文 / 周海軍 賀晉陽

隧道施工受到圍巖的影響明顯，如果圍巖的穩(wěn)定性和可靠性不足，就可能會(huì)導(dǎo)致隧道施工的安全性受到干擾甚至可能會(huì)導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅隧道的安全。淺埋、偏壓及軟弱圍巖是隧道工程中常見的圍巖類型，如不能采取合理的隧道施工技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致隱患增加。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)淺埋、偏壓及軟弱圍巖的不良影響和具體隧道施工技術(shù)進(jìn)行闡述，可為以后工程提供借鑒。

1 工程概況

大樹基溝隧道是某公路工程的重要組成部分，隧道長631m，呈由南東—北西向展布。隧道位于直線段上，路面中間向兩邊設(shè)置2%橫坡，隧道內(nèi)無超高。隧道在大樹基溝村端洞口段及0.8%直線上，西大林村端洞口段位于R=900m凸曲線上，隧道總長度631米，系越嶺隧道，本隧道棄渣量5萬立方米，主線路面工程5663m2。

1.1 地質(zhì)條件

（1）工程地質(zhì)層：地層巖性主要為第四系坡積，（Q4）種植土、碎石，太古界鞍山群通什村組（Art）花崗巖。

（2）隧道區(qū)構(gòu)造特征：經(jīng)地表調(diào)繪、鉆探、物探工作得知，隧道區(qū)工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，隧道區(qū)巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育不規(guī)則，花崗巖節(jié)理面主要有三組： J1345度∠78度，間距0.3～0.4米，結(jié)合差泥質(zhì)填充；J2：94度∠3度，間距0.05～0.3米，結(jié)合差泥質(zhì)填充；J3：17度∠57度，節(jié)理面平均間距0.2～0.5米，結(jié)合程度較差，泥質(zhì)填充。

（3）隧道區(qū)進(jìn)出口多為坡積碎石覆蓋，僅山頂處局部有基巖出露，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，山頂處基巖較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。

1.2 水文地質(zhì)條件

隧道范圍內(nèi)無地表水出露。經(jīng)調(diào)查得知，附近已開挖隧道內(nèi)巖體僅局部有滲水現(xiàn)象，地下水類型主要為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水?；鶐r風(fēng)化裂隙水主要為潛水及包氣帶水，其賦存于全、強(qiáng)風(fēng)化巖體空隙中，但由于覆土層分布于山體坡洪積裙部位，地勢相對(duì)較高，缺乏有利的賦存條件，排泄較好，故其含水量較弱，且受氣候、降水影響較明顯；構(gòu)造裂隙水主要賦存于破碎帶及巖性接觸帶中，巖體破碎，地下水存儲(chǔ)空間較大，連通性較好，加之發(fā)育深度、范圍較大，因而含有一定水量，受氣候、降水影響較小。

2 重點(diǎn)難點(diǎn)分析

《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70-2010）對(duì)淺埋隧道的定義為：作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)之上的土壓力與隧道埋置深度、地形條件及地表環(huán)境基本無關(guān)的隧道。隧道上部覆蓋層不足隧道洞跨2倍的隧道區(qū)段屬于隧道淺埋段；由于地形不對(duì)稱或者地質(zhì)巖層因素，造成隧道結(jié)構(gòu)兩面荷載不對(duì)稱而形成。

根據(jù)整體施工組織，大樹基溝隧道出口作為掘進(jìn)入口，該出口地處Ⅴ級(jí)圍巖，依據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)平面圖和隧道出口邊坡防護(hù)圖顯示，本隧道出口為典型的淺埋偏壓隧道，淺埋偏壓段施工長度約28m。

淺埋、偏壓及軟弱圍巖是隧道施工中常見地質(zhì)因素，其中淺埋式由于隧道上覆覆蓋不能滿足隧道和開挖施工的需求，容易出現(xiàn)地表深陷，受到降水的影響，及其容易引起洞口滑坡的現(xiàn)象，不利于工程的安全。

偏壓是造成隧道支護(hù)承載能力下降，引起隧道拱體變形的關(guān)鍵因素。其中造成偏壓的原因較多，可以分為地質(zhì)因素、施工因素和地形因素。

其中施工因素主要是由于施工方法選擇問題，施工方法選擇不夠合理，引起開挖斷面出現(xiàn)局部坍塌的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致圍巖整體的穩(wěn)定性下降，進(jìn)而引起圍巖的受壓紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致偏壓產(chǎn)生。

地質(zhì)情況因素，如果圍巖的級(jí)別過高和自身穩(wěn)定性不好的情況下，額外的施工擾動(dòng)就會(huì)引起偏壓問題。地形因素，主要是由于隧道依托于山體建設(shè)，這也就使得地形存在傾斜度，使得圍巖具有較大的側(cè)壓作用，再加上淺埋段的影響，也就會(huì)引起偏壓。

軟弱圍巖主要是指巖層等級(jí)Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，其中Ⅳ級(jí)圍巖存在較多的節(jié)理、裂隙，并存在破碎帶，且斷層破碎帶＜2m。軟弱圍巖具有巖體松散和粘結(jié)力不佳、強(qiáng)度低和受到水分影響大等特點(diǎn)。是隧道工程中常見地質(zhì)圍巖類型，極容易導(dǎo)致隧道出現(xiàn)冒頂和洞室塌方的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響隧道的施工安全和使用安全。

圖1 大樹基溝隧道出口平面地質(zhì)圖

圖2 大樹基溝隧道出口正視圖

3 主要施工方案

3.1 邊仰坡臨時(shí)防護(hù)

本隧道洞口一邊為山體上側(cè)，另一邊為山體下側(cè)，無法通過回填平衡兩側(cè)土壓力，高偏壓邊坡，最高處距離洞頂約16m，為了加強(qiáng)邊坡邊緣的穩(wěn)定，坡頂邊緣設(shè)置有2排Φ50×5mm厚注漿花管，長4m，排距1m，整個(gè)邊仰坡面設(shè)計(jì)Φ22砂漿錨桿，長度有3.5m和2.5m兩種，為加快施工進(jìn)度，并根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，錨桿空洞內(nèi)采用錨桿錨固劑固定錨桿，待錨桿施工完，掛Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為300mm×300mm噴漿，噴漿厚度嚴(yán)格要求控制在不小于150mm。為使水泥漿充分滲透表土及其巖體，邊坡邊緣注漿、花管注漿采用水泥單液漿，局部成本有可能加大，但是充分保障了施工的質(zhì)量和安全。

3.2 套拱

套拱也可稱之為導(dǎo)墻，起到進(jìn)洞大管棚的導(dǎo)向作用，屬于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，按照管棚環(huán)形間距預(yù)埋鋼套管，本工程進(jìn)洞大管棚設(shè)計(jì)為Φ89×5mm厚長20m的注漿花管，管棚施工工藝流程如下：潛孔鉆成孔→清孔→安裝鋼管→焊接注漿閥門→注漿。

套拱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為C30混凝土+I20a工字鋼。管棚鋼管安裝采用人工配合機(jī)械安裝，安裝完成后，在鋼管尾部焊接注漿閥門，管棚注漿采用水泥水玻璃雙液漿，此種配漿方法意圖有兩點(diǎn)：第一，增加凝固時(shí)間，對(duì)于裂隙水封堵有很好的效果，提高施工效率；第二，漿液順著巖石裂隙同時(shí)滲透同時(shí)凝固，縮小漿液滲透范圍，降低成本。

3.3 護(hù)拱

本工程護(hù)拱的設(shè)計(jì)意圖就是為了保護(hù)洞口施工作業(yè)的人員和機(jī)械不被邊仰坡意外滾落的雜物飛石損害。

護(hù)拱結(jié)構(gòu)形式為C30混凝土+I20a工字鋼，內(nèi)模支模形式采用了工字鋼支撐形式，摒棄了以往的圓木樁支撐地面的做法，兩者相比，以往的做法安全系數(shù)低，模板容易變形，造成混凝土外形質(zhì)量不易控制，表觀質(zhì)量差。新做法除了以上的缺點(diǎn)能夠改進(jìn)，還能節(jié)約材料，內(nèi)模板的型鋼支撐，直接用于洞內(nèi)支護(hù)，不造成材料浪費(fèi)。

圖3 用圓木支撐內(nèi)模

圖4 內(nèi)部采用型鋼支撐

3.4 開挖支護(hù)

本隧道由于V級(jí)圍巖屬于淺埋偏壓段，巖石極其破碎，裂隙明顯、密集，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)報(bào)告、施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮，為了本段施工的質(zhì)量和安全，減小隧道變形可能性，項(xiàng)目部決定在新奧法的基礎(chǔ)上采用交叉中隔壁開挖，即CRD法開挖。

CRD法施工應(yīng)遵循“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則進(jìn)行。首先應(yīng)完成導(dǎo)向墻，洞口長管棚的施工或完成超前小導(dǎo)管支護(hù)的施工，然后按此工法進(jìn)行施工。其工序圖詳見中壁交叉“（CRD）法工序圖”。

圖5 CRD法施工順序圖

利用上一循環(huán)架立的鋼架施工作隧道拱部Φ42注漿小導(dǎo)管及中壁Φ22砂漿錨桿超前支護(hù)。小型挖掘機(jī)配合人工風(fēng)鎬或輔以弱爆破開挖①部，噴8cm混凝土封閉掌子面，施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，初噴4cm厚混凝土，安裝鋼筋網(wǎng)片，架立型鋼鋼架和臨時(shí)鋼架、橫撐，臨時(shí)仰拱距掌子面距離要嚴(yán)格控制，暫定為3～5m，并設(shè)鎖腳錨桿。鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

滯后①部3～5m弱爆破開挖②部，噴8cm混凝土封閉掌子面，導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚混凝土。安裝鋼筋網(wǎng)片，接長型鋼鋼架和臨時(shí)鋼架及橫撐，并設(shè)置鎖腳錨桿。鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

在滯后于②部3～5m距離后，開挖③部，噴8cm混凝土封閉掌子面，施作周邊和臨時(shí)支護(hù)，步驟同①部；

在滯后于③部3～5m距離后，開挖④部，接長型鋼鋼架和臨時(shí)鋼架、橫撐，并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同②部。

在滯后于②部一段距離后，開挖⑤部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同②部。

在滯后于④一段距離后，開挖⑥部。隧底周邊部分噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，步驟和工序同⑤部。

3.5 施工重點(diǎn)控制及注意事項(xiàng)

將監(jiān)控量測納入施工工序。必測項(xiàng)目包括地下下沉、洞內(nèi)觀察和拱頂下沉。凈空收斂施工前作好地表排水系統(tǒng)及地表沉降觀測點(diǎn)的埋設(shè)，進(jìn)行地表沉降的觀測。當(dāng)每部的初期支護(hù)完成后，按5米一個(gè)斷面布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)。按照監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程要求，①部和③部應(yīng)布設(shè)三條測線，測線布設(shè)如下圖所示。監(jiān)測頻率符合規(guī)程相關(guān)要求，且原則上采用最高頻率要求。

圖6 CRD法拱頂下沉和凈空變化量測測線布置圖

隧道開挖施工應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)位置、中線、水平、地質(zhì)情況，預(yù)計(jì)可能產(chǎn)生的下沉量和施工誤差掌握施工部位尺寸，保證開挖及襯砌斷面符合設(shè)計(jì)要求。施工過程中必須對(duì)測量人員所放的點(diǎn)位妥善保護(hù)。加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，采用統(tǒng)計(jì)分析的方法得出每部封閉時(shí)沉降量占總沉降量的百分比，在施工中可以根據(jù)每部的沉降量反算總沉降量，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確定合理的預(yù)留沉降量和施工支護(hù)參數(shù)。挖掘機(jī)在進(jìn)行開挖作業(yè)時(shí)小心謹(jǐn)慎，不得破壞已有的支護(hù)。小炮開挖或人工開挖，嚴(yán)格控制裝藥量。