(jié)合預(yù)先設(shè)計的施工方案，合理把控土石方開挖技術(shù)，以減少對軟弱圍巖造成的擾動現(xiàn)象，提升軟弱圍巖地質(zhì)條件下的土石方開挖技術(shù)的施工效率，降低施工過程中不安全系數(shù)。針對高原區(qū)域，軟弱圍巖的級別一般分為Ⅳ級和Ⅴ級，以此類巖層為例，可選擇的土石方開挖技術(shù)包含有明挖、洞內(nèi)V 類圍巖開挖、洞內(nèi)IV 類圍巖開挖。

（1）明挖施工。首先按照設(shè)計圖紙，洞臉邊坡削平處理，并及時噴錨支護(hù)，并選擇分層、分段開挖，直到洞臉邊坡開挖完成以后，才開展洞內(nèi)開挖，實施由外向里、自上而下地分臺階開挖，同時在開挖的過程中要做好排水處理。

（2）洞內(nèi)V 類圍巖開挖。要按照微臺階、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)等開挖原則，避免因為圍巖自身穩(wěn)定性能力較差導(dǎo)致塌方危險事故的發(fā)生。首先，鉆深孔作為降排水及超前地質(zhì)預(yù)報措施；為防止洞內(nèi)塌方，應(yīng)選擇使用超前小導(dǎo)管注漿法，起到超前支護(hù)和加固圍巖穩(wěn)定性的作用。對洞內(nèi)的邊墻結(jié)構(gòu)使用C15 混凝土進(jìn)行回填處理，確保洞內(nèi)墻體結(jié)構(gòu)能夠承受足夠的承載力。采用雙液注漿堵水，增加噴錨的厚度等。

（3）洞內(nèi)IV 類圍巖開挖。選擇使用斷面一次開挖或者臺階法分布開挖。

在土石方開挖作業(yè)環(huán)節(jié)中，應(yīng)對開挖的步距進(jìn)行科學(xué)控制，提升土石方開挖的質(zhì)量，并符合隧道施工技術(shù)的穩(wěn)定性，為后期的地基支護(hù)作業(yè)奠定堅實基礎(chǔ)。

3.2 隧道掘進(jìn)技術(shù)分析

隧道掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用是實現(xiàn)隧道工程施工環(huán)節(jié)重要組成部分，也是為科學(xué)開展隧道工程、提升隧道施工技術(shù)高效開展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此針對軟弱圍巖地質(zhì)環(huán)境來說，應(yīng)結(jié)合其勘察實際情況，如對物理性質(zhì)、開挖面積等參數(shù)進(jìn)行明確和綜合分析，才能夠科學(xué)地選擇隧道掘進(jìn)施工方案，制定可行性、安全系數(shù)高的隧道掘進(jìn)施工流程，提高隧道施工的安全性及穩(wěn)定性。隧道掘進(jìn)施工過程中，主要采取先爆破，再開挖，兩者相互結(jié)合的鉆機(jī)鉆眼方式，以確保隧道掘進(jìn)施工的質(zhì)量。同時盡可能地控制隧道的收斂及變形形式，當(dāng)變形值達(dá)到一定范圍后，促進(jìn)軟弱圍巖的穩(wěn)定性得到有效保障。

3.3 超前支護(hù)技術(shù)分析

超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用主要是以管棚、超前小導(dǎo)管等進(jìn)行科學(xué)使用，并結(jié)合軟弱圍巖的地質(zhì)環(huán)境，選擇合理的錨固形式，以剛架材料為錨固主材，以促進(jìn)軟弱圍巖施工質(zhì)量得到提高。對于超前管棚來說，其施工難度較大，管長的確定需要依據(jù)隧道工程技術(shù)實施的具體情況，促進(jìn)高原地區(qū)隧道施工質(zhì)量的進(jìn)一步提升。管棚長度一般選擇3～5 m。超前小導(dǎo)管的使用主要是結(jié)合注漿的方式，將膠結(jié)的漿液灌入到軟弱圍巖結(jié)合系統(tǒng)中，并促進(jìn)軟弱圍巖的使用性質(zhì)得到提高，隧道施工安全性也得到保障。因此，超前支護(hù)技術(shù)的實施，是加固隧道施工周邊圍巖的有效方法。

3.4 鎖腳錨桿技術(shù)

隧道下斷面結(jié)構(gòu)開挖之前，需要施行鎖腳錨桿施工技術(shù)，主要針對邊墻超前錨桿技術(shù)的應(yīng)用方式為主，以滿足錨桿結(jié)構(gòu)或者系統(tǒng)能夠達(dá)到受力的穩(wěn)定性，提升超前錨桿施工技術(shù)的質(zhì)量，避免因為軟弱圍巖承載力不足所難以滿足的地基支護(hù)效果，以此高效性的提高軟弱圍巖隧道的施工技術(shù)應(yīng)用效果，提高隧道施工質(zhì)量。鎖腳錨桿技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)選擇尺寸參數(shù)、功能效果等合理化的墊塊、鋼槽結(jié)構(gòu)，減少支護(hù)作業(yè)帶來的影響。

3.5 正面進(jìn)洞及洞內(nèi)施工技術(shù)

正面進(jìn)洞技術(shù)和洞內(nèi)施工需要圍繞針對軟弱圍巖結(jié)構(gòu)的實際勘察結(jié)果，選擇利用科學(xué)的虛擬洞門及改善圍巖方法的措施，來提升方法的合理化應(yīng)用。在軟弱圍巖施工過程中，應(yīng)注重對泄水情況的統(tǒng)計分析，明確泄水的主要原因，針對泄水部位結(jié)構(gòu)，選擇合理的防治措施，避免泄水后圍巖結(jié)構(gòu)的承載力穩(wěn)定性發(fā)生變化，同時應(yīng)提高正面進(jìn)洞、洞內(nèi)施工方法的應(yīng)用質(zhì)量，科學(xué)化規(guī)避施工過程中的安全隱患。

4 高原軟弱圍巖隧道施工方案的優(yōu)化方式

4.1 形變量大小的科學(xué)預(yù)留

斷面開挖作業(yè)的過程中，應(yīng)首先以保障隧道凈空尺寸、結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計規(guī)范的要求，同時還要結(jié)合支護(hù)作業(yè)過程中產(chǎn)生的形變量，對斷面開挖施工技術(shù)的選擇進(jìn)行綜合分析。圖1 和圖2 分別為計算彎矩圖和變形圖。

針對預(yù)留形變量的計算，應(yīng)以如下參數(shù)為依據(jù)，如斷面結(jié)構(gòu)的尺寸、支護(hù)類型、圍巖結(jié)構(gòu)的級別等，以此來控制計算結(jié)果符合規(guī)范要求范圍，并依據(jù)軟弱圍巖所處的地理環(huán)境，預(yù)留變形量可在合理范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整方法一般選擇工程類比法。仰拱施工技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)明確測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)局部支護(hù)技術(shù)的形變量達(dá)到預(yù)先設(shè)計的1/3時，要選擇注漿的方式，將對應(yīng)形變量控制在30 cm 以內(nèi)，這樣不僅能大大節(jié)約成本，同時還能促進(jìn)施工技術(shù)的合理實施。

圖1 計算彎矩

圖2 計算邊形

4.2 以初期支護(hù)閉合成環(huán)的時間來設(shè)計和優(yōu)化施工方案

支護(hù)過程中，會出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉、形變量加大或者開裂現(xiàn)象，因此在初期支護(hù)施工的過程中，應(yīng)合理控制中、下兩部分臺階的距離，同時仰拱的施工速度要不斷加快，以控制初期支護(hù)閉合成環(huán)時間的盡量縮短。由于有關(guān)標(biāo)號路段沒有及時進(jìn)行仰拱作業(yè)，則可能發(fā)生拱頂結(jié)構(gòu)下沉現(xiàn)象，一旦發(fā)生超出預(yù)設(shè)距離的30 cm以上，則會對工程安全施工造成巨大影響，也增加了工程的成本和造價。

5 結(jié)束語

為了提高高原軟弱圍巖隧道施工安全系數(shù)，降低軟弱圍巖地質(zhì)環(huán)境對隧道施工的影響，提升隧道項目的質(zhì)量，本文以那隆隧道項目施工為例，重點探究了軟弱圍巖環(huán)境下隧道施工方案，并對其施工技術(shù)的選擇進(jìn)行了合理分析與評估，為促進(jìn)隧道施工技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定性提供理論支撐，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。