蘇隴羊

中鐵建大橋工程局集團西北工程有限公司 寧夏 銀川 750000

1 工程概況與設(shè)計支護參數(shù)

南梁隧道位于寧夏南部山區(qū)海原縣境內(nèi)，隧道按照分離式形式布設(shè)，起訖里程K125+580～K127+905，全長2325m，屬長隧道，最大埋深約105m。黃土梁峁溝壑區(qū)，隧址區(qū)域由新老黃土覆蓋，地形起伏較大，地表最低海拔位于洞口淺埋段，高程約1560m，最高海拔位于隧中深埋段，高程約1696m，相對高差約130m，地形坡度約10～15°，隧址區(qū)植被稀少。圍巖結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)較均勻，大孔隙，局部夾粉土，整體性較差，易形成崩塌區(qū)或滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害。干燥情況下，土體強度較高，直立性好，浸水時易發(fā)生濕陷變形及崩解，抗剪強度降低。

隧道設(shè)計滿足公路使用功能，遵循“安全、耐久、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)?！钡幕驹瓌t，洞身襯砌按照新奧法原理進行設(shè)計。隧道Va級襯砌參數(shù)：設(shè)計開挖面積為121.89m2，采用I22b工字鋼+Φ8鋼筋網(wǎng)片+Φ22系統(tǒng)錨桿+28cm厚C25噴射混凝土+50cm厚C35鋼筋混凝土二次襯砌，洞內(nèi)基底承載力不能滿足250Kpa段落，均采用高壓旋噴樁基底加固處理。

2 兩臺階開挖工法及變形規(guī)律分析

2.1 兩臺階施工步序

南梁隧道V級圍巖開挖采用上下臺階增設(shè)臨時仰拱工法，開挖過程中，嚴(yán)格控制施工機械對邊緣處的開挖，人工修整輪廓，減少開挖機械對圍巖的擾動損傷，避免拱頂?shù)魤K、掉渣，嚴(yán)格控制超挖，提高圍巖自穩(wěn)能力。兩臺階增設(shè)臨時仰拱法施工示意圖如下圖1、圖2所示。

圖1 兩臺階臨時仰拱法示意圖

圖2 兩臺階臨時仰拱法剖面圖

主要施工步序

第1步，開挖上臺階。超前支護完成后，開始開挖上臺階[1]，寬度約4米，核心土盡量留原狀土，縱向長度不小于5m，核心土到拱頂距離小于2m，到兩側(cè)邊墻距離約為2m，施作上臺階初期支護。

第2步，上臺階進尺10m左右，施作臨時仰拱，臨時仰拱到掌子面步距基本穩(wěn)定保持在這個距離。

第3、4步，左、右側(cè)下導(dǎo)坑開挖，左右交替錯開施工，以前后距離拉開5m以上為宜，支護完成下臺階噴射混凝土。

第5步，拆除臨時仰拱，及時施做仰拱初支，每次初支開挖長度控制在3m以內(nèi)，每完成2個循環(huán)仰拱初支，澆筑1次仰拱襯砌跟填充。

第6步，拱部及邊墻一次性澆筑二次襯砌。

2.2 變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

通過現(xiàn)場量測兩臺階法施工時隧道圍巖變形數(shù)據(jù)，得出隧道沉降收斂變形時空曲線。從觀測時間上看，隧道開挖后的一周是沉降收斂變化最明顯的時間段，期間變形量占比較大，再到仰拱封閉成環(huán)之前變形也相對較大，仰拱封閉成環(huán)之后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，變形量所占比例很小，成環(huán)之后，一般情況，拱頂沉降與水平收斂占總變形量的比值＜5%，說明仰拱及時封閉成環(huán)對隧道變形的控制效果非常明顯。

對洞內(nèi)監(jiān)控量測的8個斷面數(shù)據(jù)進行了分類統(tǒng)計，監(jiān)測時間從布設(shè)監(jiān)測點采集初始值開始，到鋪掛二襯防水板前一天結(jié)束，累計觀測天數(shù)在21～30d之間，平均觀測天數(shù)為25d，累計總沉降變形在78～102mm之間，累計沉降平均值為95mm。

對各個施工工序的變形數(shù)據(jù)做了統(tǒng)計，上臺階期間（掌子面開挖至做完臨時仰拱）、下臺階期間（左、右側(cè)下臺階開挖至仰拱開挖前）、仰拱期間（仰拱開挖至混凝土澆筑完成）、仰拱完成至防水板鋪掛前共4個時間段。變形主要集中在前2個時間段內(nèi)，期間變形占總變形量的比例分別為55.3%、34.4%，而仰拱期間及后期分別占8.2%和2.1%。可見，仰拱閉合成環(huán)澆筑混凝土后，沉降已趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

參照王強對監(jiān)控量測異常數(shù)據(jù)的分析，由于受地質(zhì)條件變化或者在關(guān)鍵時間段內(nèi)施工管控不到位的影響，都會出現(xiàn)變形異常的情況，其主要形成原因，基本可以歸納為兩類。第一類是主觀原因，由于施工現(xiàn)場管控不力，原有技術(shù)措施沒有嚴(yán)格得到落實，工人麻痹思想作怪，憑經(jīng)驗施工，一味圖快圖省工省料，沒有嚴(yán)格按開挖一榀支護一榀的要求施工，或是降低了支護措施的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是進尺超挖，是對變形影響最明顯的不安全行為。第二類是客觀原因，是圍巖變化所致，面對圍巖變化缺乏應(yīng)變能力，沒能及時做出調(diào)整，沒有采取增強支護措施，當(dāng)現(xiàn)場圍巖發(fā)生變化或土體含水量發(fā)生變化時，主要管理人員漠視環(huán)境條件的改變，繼續(xù)按慣性進行施工，沒有及時調(diào)整開挖速度和加強支護參數(shù)。

3 控制變形施工措施及技術(shù)要點

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報及監(jiān)控量測

隧道工程屬于隱蔽工程，常常會受到各種不良地質(zhì)的影響，施工前如果不能對掌子面前方可能遇到的不良地質(zhì)做準(zhǔn)確判斷和全面掌握，盲目掘進，可能會引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，影響施工進度，甚至發(fā)生事故。加強隧道沉降觀測與地質(zhì)素描，準(zhǔn)確掌握圍巖變形情況，用數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，做到心中有數(shù)，操之有度。不僅可以提高施工效率，降低成本，而且能保證現(xiàn)場施工安全。

3.2 嚴(yán)控開挖進尺，合理循環(huán)時間，落實支護參數(shù)

開挖進尺的大小對大斷面黃土隧道施工變形的影響很大，開挖冒進會造成掌子面處臨空面增大，導(dǎo)致開挖土方量增大，出渣時間跟支護時間相應(yīng)增長，土體暴露時間增長，施工安全系數(shù)降低，與早封閉的新奧法施工基本原則相悖，對抑制沉降也是十分不利的。要求上臺階開挖1榀，支護1榀，不得一次開挖2榀同時支護，下一循環(huán)開挖前要保證上一循環(huán)混凝土強度達到要求，開挖時注意不能讓機械觸碰已經(jīng)初支完成的拱架，下臺階要求左右側(cè)錯開落底施工，不能同時懸空，一次開挖不超過2榀，仰拱最多一次開挖3榀，開挖后快速立架閉合，完成噴射混凝土作業(yè)，仰拱襯砌和填充施工時，應(yīng)控制每次澆筑長度不超過6m。整個開挖過程，切忌拉槽開挖[2]。另外，兩臺階臨時仰拱法施工，臨時仰拱及早封閉，這對控制變形是十分有效的。按要求打設(shè)鎖腳，墊實或擴大拱腳，提高鋼拱架縱向連接增強整體性，也是防止發(fā)生大變形的重要技術(shù)措施。

3.3 加強超前支護，穩(wěn)定掌子面

為保證施工安全，隧道洞口超前支護可采用大管棚支護體系，外插角跟搭接長度滿足要求，主洞超前支護采用Φ42mm小導(dǎo)管，加強段雙層布設(shè)，使鋼管從鋼架腹部穿過，尾部與鋼架焊接，外插角符合設(shè)計要求，并按要求比例壓注水泥漿。當(dāng)遇到圍巖不好的情況，可以適當(dāng)擴大超前環(huán)向施工范圍。掌子面的穩(wěn)定性對隧道安全施工十分重要，特別是大斷面黃土隧道，大多數(shù)坍塌冒頂事故都是由于掌子面失穩(wěn)引起的。穩(wěn)定掌子面的方法有很多，根據(jù)其功能不同，可以分為維護圍巖穩(wěn)定的超前支護和管棚，改良圍巖結(jié)構(gòu)的注漿，發(fā)揮錨固作用的錨桿和噴射混凝土[3]，核心土可以有效反壓掌子面，控制掌子面變形。

3.4 控制拱腳變形技術(shù)

鎖腳錨桿、擴大拱腳跟增設(shè)臨時仰拱是控制拱腳變形的三大主要措施。為了保證鎖腳的受力效果，一是保證鎖腳的打入角度，二是要保證鎖腳跟鋼拱架的連接質(zhì)量，南梁隧道施工設(shè)計是在拱腳處工字鋼內(nèi)外側(cè)各設(shè)置一塊鎖腳鋼板，鎖腳錨管緊貼鎖腳鋼板打入，錨管尾部采用固定筋跟鋼板焊接的方式，這樣更有利于發(fā)揮承載作用。而且增設(shè)了臨時仰拱，大大提高了結(jié)構(gòu)受力，對控制變形非常有利。

3.5 仰拱快速封閉成環(huán)，二襯緊跟

濕陷性黃土隧道施工中，往往由于局部圍巖變差，導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)，相繼出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象。除了前面提到的技術(shù)措施外，較為有效的辦法是創(chuàng)造條件促進仰拱與二襯緊跟，從而確保掌子面安全推進。根據(jù)南梁隧道現(xiàn)場施工中的8個斷面的實測監(jiān)測結(jié)果分析，仰拱封閉成環(huán)之后的沉降數(shù)據(jù)占總沉降量的2.1%，所以在滿足安全步距的同時，盡量縮小仰拱、二襯到掌子面的步距也是控制變形的另一關(guān)鍵措施。

4 結(jié)束語

以南梁隧道兩臺階施工現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行沉降收斂回歸曲線分析得出，大斷面黃土隧道采用兩臺階增設(shè)臨時仰拱法施工，輔以超前小導(dǎo)管與鎖腳等技術(shù)措施，加強現(xiàn)場把控，控制好施工中的每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能有效地控制變形，保證隧道安全施工。