黃志棟

（中交第三公路工程局有限公司，蘭州730094）

隧道淺埋段施工安全質(zhì)量控制

黃志棟

（中交第三公路工程局有限公司，蘭州730094）

隧道淺埋段施工過程中，各種地質(zhì)情況所產(chǎn)生的地應(yīng)力、圍巖變形等對施工產(chǎn)生的影響均不一樣，所以隧道淺埋段施工的安全質(zhì)量控制措施也隨之變化，尤其是開挖工法、安全步距控制就更為嚴(yán)格。就泥巖砂巖互層的鐵路雙線隧道淺埋段施工安全進(jìn)行分析。

隧道;淺埋;管棚

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.117

1 引言

隧道淺埋施工主要是通過對地層適當(dāng)加固,提高圍巖自承能力,采用短進(jìn)尺、弱爆破開挖,及時(shí)初期支護(hù)并封閉成環(huán),使圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)形成聯(lián)合支護(hù)體系以共同承擔(dān)施工階段圍巖應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生的荷載,在圍巖變形基本穩(wěn)定以后施作二次模筑襯砌,完成隧道施工。隨著各種圍巖地質(zhì)的巖性、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀等地質(zhì)特性的不同，圍巖的應(yīng)力變化和自承能力均有所不同。高家山隧道、新莊隧道及福川隧道均為砂巖、泥巖互層，并且?guī)r層產(chǎn)狀均處于近水平的層理，且地質(zhì)構(gòu)造簡單，對圍巖由于地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的破壞影響較小[1]。

2 隧道淺埋施工中的注意事項(xiàng)及改善措施

時(shí)速250km/h的鐵路隧道開挖斷面較大。開挖方法一般采用臺(tái)階法、三臺(tái)階法、三臺(tái)階七步法、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法、CRD法等施工方法。淺埋段一般采用三臺(tái)階法、三臺(tái)階七步法、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法、CRD法、CD法等。對于砂巖泥巖互層，水平巖層的淺埋段地層開挖主要采用三臺(tái)階法進(jìn)行施工。施工中主要應(yīng)該注意以下幾方面。

2.1 淺埋段橫斷面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況和結(jié)構(gòu)特性

根據(jù)設(shè)計(jì)文件了解淺埋段橫斷面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況，包括基巖的厚度、巖層厚度、覆蓋層的厚度及覆蓋層的結(jié)構(gòu)特性。同時(shí)對該段進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)調(diào)查，核對設(shè)計(jì)文件的準(zhǔn)確性。

不同的覆蓋層對基巖的影響不同。譬如砂卵石幾乎沒有粘結(jié)性，對基巖承載的荷載來說是凈荷載，同時(shí)由于泥巖在水文地質(zhì)上屬于隔水層，砂卵石屬于蓄水結(jié)構(gòu)，在覆蓋層處于低洼地帶時(shí)，則該處為蓄水層，容易導(dǎo)致基巖軟化，圍巖自穩(wěn)能力下降。在掌子面及開挖段封閉不及時(shí)、支護(hù)不及時(shí)的情況下，極易產(chǎn)生坍塌，同時(shí)每次開挖進(jìn)尺也是控制坍塌的主要因素。一次開挖過長，由于圍巖會(huì)釋放應(yīng)力變形，造成基巖產(chǎn)生裂隙，地下水沿裂隙滲入，使得泥巖軟化，從而大大降低開挖裸露段的圍巖自穩(wěn)能力。

老黃土、黃土、沙土則有一定的黏結(jié)力，本身具有一定的自承能力，這些土層蓄水能力差，主要存在的是自身的半飽和水，一般不會(huì)對圍巖產(chǎn)生浸水風(fēng)化，即使有浸水，也是很弱的。所以在開挖過程中，一般不會(huì)對圍巖產(chǎn)生額外的附加應(yīng)力或者產(chǎn)生較小的附加應(yīng)力。關(guān)鍵在于不會(huì)對圍巖（泥巖）產(chǎn)生浸水軟化。

在開挖過程中，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查的具體情況，選定合適的防護(hù)措施，以減小對圍巖產(chǎn)生的額外擾動(dòng)、破壞。如果是砂卵石層，在做超前支護(hù)時(shí)，盡可能保持圍巖的整體性，盡可能避免超前支護(hù)貫穿地層，導(dǎo)致地表水或蓄水層的水進(jìn)入泥巖巖層，導(dǎo)致泥巖軟化而降低泥巖的自承能力。

2.2 對掌子面圍巖情況進(jìn)行必要的地質(zhì)情況判識(shí)，并進(jìn)行地質(zhì)素描

地質(zhì)素描主要包括巖層厚度和產(chǎn)狀、節(jié)理產(chǎn)狀和數(shù)量、掌子面滲水情況等。掌握圍巖的巖性、巖層的厚度、節(jié)理發(fā)育情況及節(jié)理的產(chǎn)狀，這些是在開挖時(shí)控制光面爆破的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時(shí)觀察掌子面是否有滲水。由于泥巖的地質(zhì)特性，一般泥巖均存在遇水軟化，個(gè)別區(qū)域的泥巖具有膨脹性，因此觀察掌子面的滲水具有很重要的意義。它是導(dǎo)致掌子面塌方、初期支護(hù)開裂的主要原因。

2.3 開挖方法采用三臺(tái)階法

泥巖、砂巖的層間粘結(jié)力很弱，幾乎可以說層間粘結(jié)力為零，水平巖層開挖時(shí)，拱腰及拱頂易掉塊，形成平頂（就是所謂的方洞），所以在施工中，上臺(tái)階開挖工藝至關(guān)重要。光面爆破是提高圍巖自穩(wěn)能力的最好方法。隧道拱部設(shè)計(jì)為圓形結(jié)構(gòu)，圓形結(jié)構(gòu)的受力要點(diǎn)就是在外表面可以將應(yīng)力均勻分布，不會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生破壞。所以在開挖時(shí)，掌握光面爆破是避免隧道坍塌的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。局部的坍塌造成開挖斷面的不圓順，會(huì)產(chǎn)生圍巖的開挖斷面局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致局部坍塌，進(jìn)而引起大的塌方[2]。

進(jìn)尺控制在0.5～1.0m是圍巖自穩(wěn)能力最好的開挖長度。

二臺(tái)階開挖時(shí)，關(guān)鍵是控制左右兩側(cè)進(jìn)尺及對稱性。進(jìn)尺一般控制在1～2榀的拱架間距，否則容易產(chǎn)生掉拱或側(cè)壁拱架松動(dòng)而導(dǎo)致局部坍塌。兩側(cè)開挖時(shí)應(yīng)錯(cuò)開2榀拱架間距的距離，保證兩側(cè)開挖不在一個(gè)斷面，這樣就可以保證拱架受力的有效性。同時(shí)需要注意的是，開挖后及時(shí)連接拱架并噴混凝土封閉，保證初期支護(hù)的完整性。

同樣，在下臺(tái)階及仰拱開挖時(shí)，一樣需要左右錯(cuò)開進(jìn)行。這里最主要的是，在仰拱施工過程中，盡早使每榀拱架封閉成環(huán)，同時(shí)盡快完成每個(gè)開完段的噴射砼，完成初期支護(hù)，使每個(gè)開挖段處于一個(gè)封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)中，保證圍巖的穩(wěn)定性。開挖步距宜控制在25m（掌子面至閉合成環(huán)的初支前端），二襯步距易控制在65m。

2.4 圍巖監(jiān)控量測的重要性

在隧道淺埋段的開挖過程中，監(jiān)控量測是保證開挖段安全的主要措施和手段。由于泥巖、砂巖的地質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性，開挖過程中，由于層間粘結(jié)力的缺失，會(huì)導(dǎo)致局部尤其在拱部、拱腰會(huì)有小的掉塊，產(chǎn)生階梯狀的錯(cuò)臺(tái)，這樣可能導(dǎo)致局部的應(yīng)力集中，發(fā)生圍巖變形，破壞初期支護(hù)，所以在拱部設(shè)置圍巖下沉觀測標(biāo)進(jìn)行觀測；拱腰、邊墻設(shè)置圍巖收斂觀測標(biāo)進(jìn)行檢測，必要時(shí)在拱腳也要設(shè)置圍巖收斂觀測標(biāo)進(jìn)行觀測[3]。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，先要對初期支護(hù)進(jìn)行肉眼觀察，看是否有開裂、掉塊等異?，F(xiàn)象，以辨別圍巖的穩(wěn)定性。加密觀測頻率，確認(rèn)觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及圍巖變化的速率，來判別圍巖的穩(wěn)定情況。

觀測標(biāo)的埋設(shè)要注意埋設(shè)的有效性。在初期支護(hù)前，及時(shí)埋設(shè)觀測標(biāo)，觀測標(biāo)埋設(shè)深度一般保證在0.5～1m的深度。由于上臺(tái)階光面爆破對圍巖的擾動(dòng)一般在0.3～1m的范圍，也就是圍巖的松動(dòng)圈為0.3～1.0m。

2.5 超前支護(hù)的施做

淺埋段超前支護(hù)主要有管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護(hù)措施。超前支護(hù)措施主要起棚架作用，同時(shí)超前支護(hù)注漿主要是固結(jié)圍巖，也就是開挖爆破造成圍巖破碎、擾動(dòng)的松動(dòng)圈，使松動(dòng)圈固結(jié)成一個(gè)弧形的穹窿結(jié)構(gòu)體，和超前小導(dǎo)管或棚架一起形成抵抗圍巖變形，消除圍巖應(yīng)力變形的結(jié)構(gòu)體。

在泥巖注漿過程中，主要注意砂漿或水泥凈漿的水灰比，水灰比過大，在注漿過程中容易形成泌水，泌水容易對泥巖形成侵蝕，同時(shí)對泥巖本身會(huì)造成軟化，巖層的層面及節(jié)理面易由于浸水而降低圍巖之間的相互支撐及層間粘結(jié)、摩擦力，對圍巖的穩(wěn)定性不利，所以在注漿過程中嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行注漿是保證注漿效果的前提。

在隧道圍巖極其破碎的情況下，一般采用長管棚進(jìn)行超前支護(hù)。在長管棚施工過程中，一般要加大施工斷面做管棚工作室,而長管棚在曲線和變界面處施工困難,在施作長管棚時(shí)往往就出現(xiàn)沉降,有時(shí)這種沉降達(dá)到4～5mm,為彌補(bǔ)這些不足,實(shí)際施工時(shí)可采用雙排小導(dǎo)管技術(shù),即在常規(guī)小導(dǎo)管的基礎(chǔ)上,再增加一排傾角30°～45°的小導(dǎo)管,通過雙排小導(dǎo)管注漿,使開挖面外側(cè)形成比單排小導(dǎo)管注漿厚的土體加固層。實(shí)踐證明，這種新型預(yù)加固技術(shù)可以有效控制沉降變形。

2.6 施工用水及圍巖滲水對泥巖的影響

泥巖的最大缺陷是：在干燥的環(huán)境下，巖石抗壓強(qiáng)度極高；而泥巖潮濕環(huán)境下強(qiáng)度很低；在浸水的環(huán)境中幾乎失去強(qiáng)度。所以，在施工中對施工用水應(yīng)該進(jìn)行及時(shí)引排。尤其是在拱腳、墻角處，嚴(yán)禁浸水對圍巖的浸泡。由于積水的浸泡，泥巖失去強(qiáng)度，鎖腳錨桿（錨管）失去支撐的作用，初期支護(hù)系統(tǒng)就像懸掛在開挖斷面上的物體，不僅對圍巖形不成支撐作用，反而加劇了圍巖的應(yīng)力變形，從而導(dǎo)致掉拱，甚至出現(xiàn)坍塌等質(zhì)量事故。

為了保證隧道淺埋段施工安全，除了以上幾點(diǎn)外，還應(yīng)該注意開挖爆破設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)圍巖的揭示情況，隨時(shí)優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，確保光面爆破效果。在這里，主要是注意圍巖的強(qiáng)度、巖石的構(gòu)造及產(chǎn)狀，調(diào)整爆破裝藥量，同時(shí)還應(yīng)該根據(jù)巖層的厚度，隨時(shí)調(diào)整炮眼間距，尤其是周邊眼，在砂巖和泥巖的結(jié)合面，根據(jù)要求可以預(yù)留空眼，以改變巖石由于爆破引起的破裂面的方向，達(dá)到光面爆破效果。

3 結(jié)語

總之，在隧道施工中，圍巖的情況千變?nèi)f化，我們應(yīng)該根據(jù)具體的圍巖情況，進(jìn)行不同的施工工藝設(shè)計(jì)，尤其在淺埋段施工中，根據(jù)設(shè)計(jì)文件提供的地質(zhì)情況、施工調(diào)查的地質(zhì)情況和揭示圍巖的地質(zhì)現(xiàn)狀，進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，以確保施工安全及施工質(zhì)量。

【1】楊文平.隧道淺埋段施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2012(2):110-113.

【2】劉鑫.淺埋暗挖隧道施工安全質(zhì)量控制措施[J].技術(shù)與市場，2013(7): 120-122.

【3】謝志軍.隧道淺埋段的施工技術(shù)[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2011(2):57.

Construction Safety and Quality Control of Shallow Buried Section of Tunnel

HUANGZhi-dong
(CCCC Third Highway Engineering Co.Ltd.,Lanzhou730094,China)

During the construction process in shallow buried section of tunnel,there are various influences on construction such as crustal stress and roadway distortion from different geological conditions.So construction safety and quality control measures should also change,especially excavation method,safe step distance control,which should be more strict.This paper makes an analysis of the construction safety of the shallow buried section of double-line tunnel with sands tone and mudstone interbed.

tunnel;shallow buried;pipe shed

U455.4

A

1007-9467（2016）08-0215-02

2016-08-02

黃志棟（1969～），男，山西臨猗人，工程師，從事土木建筑研究。