大斷面隧道在淺埋軟巖條件下施工技術

韋金嚴

目前我國在大力進行交通基礎設施建設，高速鐵路、高速公路和地鐵建設發展迅速，鐵路、公路隧道施工增多，隧道開挖斷面也在不斷變大，鐵路、公路隧道覆蓋全國各個地方，在施工中都將遇到各種各樣的地質情況，在不同的地質施工中所采用的施工工藝對隧道施工的安全和質量起到決定性作用。在武廣鐵路客運專線Ⅳ標吊溝隧道出口所采用的交叉中隔壁法(CRD法)能達到安全順利完成大斷面隧道在淺埋軟巖條件下施工的效果，現從其施工過程和施工技術進行論述。

1 工程概況

1.1 設計情況

武廣鐵路客運專線吊溝嶺隧道全長3 508m(DK 1827+842～DK 1831+350)，位于湖南省郴州市桂陽縣，為客運專線雙線長隧道，設計時速 350 km，本隧道具有設計標準高、開挖斷面大、跨度大(開挖面積154.3m2，開挖凈寬度為15.06m)等特點。

1.2 吊溝嶺隧道出口段工程地質

吊溝嶺隧道出口淺埋軟巖段(DK 1831+325～DK1831+250)為丘陵緩坡，表層為褐色粉土，硬塑厚約2m～8m，隧道圍巖包含砂質土、泥質頁巖、強風化炭質頁巖，圍巖裂隙發育，軟弱潮濕，具汲水顯脹性，本施工段主要是以炭質巖、砂質巖為主，開挖時拱頂極易塌落。

2 施工重點和難點

1)隧道出口洞口地質復雜且存在偏壓，洞身出露，做好洞口防護和保證進洞安全是施工重點、難點。2)在進行長管棚施工中鉆孔角度必須控制準確(管棚長40m)，角度過大時會出現管棚到開挖輪廓線之間間距過大，在開挖時容易塌落，角度過小會出現管棚進入隧道開挖輪廓線內，對管棚割除相破壞管棚超前支護作用，影響隧道施工安全。3)圍巖汲水顯脹性對隧道支護要求方法得當，施工中控制變形是關鍵。4)隧道開挖斷面大，圍巖破碎，施工中對爆破技術要求高。

3 隧道施工技術

3.1 施工工法選擇

經過現場實地勘測對地質勘探資料的了解分析和領會設計資料的意圖，對采用不同的施工工法進行論證，優化方案，主要分析驗證施工難易，安全質量，對圍巖下沉、收斂控制，坍塌出現及處理，經過綜合分析確定適當的施工工法。采用臺階法施工，開挖斷面大，爆破震動大，各工序施工時間長，極不利于圍巖變形控制，安全質量難于保證，認為不可取;只有比較熟悉的雙側壁導坑法和交叉中隔壁法(CRD工法)兩種施工工法可選，采用雙側壁導坑法，至少分 4部分施工，各施工部位斷面還是比較大，出現坍塌結果會比較嚴重，處理難度較大，雙側壁導坑施工結束后，隧道拱頂斷面大，施工爆破震動對拱頂圍巖影響巨大，對爆破技術要求極高，由于兩端先施工，要求其施工質量高，否則拱部拱架與側壁拱架很難對接，安全和質量保證難度加大;采用交叉中隔壁法施工，分成 6部分施工，施工斷面比較小，爆破對圍巖擾動較小，施工從一頭至另一頭，質量和安全都能更好保證;經過全面分析和對比，決定采用交叉中隔壁法(CRD工法)進行施工，雙側壁導坑工法作為備用，外加洞口長管棚和地表松散體加固措施[1]，有利于保證工程施工質量、施工安全。

3.2 松弛地層的加固

在軟弱圍巖施工中最重要的是提高圍巖的自支護能力，提高圍巖自支護能力基本方法是控制圍巖的松弛與坍塌，需要地層加固，通過改善隧道掌子面上方圍巖狀況控制圍巖松弛情況，根據現場實際情況，在隧道地表面進行注漿加固，加固范圍應超過開挖輪廓線外2m～3m，注漿管按梅花形布置，間距為1.5m×1.5m，局部松散處可以縮小間距，保證圍巖具有足夠的密度。

3.3 施工

長管棚施工，注漿加固，隧道進行分部開挖支護時注意事項:

1)每一部的開挖高度應根據地質情況、隧道斷面大小和施工安全質量要求而定，盡量使用機械作業，提高施工速度，保證圍巖能得到及時封閉，支護及時成環，抑制圍巖變形;2)各部開挖時圍巖堅硬部分所采取的爆破技術主要保證隧道爆破后圍巖穩定，無大的剝落或坍塌[2];盡量保證周邊輪廓圓滑順直，減小應力集中; 3)每開挖一部均及時做錨噴支護(臨時封閉)、安設鋼架、施作中隔墻、安裝底部仰拱(臨時)，及時支護封閉，步步扣緊，并盡量縮短成環時間;4)同一層左、右側兩部(如①③部和②④部)縱向間距宜為6m～10m，同側上下部(如①②部和③④部)縱向間距宜為3m～5m;中隔墻設置為弧形，增大受力強度;5)中隔墻和橫撐在灌注二次襯砌前禁止拆除，二襯時逐段拆除，一次拆除長度一般與一個臺車襯砌長度差不多;6)施工中采用多種探測預報手段相結合對前方地質情況進行探測預報，保證對前方地質情況了解和采取相應的防范措施，保證有目的的進行施工控制。

3.4 穩定掌子面措施

在進行隧道施工中，保證掌子面穩定安全施工才可以連續進行，因此掌子面穩定問題就成為隧道開挖技術中的關鍵問題，保護圍巖穩定是隧道施工的一個最重要環節，掌子面自穩性與開挖斷面的大小、圍巖情況、埋深有密切關系，通常在軟弱圍巖中，采用增強圍巖自身支護能力的方法是可行的[3]。根據實際情況，吊溝嶺隧道在該段掌子面不能獲得自穩情況下，隧道斷面按分部的方法和短進尺進行開挖，針對不同的崩塌形式采取了不同的辦法進行控制，采用了超前小導管、超前預注漿、正面錨桿(注漿)，及時封閉掌子面，開挖后緊跟著進行徑向加固注漿，控制后續的變形，增強圍巖密度;提高了掌子面和拱頂的穩定性，使得隧道能正常施工[4，5]，應主動進行加固，等到變形后才被動進行補救對后續施工極其不利。

3.5 坍塌的處理

吊溝嶺隧道在開挖施工過程中存在各種坍塌，大部分出現在拱部，有時邊墻也會出現，任何坍塌都要引起足夠的重視，每一個循環的小崩塌都要進行處理，避免下循環出現更大的坍塌，采取預防措施控制崩塌出現，預防坍塌原則是:先治水、短開挖、弱爆破、強支護，處理坍塌貫徹“小坍清，先支后清”，指坍方規模較小，應先支護，注漿加固，然后邊開挖支護邊清除坍方體[6]。大坍方在無法查明其規模、性質時是不允許清理坍方石碴的，先進行隧道加固和穩定坍方體之后再進行處理，治坍先治水，對坍方的原因及地下水要及時處理，以防止加速圍巖變化，使圍巖體的穩定性惡化，進而使坍方范圍進一步擴大，因此加強在地表攔截水源，防止地表水滲流至地層中。

4 監控量測

按要求進行監控量測點布設，施工中必須進行支護狀態觀察和地表下沉、拱頂下沉、周邊收斂及圍巖內部位移五項監控量測，具體測量點布置如圖 1所示，地表沉降點布設范圍要超過隧道兩倍洞跨，遠離隧道中線布點間距可以適當放大。

隧道施工開始后，根據施工量測得到的數據進行分析，根據分析結果判斷隧道圍巖是否穩定，判定施工設計的初期支護參數能否滿足抑制圍巖變形的要求，圍巖與初期支護變形劇烈，采取防范措施，經過對初期支護參數進行調整，以增強初期支護的剛度，抑制圍巖與初期支護變形，使之向穩定的趨勢發展，達到安全施工目標[7]。

5 結語

大斷面隧道在淺埋軟弱圍巖施工中，保證施工安全和質量主要是通過控制隧道圍巖變形和初期支護變形得以實現，通過超前地質預報加強對圍巖情況的了解和掌握圍巖變化規律，加強監控量測，了解圍巖變化情況，及時反饋信息，指導現場施工，通過優化施工工藝和調整支護參數，增強支護強度，主動二次加固注漿，加強地表防排水工作，避免地表水滲入隧道圍巖之中，弱化隧道掌子面圍巖的強度，增加施工難度。當然CRD法與雙側壁導坑相比還是有不足的地方，施工面多，施工過程對圍巖擾動次數多，工作面操作空間小，工作面施工相互干擾大，組織施工難度大，無法使用大型機械，機械使用效率低，進度比較慢。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥:安徽教育出版社，2004.

[2] 張志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程師手冊[M].北京:人民交通出版社，2002:279.

[3] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社，2002:61-93.

[4] 鐵道部.鐵路隧道施工規范[M].北京:中國鐵道出版社，2002.

[5] TZ 214-2005，客運專線鐵路隧道工程施工技術指南[S].

[6] 曹彥國.隧道[M].北京:中國鐵道出版社，2000:76-78.

[7] TB 10121-2007，鐵路隧道監控量測技術規程[S].