沈琦

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川成都 611130）

1 依托工程背景

1.1 工程概況

浩吉鐵路（項(xiàng)目名稱(chēng)為蒙華鐵路），為國(guó)家“北煤南運(yùn)”新的戰(zhàn)略大通道，全長(zhǎng)1813.5 公里。新建浩吉鐵路土建工程18 標(biāo)段位于河南省南陽(yáng)市境內(nèi)，正線長(zhǎng)度為49.787km。浩吉鐵路土建工程18 標(biāo)段方山1 號(hào)隧道長(zhǎng)1135m，隧道采用單洞雙線形式，內(nèi)設(shè)置4.9‰單面上坡。隧道以剝蝕丘陵為主，相對(duì)高差80～160m 左右，隧道最大埋深165m，大部分基巖裸露，局部地段有殘破積土層分布。

1.2 主要地質(zhì)情況及病害

方山1 號(hào)隧道出口段表層為第四系殘坡積層，粉質(zhì)黏土,棕黃色～棕紅色，含少量碎石，硬塑，厚0～1.0m。下伏Z1 變凝灰?guī)r、綠泥片巖，灰綠色，中厚層狀，巖質(zhì)較軟，強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，巖體破碎～較破碎。

方山1 號(hào)隧道出口段地表巖溶中等發(fā)育，受到降雨長(zhǎng)期侵蝕作用，出口段邊坡形成了巖石與松散土層（殘坡積層）的交接面，抵抗變形能力差，隧道開(kāi)挖施工擾動(dòng)后，在自重的作用下易發(fā)生脫落、透頂，嚴(yán)重時(shí)造成初期支護(hù)嚴(yán)重變形，侵入二襯施工界限的情況。

1.3 亟待解決的施工難題

在此技術(shù)背景下，針對(duì)方山1 號(hào)隧道淺埋松散地層的出洞施工，亟待解決兩大施工問(wèn)題：

（1）如何選擇圍巖支護(hù)襯砌類(lèi)型，確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，

（2）采用何種方案處理淺埋松散地層，確保隧道安全出洞。

2 施工中遇到問(wèn)題及過(guò)程處理措施

2.1 出口段支護(hù)類(lèi)型加強(qiáng)措施

方山1 號(hào)隧道距離洞口0～25 米隧道埋深為0～13m，距離洞口0～15 米為松散殘坡堆積體，距離洞口15～45 米地表溶槽發(fā)育。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況和現(xiàn)場(chǎng)踏勘實(shí)際情況，對(duì)出口段圍巖級(jí)別和襯砌類(lèi)型進(jìn)行了提前的預(yù)判和調(diào)整，具體調(diào)整情況見(jiàn)表1。

表1 方山1 號(hào)隧道進(jìn)口K0+0～+45 段變更情況

2.2 開(kāi)挖過(guò)程中初支開(kāi)裂變形情況

方山1 號(hào)隧道在距離洞口19～35 米時(shí)開(kāi)挖過(guò)程中，受到出口段邊坡松散體的影響，開(kāi)挖段和已經(jīng)支護(hù)段圍巖穩(wěn)定性開(kāi)始逐漸變化，并且日趨嚴(yán)重，主要變化表述見(jiàn)表2。

表2 方山1 隧道出口段開(kāi)挖過(guò)程中初支變化情況統(tǒng)計(jì)表

2.3 紅色預(yù)警出現(xiàn)情況

方山1 號(hào)隧道在中臺(tái)階距離洞口19-18 米時(shí)開(kāi)挖過(guò)程中，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)紅色預(yù)警情況，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 方山1 號(hào)隧道出口段監(jiān)控量測(cè)情況表

監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)紅色預(yù)警后，方山1 號(hào)隧道內(nèi)也出現(xiàn)了嚴(yán)重的次生病害，具體病害情況說(shuō)明如下：

（1）線路右側(cè)巖土從距離洞口16 米位置向大里程發(fā)生局部滑落；

（2）距離洞口15～20 米的洞頂?shù)乇硗裂貛r性分界線發(fā)生開(kāi)裂沉陷；

（3）距離出洞口15 米的位置已噴護(hù)的邊坡表層連帶滑塌；

（4）距離洞口27～15 范圍尚未封閉成環(huán)段右側(cè)及拱頂拱架整體下沉變形。

2.4 紅色預(yù)警處理情況

方山1 號(hào)隧道出現(xiàn)紅色預(yù)警出現(xiàn)后，立即暫停所有開(kāi)挖作業(yè)，對(duì)線路右側(cè)已開(kāi)挖的中臺(tái)階進(jìn)行了堆渣反壓，并對(duì)距離洞口15～20 米范圍右側(cè)上中臺(tái)階接頭處開(kāi)展注漿加固處理。

采取加固措施后，監(jiān)控量測(cè)值逐漸趨于穩(wěn)定，初支變形得到有效控制。此時(shí)，經(jīng)測(cè)量復(fù)核斷面，方山1 號(hào)隧道距離洞口15～33 米范圍發(fā)生變形較大、初支侵限嚴(yán)重，距離洞口15～27米實(shí)測(cè)初支斷面侵限情況見(jiàn)表4。

表4 方山1 號(hào)隧道進(jìn)口段實(shí)測(cè)初支斷面侵限情況

3 出洞方案研究與實(shí)施

由于方山1 號(hào)隧道紅色預(yù)警的出現(xiàn)，導(dǎo)致隧道距離洞口位置15 米時(shí)提前出洞，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)方案無(wú)法實(shí)施。經(jīng)過(guò)各參與方的研究，提出了拱部采用“暗洞明做”施工方案。即清除表層松散體后，在明洞的情況下施工格柵鋼架、噴射混凝土等初期支護(hù)措施，同時(shí)輔助其他措施加強(qiáng)拱部穩(wěn)定性。拱部“暗洞明做”施工完成后，再進(jìn)行初支嚴(yán)重侵限部位的換拱施工，二襯施工完成后回填表土后成洞。

3.1“暗洞明做”施工方案

“暗洞明做”施工方案具體說(shuō)明如下：

（1）K0+27～+15 段，中臺(tái)階、下臺(tái)階部位增加臨時(shí)橫撐，橫撐采用φ159 鋼管；線路左、右側(cè)拱墻部位（格柵鋼支撐A 單元拱腳向上2m 范圍以下）進(jìn)行徑向注漿加固，采用Φ42 鋼花管，注漿深度5m。

（2）K0+15～+0 段，上臺(tái)階部位增加臨時(shí)仰拱，并與A 單元鋼架焊接豎向增加橫3 排豎撐，支撐均采用φ159 鋼管；鋼架外側(cè)澆筑素混凝土回填，對(duì)外露邊仰坡進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)厚度不小于1.0m，坡度1:1～1：2，混凝土標(biāo)號(hào)采用C15。

具體施工方案見(jiàn)圖1。

施工后的效果見(jiàn)圖2。

3.2 實(shí)施期間監(jiān)控量測(cè)情況

施工期間，距離洞口13 米、18 米的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了日變化量3.91mm、4.74mm，達(dá)到黃色預(yù)警值。預(yù)警發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)正在對(duì)K0+15 右側(cè)邊墻進(jìn)行徑向注漿加固處理，預(yù)警原因分析為：“由于該段埋深較淺，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)松散、空隙率較大，在注入較多漿液后（約12m3），初支背后巖體自重增加，受徑向注漿施壓（設(shè)計(jì)1～1.5Mpa）共同作用，初支受力加大發(fā)生收斂變形，造成預(yù)警”。

圖1“暗洞明做”施工方案示意圖（圖片版）

圖2“暗洞明做”施工方案效果圖

預(yù)警發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)立即暫緩了徑向注漿，對(duì)K0+27～+15 段回填洞碴并開(kāi)展施做臨時(shí)仰拱等上述其它加固措施，最后再進(jìn)行注漿，并采取了“間歇注漿，線路左右側(cè)注漿間隔交替進(jìn)行，同時(shí)嚴(yán)格控制單孔注入量，并在注入率較大時(shí)降低注漿壓力”措施。采取措施后，現(xiàn)場(chǎng)施工期間，該段監(jiān)控量測(cè)值變化減小，日變化量和累計(jì)變化量未再超過(guò)預(yù)警值。

3.3 侵限部位換拱施工方案

現(xiàn)場(chǎng)將按照三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工序，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺和臺(tái)階步距，做到每循環(huán)開(kāi)挖不超過(guò)1 榀鋼架距離，逐榀施做下部臨時(shí)仰拱或仰拱封閉成環(huán)后，再逐榀拆除上部臨時(shí)仰拱，并根據(jù)施工進(jìn)度同步開(kāi)展徑向注漿工作。

待進(jìn)口段開(kāi)挖、初支及注漿加固全部施工完畢后，先施做仰拱混凝土，在最大限度確保圍巖穩(wěn)定和隧道結(jié)構(gòu)安全前提下，再進(jìn)行侵限嚴(yán)重段的換拱施工。

施工過(guò)程中，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)和觀察工作，當(dāng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)采取應(yīng)急措施。

4 結(jié)論

浩吉鐵路方山1 號(hào)隧道出口段45 米范圍內(nèi)，埋深0～13m，受到巖溶地表水長(zhǎng)期侵蝕影響，隧道到巖石與松散巖體分界線明顯，形成了軟弱互層。松散巖體由于自穩(wěn)能力能力差，自重、地應(yīng)力等直接施加于隧道初期支護(hù)，造成了隧道局部初期支護(hù)嚴(yán)重變形，初期支護(hù)侵入二襯限界，發(fā)生了多次監(jiān)控量測(cè)紅色預(yù)警。針對(duì)實(shí)際地質(zhì)情況，首先提出了支護(hù)類(lèi)型加強(qiáng)的方案，當(dāng)松散覆蓋層小于5 米時(shí)，提出了“暗洞明做”的施工方案，取得了良好的效果，處理完成后，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)未出現(xiàn)超限。目前浩吉鐵路已經(jīng)開(kāi)通，通過(guò)運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，處理效果良好，形成的隧道淺埋松散地層出洞施工技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)外類(lèi)似工程施工有著重要的指導(dǎo)意義。