王必軍

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧 大連 116100)

隨高速鐵路隧道的快速發(fā)展，隧道遇到的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，給隧道建設(shè)者提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如高速鐵路隧道空氣動(dòng)力學(xué)問題、防排水問題、消防和防災(zāi)救援問題、大斷面和超大斷面隧道施工設(shè)計(jì)及施工技術(shù)等問題都需要進(jìn)一步研究和完善［1-2］。對(duì)隧道施工方法，特別是淺埋與超淺埋段、軟弱破碎圍巖段施工方法，應(yīng)進(jìn)行深入研究［3-5］。以武廣客運(yùn)專線獅公巖二號(hào)隧道淺埋偏壓顯著段為工程背景，開展了軟弱圍巖雙線客運(yùn)專線隧道施工綜合控制技術(shù)研究，以企對(duì)類似工程提供借鑒。

1 工程概況

獅公巖二號(hào)隧道為客運(yùn)專線雙線鐵路隧道，位于廣東省韶關(guān)市西聯(lián)境內(nèi)，處于武漢至廣州客運(yùn)專線烏龍泉至花都段，武廣客運(yùn)專線設(shè)計(jì)行車速度目標(biāo)值為350 km/h。雙線隧道凈空有效面積100 m2，設(shè)計(jì)為無碴軌道。該隧道全長392 m，隧道進(jìn)口里程為DK1985+162，出口里程為DK1985+554。隧道最大埋深約22 m，全隧道均為淺埋大斷面隧道。隧道圍巖為IV級(jí)、Ⅴ級(jí)。在DK1985+280～DK1985+340線路左側(cè)約15 m有一孤立山頭，高約10 m，山頂為一信號(hào)塔，在施工過程中應(yīng)注意保護(hù)［6］。

本隧道屬于淺埋大跨隧道，上覆土體為粉質(zhì)黏土，夾有碎石，下伏灰?guī)r、泥巖、粉砂巖等軟巖石，巖溶發(fā)育，隧道暗挖施工極易引起塌頂，開挖必須及時(shí)支護(hù)。受附近斷層的影響，隧道范圍內(nèi)巖石體褶皺及揉皺較發(fā)育，巖性較破碎。隧道范圍附近無連續(xù)水源，主要受大氣降水補(bǔ)給，水位季節(jié)性波動(dòng)大。

根據(jù)隧道沿程的地形、地貌特征，在設(shè)計(jì)里程DK1985+280～DK1985+370段地面有明顯的橫坡，隧道施工過程中存在顯著的偏壓現(xiàn)象(典型坡面橫斷面如圖1所示)。對(duì)于偏壓隧道而言，施工過程中圍巖及結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，加之埋深淺、圍巖軟弱，如果施工措施不當(dāng)，勢必引起隧道變形過大或邊坡失穩(wěn)，因此，該段施工方法的選擇必須慎重。

2 淺埋顯著偏壓段隧道施工大變形情況及原因分析

根據(jù)隧道沿程地形條件和埋深分布，在設(shè)計(jì)里程DK1985+280～DK1985+370段，地面橫坡明顯，存在顯著的偏壓現(xiàn)象。隧道采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工，在DK1985+360～+342段18 m范圍內(nèi)，曾發(fā)生嚴(yán)重變形，最大拱頂下沉986.62 mm，最大拱腳水平收斂876.54 mm，最大徑向位移1023.51 mm，支護(hù)最大侵限達(dá)85 cm。隧道開挖引發(fā)地表產(chǎn)生顯著水平位移，最大水平位移102 mm，在水平位移的作用下，地表粘土將產(chǎn)生明顯縱向裂縫，而裂縫的發(fā)生和發(fā)展又加速了地表水對(duì)地層圍巖的侵蝕和軟化，進(jìn)而促使隧道變形的發(fā)展和邊坡的失穩(wěn)。在實(shí)際施工過程中，洞頂在洞內(nèi)變形后出現(xiàn)裂縫，裂縫縱向有主裂縫3～4條，小裂縫密布，最大縫寬15～20 cm，并拌有明顯坍陷臺(tái)階。靠左側(cè)較大，至右側(cè)懸空處依次減弱。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況以及施工過程中對(duì)地表的調(diào)查分析結(jié)果，經(jīng)多次專家組現(xiàn)場討論研究認(rèn)為，該段發(fā)生顯著大變形的主要原因體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)淺埋、偏壓、軟弱地層是大變形發(fā)生的內(nèi)在原因。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，該段隧道埋深僅20 m左右，約為1.5倍洞跨，屬于典型淺埋隧道，隧道上覆地層主要為粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化泥巖、頁巖。經(jīng)現(xiàn)場取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，巖樣性質(zhì)接近粘土。該區(qū)段地表橫坡明顯，隧道一側(cè)山體覆蓋厚度過薄，屬顯著偏壓地層，因此，施工中坡體向山體外側(cè)發(fā)生水平位移不可避免。

(2)連續(xù)大雨的天氣情況是大變形發(fā)生的客觀原因。在施工過程中，從2007年2月14日開始，施工現(xiàn)場連降大雨，持續(xù)時(shí)間達(dá)1個(gè)月之久。此時(shí)，正值隧道偏壓段開挖施工，由于隧道埋深相對(duì)較淺，加之上覆泥巖、頁巖地層風(fēng)化嚴(yán)重、裂隙發(fā)育并彼此連通，為地表水的滲入提供了有利條件，這種巖性地層遇水后軟化勢必導(dǎo)致隧道開挖變形加劇和影響邊坡穩(wěn)定。

(3)隧道開挖施工效應(yīng)是造成大變形現(xiàn)象發(fā)生的直接原因。隧道開挖施工破壞了圍巖的初始應(yīng)力平衡，由于偏壓存在，拱頂位移發(fā)生偏移，地表位移方向指向坡向一側(cè)，并存在明顯向坡向側(cè)滑動(dòng)趨勢，隧道兩拱腳斜上方巖體以及邊坡坡腳圍巖屈服，邊坡有失穩(wěn)可能。

圖1 DK1985+355斷面地形橫斷面(單位:m)

3 淺埋顯著偏壓段隧道大變形整治措施

淺埋顯著偏壓段隧道發(fā)生大變形后，根據(jù)現(xiàn)場條件，首先采取了單側(cè)加長錨桿和增設(shè)水平鋼支撐的應(yīng)急措施，然后根據(jù)變形控制情況進(jìn)一步采取了坡頂減壓坡腳填方反壓，以及局部抗滑樁措施。

3.1 單側(cè)加長錨桿和增設(shè)水平鋼支撐

在大變形發(fā)生的最初階段針對(duì)現(xiàn)場情況采取如下應(yīng)急措施:

(1)洞外地表處理措施。將地面沖溝填平，裂隙夯填壓實(shí)，在隧道頂部進(jìn)行8 cm厚Φ6鋼筋網(wǎng)(間距30 cm×30 cm)噴混凝土鋪砌，鋪砌范圍為中線左側(cè)20 m至右側(cè)坡邊，鋪砌兩側(cè)做成斜坡狀，設(shè)置橫向和環(huán)向地表截、排水溝，加強(qiáng)排水。

(2)洞內(nèi)增設(shè)水平鋼支撐。在DK1985+340～+370段設(shè)置橫向I20鋼支撐，間距1.2 m，工字鋼上下二排，中間等間距設(shè)三道豎向支撐，工字鋼兩側(cè)與型鋼鋼架焊接，并將所有工字鋼在縱向用Φ22的鋼筋連接成一體。

(3)在DK1985+340～+375段左側(cè)隧道邊墻采用10 m長Φ52自進(jìn)式注漿預(yù)應(yīng)力錨桿，水平間距1 m，豎向布置3排。

(4)DK1985+320～+370段襯砌采用“武廣隧參01-26”V級(jí)偏壓式襯砌加強(qiáng)支護(hù)，即C25噴射混凝土全環(huán)28 cm厚，I22a型鋼鋼架，間距0.5 m/榀，二次襯砌鋼筋混凝土拱墻厚55 cm，仰拱厚60 cm。

3.2 坡頂減壓坡腳填方反壓措施

在采取加長錨桿、增設(shè)橫向鋼支撐的措施下，隧道變形得到了基本控制，但變形仍有緩慢增長趨勢，為保證邊坡穩(wěn)定和施工安全，經(jīng)多方論證，決定采取洞頂減壓卸載，坡腳反壓增阻的措施，穩(wěn)定坡體的穩(wěn)定。具體方法為:在洞頂上方采取挖方措施，以減輕坡體下滑動(dòng)力，挖方深度視地形條件為4～7 m不等，所挖巖土回填至坡腳，并在坡腳設(shè)置頂寬1.0 m的漿砌片石擋墻，形成反壓護(hù)道，以達(dá)增阻之目的。處理后的典型斷面的坡面形式如圖2所示，右側(cè)坡腳為漿砌片石擋墻，頂寬1.0 m。

3.3 抗滑樁措施

為保護(hù)線路左側(cè)既有構(gòu)筑物(信號(hào)塔)，并防止山體的繼續(xù)滑移，在線路左側(cè)孤立山頭下方設(shè)置8根直徑1.0 m的鉆孔灌注樁，間距3～8 m，樁深35 m，嵌入穩(wěn)定基巖2.0 m以上，在樁頂設(shè)系梁以加強(qiáng)整體性。

3.4 侵限支護(hù)拆換措施

由于前期施工過程中部分支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，局部初期支護(hù)侵限嚴(yán)重，為保證二次襯砌厚度，確保施工質(zhì)量，應(yīng)對(duì)侵限部分的支護(hù)進(jìn)行換拱處理。

(1)小導(dǎo)管注漿加固地層。由于圍巖軟弱，為確保換拱過程洞室穩(wěn)定和作業(yè)安全，在換拱作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固地層，小導(dǎo)管采用Φ42鋼管，邊墻長度1.5 m，拱部長度3.0 m，環(huán)向間距30 cm。

(2)爆除原有混凝土結(jié)構(gòu)。爆破采用密眼、少藥的原則，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

(3)架設(shè)拱架。鋼架工字鋼采用Ⅰ22，拱架間距60 cm。鋼架長度視具體需要拆換支護(hù)長度及原鋼架接頭位置具體加工。當(dāng)拱墻支護(hù)均需要拆換時(shí)，先換拱圈再換邊墻，為避免掉拱現(xiàn)象發(fā)生，在拱腳接頭處施作6根鎖腳錨桿進(jìn)行穩(wěn)定拱圈，鎖腳錨桿采用Φ42鋼管，長度4 m。

(4)錨噴混凝土施工待拱架架立完成后，施作錨噴支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同原設(shè)計(jì)，新噴混凝土應(yīng)與原混凝土面保持平順。

經(jīng)過以上措施的綜合處理，隧道變形和坡面穩(wěn)定得到了極大的改善和較好的控制效果，確保了工程施工安全和施工質(zhì)量。處理后圍巖變形控制在40 mm以內(nèi)。

圖2 DK1985+355斷面處理后地面坡形

4 結(jié)語

獅公巖二號(hào)隧道圍巖軟弱破碎，浸水極易軟化，隧道開挖斷面大，淺埋偏壓顯著，圍巖自穩(wěn)能力差，降雨對(duì)隧道施工影響大。針對(duì)上述不利條件，提出了地表網(wǎng)噴加固、洞內(nèi)加長錨桿、增設(shè)水平橫撐的應(yīng)急措施，在隧道變形初步控制后，進(jìn)一步采取地表坡頂減負(fù)、坡腳反壓增阻，以及局部錨固樁等措施，有效控制了隧道變形，保證了隧道施工安全，成功保護(hù)了地表構(gòu)筑物，并積累了成功的施工經(jīng)驗(yàn)。

［1］鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.高速鐵路隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.2006中國高速鐵路隧道國際技術(shù)交流會(huì)論文集［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］楊帆.隧道淺埋偏壓段地表回填注漿及開挖支護(hù)施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(5):74-77.

［4］張小軍.軟弱圍巖淺埋偏壓條件下隧道施工技術(shù)［J］.鐵道建設(shè)，2005(3):45-49.

［5］袁海清.淺埋偏壓狀態(tài)下軟弱泥質(zhì)頁巖隧道洞室及圍巖的穩(wěn)定分析［J］.中南公路工程，2006，31(1):163-166.

［6］王必軍.淺埋偏壓、大斷面客運(yùn)專線隧道施工綜合技術(shù)研究［D］.石家莊:石家莊鐵道學(xué)院土木工程分院，2008.