鄒霖

內(nèi)容提要：新建貴廣鐵路雙界頂隧道全長(zhǎng)4476米，隧道進(jìn)口向出口方向設(shè)計(jì)為8.86‰單面下坡，進(jìn)口段位于淺埋偏壓地段，洞身穿越花崗巖全風(fēng)化層，全風(fēng)化層多呈砂土狀，圍巖富水。因圍巖沉降收斂，施工過程中隧道正洞部分地段結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形。本文介紹了在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下， 通過圍巖監(jiān)控量測(cè)配合系統(tǒng)支護(hù)，合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)及施工方法，并在工藝上加以細(xì)化，總結(jié)出了該類地段的施工方法，對(duì)同條件下淺埋偏壓富水軟巖地段的隧道施工有一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 淺埋偏壓 監(jiān)控量測(cè) 支護(hù)參數(shù) 施工方法

1工程概況

新建貴廣鐵路雙界頂隧道穿越雙界頂山，隧址區(qū)內(nèi)以構(gòu)造剝蝕低山為主，地下水類型為基巖裂隙水和花崗巖全風(fēng)化層孔隙水。隧道區(qū)內(nèi)屬亞熱帶海洋性氣候，雨量充沛。隧道洞身位于淺埋偏壓地段，洞身穿越花崗巖全風(fēng)化層，全風(fēng)化層呈砂土狀，黃褐色，富水，強(qiáng)度極低，圍巖整體性、自穩(wěn)性很差。

隧道全長(zhǎng)4476米，最大埋深為339m，起訖里程DK623+555～DK628+031，為山嶺淺埋隧道。隧道進(jìn)口段386m設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖，全風(fēng)化層呈砂土狀，黃褐色，遇水易滑塌、軟化，易造成圍巖變形甚至塌頂，，有較大的裂隙水，該段最淺埋深為8m；因隧道洞身揭實(shí)圍巖極差，施工變更130米為Ⅴ級(jí)圍巖。

雙界頂隧道進(jìn)口段洞身開挖支護(hù)存在楔形掉塊、滑塌、圍巖隨水流動(dòng)等一系列難題；并且因圍巖沉降收斂，造成隧道正洞部分地段結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形，隧道拱頂下沉、圍巖收斂超過預(yù)留變形量，出現(xiàn)初期支護(hù)局部開裂和侵入二次襯砌界內(nèi)等問題。

2施工方案

針對(duì)隧道洞身位于淺埋偏壓地段、圍巖軟弱富水的特點(diǎn)，我們制定了“超前支護(hù)、初支加強(qiáng)、監(jiān)控加強(qiáng)、合理變形、及時(shí)封閉、底部加強(qiáng)、仰拱二襯緊跟、地質(zhì)預(yù)報(bào)”的整治原則和總體方案較好的解決了此項(xiàng)難題。

2.1總體方案介紹

2.1.1采用超前支護(hù)，開挖后及時(shí)封閉圍巖；加強(qiáng)初期支護(hù)的剛度，采用型鋼拱架封閉成環(huán)；為達(dá)到穩(wěn)固圍巖的目的，系統(tǒng)錨桿采用中空注漿錨桿加固地層，錨桿長(zhǎng)度應(yīng)稍大于塑性區(qū)的厚度。

2.1.2加大預(yù)留變形量。為了防止噴層變形后侵入二次襯砌的凈空，開挖時(shí)即加大預(yù)留變形量。

2.1.3施工支護(hù)采用“先柔后剛，先放后抗、剛?cè)岵?jì)”原則，使初期支護(hù)能適應(yīng)大變形的特點(diǎn)。

2.1.4及時(shí)封閉仰拱、特別是仰拱初支，是減小變形、提高圍巖穩(wěn)定性的措施之一。

2.1.5根據(jù)圍巖實(shí)際和監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析指導(dǎo)施工。

2.1.6隧道開挖盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

2.1.7全過程實(shí)施施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作。

2.2施工技術(shù)措施

2.2.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

采用以監(jiān)控量測(cè)、地質(zhì)素描為主，結(jié)合科研測(cè)試的綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)包括以下方法：掌子面地質(zhì)素描，監(jiān)控量測(cè)，應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試以及常規(guī)地質(zhì)綜合分析等。通過掌子面素描確定節(jié)理面的走向和傾向，通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反分析地應(yīng)力值，從而判定圍巖的地質(zhì)狀況。

根據(jù)隧道地質(zhì)資料，雙界頂隧道的超前預(yù)報(bào)重點(diǎn)放在了洞身軟弱圍巖的變化和圍巖富水情況。在施工時(shí)采取強(qiáng)有力的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作納入施工工序。

2.2.2超前支護(hù)

（1） 超前管棚注漿支護(hù)

超前管棚注漿支護(hù)是在斷層破碎帶、軟弱圍巖開挖中，由鋼拱架、鋼管與注漿、網(wǎng)噴錨、聯(lián)合使用形成超前支護(hù)的方法。架設(shè)鋼架后，從鋼拱架預(yù)先鉆好的眼孔中，向開挖面前方鉆孔，然后頂入一定數(shù)量的開孔的花鋼管，注漿形成管棚。管棚的一端支撐在鋼拱架上，另一端的一定長(zhǎng)度支撐在巖體中，然后在管棚的保護(hù)下進(jìn)行開挖。

在DK623+623～DK623+847段軟弱圍巖施工中采用了直徑為89mm，長(zhǎng) 10m的長(zhǎng)管棚，鋼管的前端制作成圓錐形，為確保超前管棚切實(shí)起到防護(hù)加固圍巖的作用，超前鋼管間距定為40cm，同時(shí)為保證鋼拱架的位置，鋼管的外插角控制在80°～100°，相鄰兩環(huán)管棚之間的搭接為3m。

洞身超前管棚施工工序主要有：鉆孔、頂入鋼管、注漿。

①工作面處理。由于軟弱圍巖易塌落，鉆孔工作面必須作處理。在緊挨掌子面處應(yīng)先施作鋼拱架支護(hù)。

②鉆孔。為保證鉆孔位置及方向滿足要求，施工中采取了以下措施：（1）鉆孔前，按40cm的環(huán)向間距沿開挖輪廓線布置孔眼的位置，并用紅油漆做好醒目標(biāo)記，鉆機(jī)就位后，調(diào)整好鉆桿開鉆角度，并隨時(shí)檢查糾正鉆進(jìn)方向；（2）在鉆進(jìn)工藝上采取措施，開孔鉆進(jìn)時(shí)采取低壓低速推進(jìn)，推力均勻，速度盡量放慢。

③安裝管棚鋼管。因鋼管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，采用裝載機(jī)配合挖掘機(jī)頂進(jìn)。

④注漿。管棚鋼管頂入后，進(jìn)行注漿，目的是通過將水泥漿液壓入鋼管并擴(kuò)散到鋼管周圍的軟弱破碎圍巖體中，固結(jié)周圍碎散巖體，增加圍巖的整體強(qiáng)度，提高圍巖的自承能力。注漿機(jī)具采用BW-150注漿泵，注漿采用水灰比1：1的水泥漿液，注漿壓力控制在0.5～3.0MPa。

（2）超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)

超前管棚施作后，為了加強(qiáng)超前管棚的支護(hù)效果，進(jìn)一步固結(jié)松散的巖體，提高圍巖的整體性能與自承能力。在上臺(tái)階前，按2.4米一個(gè)循環(huán)，增設(shè)φ42（L=3.5米）的小導(dǎo)管注漿支護(hù)。

①小導(dǎo)管采用外徑42mm、壁厚3.5mm無縫熱軋鋼管制作，前端加工成錐形并封焊密實(shí)，管身設(shè)若干注漿孔，孔徑6～8mm，孔間距15mm，按梅花型布置；尾部長(zhǎng)度不小于30cm，作為不鉆孔的止?jié){段。

②注漿小導(dǎo)管按拱頂外輪廓中心高程和支距進(jìn)行布孔放樣，插空布置在洞身長(zhǎng)管棚鋼管之間。小導(dǎo)管環(huán)向間距40cm ，縱向搭接長(zhǎng)度為1.1m，外插角為3°～5°。

③小導(dǎo)管安設(shè)采用鉆孔打入法，先按設(shè)計(jì)要求鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑達(dá)3～5mm，然后將小導(dǎo)管穿過鋼架，用錘擊或鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出。小導(dǎo)管插入鉆孔后外露一定長(zhǎng)度，以便連接注漿管路，并用塑膠泥將導(dǎo)管周圍孔隙封堵密實(shí)，防止工作面坍塌。

④注漿材料為1：1（重量比）水泥漿液，小導(dǎo)管注漿的孔口最高壓力嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，以防壓裂開挖面，注漿壓力一般為0.5-1.0Mpa，止?jié){塞必須能承受注漿壓力。

⑤注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)結(jié)束注漿。

⑥隧道的開挖長(zhǎng)度小于小導(dǎo)管的注漿長(zhǎng)度，預(yù)留部分作為下一循環(huán)的止?jié){墻。

⑦注漿前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查機(jī)械設(shè)備是否正常，管路連接是否正確，為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率，可采用群管注漿。

實(shí)踐證明，在該淺埋、軟弱圍巖破碎帶，采用超前小導(dǎo)管配合洞身長(zhǎng)管棚注漿進(jìn)行超前支護(hù)的措施，對(duì)于改善圍巖的整體性能、提高圍巖的自承能力、預(yù)防圍巖坍塌、堵截地表水方面，起到了較好的效果。實(shí)踐也證明，該段所采用的二次超前支護(hù)結(jié)構(gòu)中，單一管棚注漿漿液難以擴(kuò)散全面，以致在增強(qiáng)圍巖的整體性和漿液固結(jié)層形成的截水帷幕截水效果上存在死角，而在開挖過程中再次采用小導(dǎo)管注漿的措施，起到了明顯的彌補(bǔ)效果。

2.2.3洞身開挖

根據(jù)工期要求、地質(zhì)條件和現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備，綜合比較開挖方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇了臺(tái)階法施工，上、中臺(tái)階斷面開挖預(yù)留核心土，超前小導(dǎo)管配合洞身長(zhǎng)管棚進(jìn)行超前支護(hù)。這種開挖方法的優(yōu)點(diǎn)是：環(huán)狀開挖降低了開挖高度，增強(qiáng)了圍巖的自穩(wěn)能力，所留核心土不但為后續(xù)工序提供了作業(yè)平臺(tái)，而且有利于掌子面的穩(wěn)定。

（1）上臺(tái)階開挖：寬1m，進(jìn)尺0.5米，留核心土，以防止掌子面坍塌，同時(shí)注意減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。0.5米的環(huán)形開挖完成后，應(yīng)立即架設(shè)鋼拱架支護(hù)，焊接縱向連接鋼筋，加快支護(hù)進(jìn)度，以減少圍巖的暴露實(shí)踐。

（2）中臺(tái)階可單工序作業(yè)，即上臺(tái)階貫通后再行開挖，也可與上臺(tái)階平行作業(yè)，由于工期緊迫，選擇平行作業(yè)。

（3）下臺(tái)階拉中槽后，單邊輪換開挖，兩邊保證10米的安全距離，以保證施工的安全。

（4）在施工過程中，保證各臺(tái)階拉開的最大距離20米，留夠從上臺(tái)階向中臺(tái)階翻碴的作業(yè)平臺(tái)即可。隧底開挖緊跟下臺(tái)階，隧底開挖施作完初期支護(hù)后，緊跟進(jìn)行仰拱及仰拱填充混凝土的澆筑，以穩(wěn)定隧底，抑制圍巖的可能出現(xiàn)的大變形。

（5）在各臺(tái)階開挖過程中，盡量不采用爆破開挖，在必要時(shí)采用了小藥量的預(yù)裂爆破，然后用風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開挖。開挖后，人工用風(fēng)鎬修整開挖面后，馬上用C25的噴射混凝土進(jìn)行初噴、鋼拱架的架設(shè)、網(wǎng)片、錨桿、噴射混凝土等工序，盡量減少開挖面的暴露時(shí)間。

（6）為了有效的控制拱腳下沉，首先鋼拱架安裝前，考慮到增大鋼板墊塊的接觸面積和鋼架間距的約束，每?jī)砷摷苣_底部墊一塊鋼板，鋼板厚10mm，鋼板可重復(fù)使用；其次鋼拱架安裝后，在兩側(cè)拱腳處各安裝2根長(zhǎng)4m的φ42的鎖腳鋼管，并用注漿機(jī)采用1.5Mpa的壓力注滿水泥砂漿，以增強(qiáng)鎖腳鋼管的剛度。

2.2.4初期支護(hù)

施工中對(duì)于該軟弱圍巖段，初期支護(hù)采用I22a鋼拱架、帶排氣裝置的注漿錨桿、φ22砂漿錨桿、φ8網(wǎng)片及C25噴砼的加強(qiáng)支護(hù)措施。具體初期支護(hù)參數(shù)如下表所示：

初期支護(hù)是永久襯砌的重要組成部分。初期支護(hù)與圍巖共同受力，既要與圍巖共同變形，又要有足夠的強(qiáng)度和剛度能抑制圍巖的過大變形。該圍巖淺埋、破碎段，雖然通過超前支護(hù)對(duì)拱頂部分圍巖進(jìn)行了注漿固結(jié)，但是注漿范圍以下拱腰部分的圍巖未經(jīng)過注漿進(jìn)行超前支護(hù)，其自身的自穩(wěn)能力還是很差。開挖后必定變形很大，所以必須通過加強(qiáng)初期支護(hù)，保證初期支護(hù)的質(zhì)量，以此來控制圍巖的大變形。

在開挖完當(dāng)循環(huán)后，必須馬上對(duì)開挖面進(jìn)行初噴4cm的C25混凝土，以防止小量的巖塊掉落及限制圍巖的收斂變形，然后架設(shè)鋼拱架、打設(shè)鎖腳鋼管、焊接鋼拱架間的連接鋼筋、打設(shè)系統(tǒng)錨桿、中空錨桿注漿、安裝鋼筋網(wǎng)片及噴射C25混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

在該段初期支護(hù)的各道工序施工過程中，為了保證初期支護(hù)的質(zhì)量，達(dá)到抑制圍巖大變形的目的，在施工過程中，我們著重注意了以下幾個(gè)方面：

（1）鋼架加工完成后要放在水泥地面上試拼，周邊拼裝誤差控制±3cm以內(nèi)，平面翹曲不得大于2cm，鋼架的焊接焊縫要飽滿。安裝時(shí)人工平整拱腳處的圍巖，并在鋼架的拱腳下墊設(shè)厚100的鋼板墊塊。

（2）鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)格嚴(yán)格控制在20cm×20cm范圍內(nèi)，網(wǎng)片的搭接采用焊接，搭接長(zhǎng)度不得小于40cm。

（3）鎖腳鋼管采用φ42的注漿鋼管，打設(shè)時(shí)鋼管斜向下與鋼架成45o的夾角，鋼管與鋼架緊貼并焊接牢固。然后注漿以增加鋼管的剛度。

（4）拱部的注漿錨桿及邊墻的砂漿錨桿，嚴(yán)格按照錨桿的施工規(guī)范進(jìn)行施工，必須加設(shè)錨桿鋼墊板，錨桿的間距、注漿等必須滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（5）噴射混凝土采用濕噴工藝，噴射時(shí)風(fēng)壓必須滿足對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度、密實(shí)度的要求。為了減小噴射混凝土的開裂，在混凝土噴射料中摻加了1.2Kg/m3的改性聚酯纖維?；炷羾娚渫陜尚r(shí)后，保證對(duì)混凝土進(jìn)行2周的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。

（6）在距拱腳的一米以外的位置，各挖一條排水溝，以便將洞內(nèi)積水排出，防止積水浸泡拱腳處的圍巖，造成拱腳不穩(wěn)。

（7）對(duì)于開挖面有滲水的部位，在初噴完成后，在初噴面上安設(shè)土工布包φ50打孔波紋管，把滲水引流至拱腳附近的排水溝內(nèi)。

2.2.5及時(shí)封閉隧底

下臺(tái)階工作面與隧底施工不要拉開過大距離，要及時(shí)開挖支護(hù)隧底，使得隧道初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)，有助于隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。隧底開挖支護(hù)每循環(huán)的進(jìn)尺不超過3榀拱架，閉合3～4個(gè)循環(huán)后盡快施作仰拱和填充，具體支護(hù)參數(shù)見初期支護(hù)參數(shù)表。

2.2.6仰拱二襯緊跟

對(duì)于該軟弱圍巖段施工中仰拱二襯要緊跟，二次襯砌采用C35鋼筋混凝土、襯砌鋼筋采用φ22（環(huán)向主筋）、φ14（縱向鋼筋）、φ8（箍筋）綁扎而成。具體襯砌參數(shù)如下表所示：

2.2.7監(jiān)控量測(cè)

鑒于雙界頂隧道進(jìn)口段圍巖的特殊情況，為了能盡快掌握施工過程中所采取的措施在控制圍巖變形方面產(chǎn)生的效果、及支護(hù)的受力情況、圍巖的變形情況的數(shù)據(jù)，以便能在施工過程中及時(shí)的調(diào)整開挖方法及支護(hù)參數(shù)、預(yù)報(bào)可能會(huì)發(fā)生的情況。對(duì)此，我們制定了如下的監(jiān)控量測(cè)方案。

（1）按5米的間距進(jìn)行量測(cè)斷面的布設(shè)。

（2）每個(gè)斷面，在拱頂布設(shè)一個(gè)沉降點(diǎn)，上臺(tái)階邊墻位置一組周邊收斂點(diǎn)，中臺(tái)階邊墻一組周邊收斂點(diǎn)（如圖下圖所示）。

（3）觀測(cè)頻率為每天一次。

（4）對(duì)量測(cè)的數(shù)據(jù)繪制成時(shí)間-位移曲線圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸分析。

（5）量測(cè)方法

①量測(cè)斷面按5米設(shè)一個(gè)，在該初期支護(hù)完成后立即布設(shè)測(cè)點(diǎn)，以確保在開挖后24h內(nèi)（下次開挖之前）能測(cè)得第一次圍巖變形情況。量測(cè)斷面滯后掌子面的距離不宜大于2米。周邊收斂點(diǎn)的位移用收斂計(jì)測(cè)，拱頂下沉點(diǎn)的位移用水準(zhǔn)儀和鋼尺測(cè)量。測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)方法為：在初期支護(hù)完成后，在該斷面的初期支護(hù)砼的指定位置鉆眼，然后用錨固劑把加工好的帶彎鉤的鋼筋錨固在鉆眼孔內(nèi)，并用紅油漆在旁邊標(biāo)記上測(cè)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)。量測(cè)方法具體見下圖：

②量測(cè)結(jié)果及對(duì)數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)各個(gè)斷面下沉和周邊收斂值的數(shù)據(jù)回歸分析，該段圍巖在采取了超前支護(hù)、三臺(tái)階開挖等施工措施后，下沉和收斂變形的變化趨勢(shì)是平緩的，有規(guī)律的。最大變形值都在允許變形范圍之內(nèi)。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在施作了仰拱和仰拱填充后，變形馬上趨于停止。這也充分驗(yàn)證了對(duì)于軟弱、淺埋隧道施工 “管超前，少擾動(dòng)，早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，緊封閉，勤量測(cè)”在控制圍巖大變形方面的重要性。

3結(jié)束語(yǔ)

通過本隧道進(jìn)口偏壓淺埋軟弱富水段的施工，以及技術(shù)措施在施工中的實(shí)施，初步總結(jié)以下幾點(diǎn)僅供參考：

3.1應(yīng)重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提高隧道超前支護(hù)施工質(zhì)量，為制定切實(shí)有效的施工方案提供依據(jù)。

3.2加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，以量測(cè)反饋的數(shù)據(jù)分析，并指導(dǎo)施工。

3.3應(yīng)制定周密的處理軟弱圍巖地段的施工方案和施工方法，堅(jiān)持按新奧法的原理指導(dǎo)施工；堅(jiān)持“以防為主，寧強(qiáng)勿弱，步步為營(yíng)，穩(wěn)重求快”的指導(dǎo)思想；堅(jiān)持“管超前，少擾動(dòng)，早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，緊封閉，勤量測(cè)”的施工方針。

3.4加強(qiáng)鋼拱架、錨噴等的質(zhì)量，軟弱圍巖地段對(duì)支護(hù)能力要求較高，一定要加大鋼筋直徑、減小布置間距，增大噴射砼的厚度，提高初期支護(hù)的質(zhì)量。開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴及初期支護(hù)各道工序。

3.5隧道開挖支護(hù)期間各施工部位、工序等交替作業(yè)間隔較長(zhǎng)時(shí)，有必要對(duì)掌子面等作業(yè)面進(jìn)行錨噴封閉。

3.6隧道開挖支護(hù)做好洞內(nèi)排水工作。