摘要 山區(qū)隧道工程多因為山體斜度較大和巖石節(jié)理發(fā)育的問題，形成偏壓隧道，并且部分區(qū)段屬于淺埋段，為了解決西南地區(qū)復雜地質環(huán)境條件下的淺埋偏壓隧道進洞和洞身段施工，以成渝高速鐵路郭家寺隧道為例，通過CD法進洞施工和分臺階預留核心土帶臨時仰拱的方法，解決了Ⅴ級軟弱圍巖下的隧道進洞和洞身施工難題，基于特殊工藝及特點解決施工中的重難點和注意事項，為類似項目提供借鑒。

關鍵詞 淺埋偏壓;CD法;臺階法

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0144-03

收稿日期：2022-06-02

作者簡介：辜文兵（1970—），男，本科，工程師，研究方向：軌道交通工程施工。

0 引言

高速鐵路沿線的隧道在西南山區(qū)時，淺埋偏壓效應均比較常見，在復雜地質條件下進行隧道施工會面臨圍巖壓力、襯砌結構受力影響等施工的重難點，施工方法選擇不當，會造成隧道塌方的事故不斷出現(xiàn)，給隧道施工帶來影響，同時對施工企業(yè)也會造成巨大的經濟損失。山區(qū)的隧道一般有礦山法和新奧法等工藝，解決偏壓隧道的施工方法一般通過設計管棚支護、錨桿支護等，該文結合設計與現(xiàn)場的施工環(huán)境，提出一種CD法進出洞口，正臺階法施工洞身的方法，通過實際施工對工藝進行研究探討。

1 工程概況

郭家寺隧道位于四川省內江市東興區(qū)的郭北鎮(zhèn)郭家村，郭家寺隧道的里程DK160+525.00～DK161+005.00，全長480 m，為單洞雙線隧道，旅客列車設計時速250 km，設計使用年限為100年，洞內采用Ⅲ型板式無砟軌道，鋪設60 kg/m鋼軌，軌道結構高度742 mm。隧道主體結構位于丘陵地帶，地表上面是覆蓋的第四系全新的坡洪積軟土、松軟土和殘積的粉質粘土。底層的基巖為侏羅系的泥夾砂巖，隧道區(qū)域位于川中山坳，主體結構位于華鎣山斷裂帶，在斷裂帶以西。屬于單斜巖石構造。隧道區(qū)域的地表水主要是山川的溝水，或者是坡面的暫時流水，地下水位第四系土層孔隙水及基巖裂隙水。洞身的土質主要是泥巖和夾砂巖，隧道圍巖均為Ⅴ級。

郭家寺隧道的地形處于一個斜交狀態(tài)，洞口拱頂覆蓋層厚度只有3～8 m，埋深淺，屬于標準淺埋隧道。隧道兩邊山體覆蓋厚度不一樣，并且山坡坡面斜度大，覆土厚度差距有較大的懸殊，洞口兩側相對高程差距達到22 m，地形超級不對稱，造成隧道兩邊的荷載不對稱，形成偏壓地層，屬于典型的淺埋偏壓隧道。

2 工藝介紹

2.1 CD法

CD法是以臺階法作為基礎演變而來的。在行業(yè)內CD法通常稱為中隔壁法（Center Diaphragm），其施工方法是將隧道的設計斷面分為左右兩個部分，同時上下臺階也進行分開，開挖后每個區(qū)域都形成一個獨立的閉合區(qū)間，CD法在軟弱圍巖的施工中，均先采用機械開挖一個單元，然后進行中隔墻施工，逐步開挖對稱一側。每個單元封閉的時間較短，結構受力均勻穩(wěn)定，整體變形和沉降也比較小，施工過程中容易進行質量和安全控制，施工的總體原則就是將大跨調整為小跨，逐步封閉。開挖時候擾動土層的范圍相對較小，封閉時間短，結構在較短的時間內就達到較好的整體受力狀態(tài)。臨時仰拱和中隔墻對于結構剛度同時起到增強作用，減弱結構變形。CD法適用于地質較差和地質復雜的隧道，如：采用人工開挖，或者是人工加機械開挖的Ⅴ級圍巖、淺埋偏壓隧道和洞口段。但是CD法的缺點是分解的單元多，工序相對來說比較復雜，整體進度較為緩慢，臨時結構的施工和拆除更為困難，成本上來說不占優(yōu)勢[1]。

2.2 臺階法

臺階施工法對于隧道施工也是較為常見的，就是將隧道的上斷面先進行開挖，開挖打一定距離后，開挖下斷面，上下的斷面臺階同步施工，兩個臺階的開挖距離長度基本是根據(jù)地質條件來確定的，主要是初期支護的時間，以及封閉成環(huán)的速度，其次就是斷面開挖、支護和出渣的機械設備操作空間，地質較差的圍巖隧道，主要考慮支護和封閉成環(huán)的因素。

從大的范圍劃分，臺階法是屬于礦山法的一種類型。其結構傳力的原理是利用圍巖結構的自身承載性能和圍護結構共同作用來形成總體的穩(wěn)定結構。臺階法上下臺階錯開同時施工，同時對仰拱、二襯緊跟施工，下面一個臺階的土體是落后于上面一個臺階的，相對與掌子面的距離比較短，為后面的仰拱施工、襯砌施工形成比較好的空間作業(yè)環(huán)境，非常適合于圍巖情況不好的初期支護施工，可以促進二次襯砌和封閉成環(huán)。這種施工工藝在隧道或者地下工程應用的最為廣泛，并且相對變化的方法有很多，如二臺階法、三臺階法、多步開挖或者環(huán)形開挖預留核心土法。斷面較高的可以用多臺階方法施工，每層臺階可以選擇高度為3.5～4.5 m，或根據(jù)人工、機械設備方便操作的臺階高度進行控制。施工過程中根據(jù)圍巖的變化，適當調整臺階延長或者縮短的長度，確保開挖、支護和施工的安全穩(wěn)定為基本原則[2]。

3 施工方法

3.1 進出洞口施工

項目經過充分的技術研究，進洞采用CD法進行施工，適應郭家寺隧道Ⅴ級圍巖破碎及淺埋段DK160+550～570、DK160+900～980。CD法施工斷面圖見圖1，CD法施工工藝流程圖見圖2。

CD法進洞具體施工工序為：

工序1：（1）利用前一個環(huán)架，施作隧道側壁及導坑，隧道的側壁采用φ42 mm小導管超前支護。小導管根據(jù)項目情況，選擇在現(xiàn)場進行加工，采用氣動鑿巖機進行鉆孔，成孔后采用鑿巖機將小導管頂推入孔并灌注水泥漿，小導管前端做成尖錐形。

（2）開挖斷面圖中單元①的土體。

（3）施作單元①導坑周邊的初期支護和臨時支護，再進行初噴施工，初噴混凝土的厚度為40 mm，將事先制作好的鋼筋網片進行安裝，安裝完之后將鋼架和工字鋼安裝好，安裝鎖腳錨桿。

（4）沿著隧道的徑向鉆孔，安裝錨桿，之后噴射混凝土至設計厚度。

工序2：類似工序的施工方法開挖單元②的土體，接長鋼架和I18的臨時鋼架，施工完成徑向錨桿后，再次噴射混凝土到設計厚度。

工序3：同樣滯后于單元②一段的距離之后，再開挖單元③的土體。

工序4：在單元③開挖一段距離后，再開挖單元④。并且進行導坑之間的初期支護進行施工。施工步驟與工序1一致。

工序5：開挖單元⑤和單元⑥的土體，施工步驟和工序同工序2和工序3.

工序6：監(jiān)控量測隧道變形的數(shù)值，初期支護驗收合格后拆除臨時鋼架結構和灌注單元Ⅶ邊墻基礎與仰拱，灌注仰拱填充Ⅷ部至設計高程。

3.2 洞身施工

郭家寺隧道的淺埋偏壓特性非常強，項目部針對原設計的施工工藝進行優(yōu)化，采用臺階法帶臨時仰拱法進行施工。先開挖隧道的上面斷面，開挖到一定的距離之后，再進行下一個斷面開挖，上下斷面同時進行的施工方法。施工工藝流程見圖3。

臺階法主要施工工序為：

工序1：開挖單元①后，隨即進行上臺階的噴錨支護施工，架設鋼架后再次噴射混凝土到設計厚度，形成穩(wěn)定的承載拱。

鋼筋網片在加工棚進行加工，人工掛設，鋼筋網片的掛設在初噴混凝土施工完成后進行，并與鋼格柵固定牢固，鋼筋網片與噴射的混凝土面保持3 cm的距離。

噴射混凝土從下往上進行施工，分片分層進行施工，噴射前清理雜物和積水，保持受噴面干凈。

工序2：在單元①開挖施工10～15 m后，進行單元②開挖，施工初期支護。

工序3：在單元②開挖施工10～15 m后開挖單元③，進行仰拱施工，填充混凝土，封閉成環(huán)。

工序4：根據(jù)圍巖量測結果，適時施作二次襯砌，二次襯砌采用泵送混凝土施工，混凝土灌注過程中，用附著式及插入式振搗器振搗，在預埋件位置應該尤其注意混凝土施工質量，并且在鋼筋密集的位置，事先進行預防處理，不允許漏振或者不振。

4 監(jiān)控量測

隧道施工過程中及時進行監(jiān)控量測，監(jiān)控的內容主要是拱頂沉降、凈空變化等情況，監(jiān)測的項目設置在同一個斷面，測量斷面的間距要求和觀測點的數(shù)量根據(jù)圍巖的等級和隧道埋深進行確定，其監(jiān)測的內容見表1[3]。

隧道內部拱頂下沉和洞身收斂量測的數(shù)據(jù)3～6 h內完成，最遲不得超過24 h，在下一個循環(huán)開挖施工前必須監(jiān)測讀取完成[4]。另外，測量的點位應該清楚牢固，并且注意保護不得破壞。隧道上方有建筑物的時候，需要對建筑物也要進行觀測，觀測建筑物在隧道施工期間的沉降值。

現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)及時歸檔和整理，同時根據(jù)已測數(shù)據(jù)與時間的關系進行分析，分析現(xiàn)有的測量數(shù)據(jù)，預測后續(xù)隧道開挖可能的位移、收斂和拱頂沉降，以及地表沉降的最終數(shù)值，對下一階段的隧道施工提供指導。

5 施工注意事項

（1）偏壓隧道進洞施工前，進行偏壓結構處理，可以采取施工反壓墻等結構，減少或者削弱偏壓后再進行隧道進洞施工。

（2）臨時的中隔壁墻必須在初期支護和仰拱施工完成后，并且隧道測量變形穩(wěn)定之后才能進行。

（3）對于臨時的中隔壁墻施工，必須采用2.5 m以上的錨桿，沿著隧道的橫軸線方向布置，底部設置橫撐臨時結構，加強支護的強度，在工序轉換的時候，設置鎖腳錨桿，用以減少鋼架的下沉。

（4）鋼架和縱向連接的鋼筋在開挖之后應該立即施工，保證連接牢固，在臨時鋼架的端頭，豎向支撐的底部設置槽鋼，作為縱向的托梁。

（5）對于二次襯砌施工，根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)進行確定，澆筑混凝土的時間根據(jù)規(guī)范指導進行。

（6）仰拱的施工進度需要跟進，不得停留超過規(guī)范允許的時間，尤其是軟弱圍巖的施工期間，必須保證進行施工仰拱，仰拱距離開挖面不得大于35 m。

（7）施工過程中如果遇到破碎帶，盡量采用人工開挖，減少對圍巖的擾動，并且遵循短進尺、快封閉的原則。

6 結束語

郭家寺隧道的洞口處于嚴重偏壓的狀態(tài)，圍巖為遇水容易風化崩解的軟弱圍巖，工程地質環(huán)境差，施工方法和施工過程控制是項目成功的關鍵環(huán)節(jié)。通過項目實踐表明，項目采用CD法施工洞口，臺階帶臨時仰拱的方法施工洞身，是科學的施工工藝，保質保量地完成了項目履約，也證明在項目初期，結合項目施工環(huán)境、地質條件等綜合情況進行技術方案優(yōu)化對于隧道安全施工是有必要的。

參考文獻

[1]劉會. 偏壓淺埋隧道洞口施工技術[J]. 現(xiàn)代隧道技術， 2008（4）： 44-47.

[2]高波. 高速鐵路隧道設計[M]. 北京： 中國鐵道出版社， 2010.

[3]高速鐵路隧道工程施工技術指南. 鐵建設〔2010〕241號.

[4]高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準： TB10753-2010J1149-2011[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2010.