軟巖隧道三線大跨段施工方法研究

張 倫

(成蘭鐵路有限責(zé)任公司，四川 成都 610051)

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軟巖隧道三線大跨段施工方法研究

張 倫

(成蘭鐵路有限責(zé)任公司，四川 成都 610051)

基于成蘭鐵路楊家坪出口三線大跨段隧道的復(fù)雜地質(zhì)條件，提出了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的成套施工方法，闡述了具體的施工工藝，并進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè)，實(shí)踐表明該施工方法確保了三線大跨段的安全施工，加快了施工進(jìn)度，在工程中應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果。

軟巖隧道，三線大跨段，施工方法，監(jiān)測(cè)

0 引言

為了更好的滿足日益增長(zhǎng)的交通流量和交通條件，近些年，德國(guó)瓦爾德克Ⅱ號(hào)水電站地下廠房，福州象山四連拱隧道和廣州環(huán)城公路白云隧道等大跨隧道工程[1,2]相繼修建。

隧道跨度加大，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力分布更加復(fù)雜，圍巖變形難以控制，設(shè)計(jì)施工技術(shù)更加復(fù)雜。大跨鐵路隧道普遍存在圍巖條件較差，隧道跨度大且結(jié)構(gòu)扁平，大跨段多位于隧道洞口。對(duì)于巖堆體中的大跨淺埋隧道，開(kāi)挖過(guò)程中圍巖穩(wěn)定性更加難以控制，使大跨段隧道施工和量測(cè)具有極大困難。因此，對(duì)大跨段鐵路隧道修建技術(shù)進(jìn)行深入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

鑒于大跨鐵路隧道的復(fù)雜性，應(yīng)對(duì)隧道的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行全面分析，以保證施工安全。下面結(jié)合楊家坪隧道的出口三線大跨段的工程實(shí)踐，通過(guò)總結(jié)分析，提出三線大跨段合理的施工方案，對(duì)在復(fù)雜圍巖條件下鐵路大跨隧道的施工作一些探討，以供借鑒。

1 工程概況及特點(diǎn)

1.1 工程簡(jiǎn)況

楊家坪隧道位于成蘭鐵路CLZQ-6標(biāo)段內(nèi)，屬于高風(fēng)險(xiǎn)隧道，全長(zhǎng)12 815 m，起訖里程為DK111+220～DK124+035。線路縱坡為單面上坡，坡度分別為17.8‰，10.3‰，1‰的上坡。進(jìn)口DK111+220～DK112+720段1 500 m為左右洞分修，DK112+720～DK113+080段為分合修過(guò)渡段，DK113+080～DK123+845段為雙線段，DK123+845～DK124+035段為分三線大跨段。三線大跨段內(nèi)凈寬為17.4 m，內(nèi)凈高10.37 m；開(kāi)挖寬度21.07 m，開(kāi)挖高度13.99 m，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。

1.2 地質(zhì)情況

楊家坪隧道出口圍巖地質(zhì)復(fù)雜多變，軟弱破碎，施工難度極大。三線段洞身洞口段位于第四系全新統(tǒng)堆積卵石土、塊石土層的堆積體，內(nèi)夾漂石，松散、整體性差，不能自穩(wěn)，易崩解剝落使掌子面前方拱部形成比較大的空洞；進(jìn)洞后為志留系中上統(tǒng)茂縣群千枚巖和炭質(zhì)千枚巖，圍巖強(qiáng)度5 MPa～15 MPa，巖體極為破碎，極軟弱，遇水軟化成泥，圍巖成拱性及自穩(wěn)性差。

2 洞口工程施工

洞口工程施工順序：

1)對(duì)洞口邊仰坡上方的危巖落石松散石塊進(jìn)行清除，施作被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)及天溝→平順自然仰坡，并及時(shí)施作地表φ76鋼管樁，為施作預(yù)加固樁提供作業(yè)平臺(tái)→施工預(yù)加固樁。

2)洞口上半部挖方由上而下，逐層清方，每3 m一層進(jìn)行施作臨時(shí)邊坡及明暗直立開(kāi)挖面防護(hù)→噴C25混凝土，掛鋼筋網(wǎng)。

3)施作導(dǎo)向墻、管棚→分層自上而下開(kāi)挖洞口土體至路基面，并及時(shí)施作剩余的明暗分界掌子面及臨時(shí)邊坡防護(hù)措施→施作明洞襯砌及回填→施作隧道洞門(mén)，以及洞口相關(guān)附屬工程。

3 洞身段施工

3.1 洞身段施工順序

1)將洞口明暗分界里以外的地面開(kāi)挖至雙側(cè)壁導(dǎo)坑斷面的中部位置，邊開(kāi)挖邊進(jìn)行隧道洞口正面防護(hù)及靠山側(cè)的山體邊坡防護(hù)→隧道的山體外側(cè)導(dǎo)坑、山體內(nèi)側(cè)導(dǎo)坑、中槽按先后順序分別往暗洞方向進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工。

2)將洞口以外的地面繼續(xù)開(kāi)挖至隧道底部位置，邊開(kāi)挖邊進(jìn)行隧道洞口正面防護(hù)及靠山側(cè)的山體邊坡防護(hù)→隧道的山體外側(cè)導(dǎo)坑、山體內(nèi)側(cè)導(dǎo)坑下斷面按先后順序分別往暗洞方向進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工→雙側(cè)導(dǎo)坑的下斷面開(kāi)挖支護(hù)逐步推進(jìn)、向?qū)Э由蠑嗝娓M(jìn)靠攏到相距約3 m處。

3)按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程進(jìn)行后續(xù)的三線大跨隧道開(kāi)挖支護(hù)施工。

3.2 洞身雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程進(jìn)行后續(xù)的三線大跨隧道開(kāi)挖支護(hù)施工，雙側(cè)導(dǎo)坑、中槽依次錯(cuò)開(kāi)約3 m～5 m距離，同步向前推進(jìn)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工序橫斷面見(jiàn)圖1。

對(duì)于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工藝，其流程圖如圖2所示。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法關(guān)鍵施工步驟如下：

1)弱爆破開(kāi)挖①部→然后噴8 cm厚混凝土的封閉掌子面→施作①部導(dǎo)坑周邊初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)→鉆設(shè)徑向錨桿，而后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，在①部導(dǎo)坑周邊施作下一循環(huán)的超前支護(hù)。

2)滯后于①部一段距離，然后弱爆破開(kāi)挖②部→對(duì)封閉掌子面噴8 cm厚混凝土→對(duì)導(dǎo)坑周邊部分先初噴4 cm厚混凝土，后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)接長(zhǎng)型鋼鋼架及Ⅰ18型臨時(shí)鋼架，并對(duì)鋼架設(shè)鎖腳錨管→鉆設(shè)徑向錨桿，而后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，對(duì)側(cè)壁導(dǎo)坑封閉成環(huán)。

3)滯后于②部一段距離后，開(kāi)始弱爆破開(kāi)挖③部，并施作導(dǎo)坑周邊初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)和下一循環(huán)超前支護(hù)，步驟及工序和第1)步相同→滯后③部一段距離后，對(duì)④部弱爆破開(kāi)挖，并施作導(dǎo)坑周邊初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，其步驟及工序同第2)步。

4)弱爆破開(kāi)挖⑤部→對(duì)封閉掌子面噴設(shè)8 cm厚混凝土→對(duì)導(dǎo)坑周邊初噴4 cm厚混凝土，然后架設(shè)拱部型鋼鋼架和鉆設(shè)徑向錨桿，接著復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

5)滯后于⑤部一段距離后，對(duì)⑥部弱爆破開(kāi)挖→滯后于⑥部一段距離后，對(duì)⑦部弱爆破開(kāi)挖→滯后于⑧部一段距離后，對(duì)⑨部弱爆破開(kāi)挖→在隧底周邊部分初噴2 cm厚混凝土，其次架設(shè)仰拱型鋼鋼架，從而使整個(gè)襯砌鋼架封閉成環(huán)。

4 監(jiān)控量測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)斷面布置

根據(jù)TB 10201—2007鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程，楊家坪隧道出口洞頂共布設(shè)三個(gè)地表沉降觀測(cè)斷面，縱向間距10 m；隧道出口洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按縱向5 m一個(gè)斷面進(jìn)行布設(shè)，以監(jiān)測(cè)每個(gè)分部的拱部下沉和每個(gè)臺(tái)階的水平收斂變化值和變形速率，斷面各測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖3。

4.2 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析

1)地表沉降監(jiān)控量測(cè)情況如表1所示。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：最大沉降量發(fā)生在靠中線位置，在掌子面掘進(jìn)、每個(gè)臺(tái)階往下挖、仰拱閉合、拆除豎撐時(shí)是變形最大的時(shí)候，施工時(shí)應(yīng)及時(shí)做好支護(hù)措施，盡早施作好橫撐和將初期支護(hù)閉合成環(huán)，并加強(qiáng)觀察觀測(cè)。

表1 地表沉降監(jiān)控量測(cè)情況表

里程埋深/m最大沉降點(diǎn)最大沉降累計(jì)量/mmDK124+0186中線上46.5DK124+00815中線上42.8DK123+98837中線上39.2

2)洞內(nèi)拱頂下沉和水平收斂情況如圖4，圖5所示。

綜合分析以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，三線大跨段洞身圍巖的變形規(guī)律如下：

1)最大沉降量發(fā)生在靠中槽拱頂位置，側(cè)壁導(dǎo)坑拱頂在下臺(tái)階往下開(kāi)挖時(shí)、仰拱開(kāi)挖時(shí)沉降量比較大。側(cè)壁導(dǎo)坑上臺(tái)階的收斂值大于下臺(tái)階收斂值，可能是受下臺(tái)階開(kāi)挖影響。

2)在下臺(tái)階往下挖、仰拱開(kāi)挖時(shí)、拆除豎撐時(shí)是變形比較大的時(shí)候，安全風(fēng)險(xiǎn)比較大，施工時(shí)應(yīng)及時(shí)做好支護(hù)措施，盡早施作好橫撐，盡早將初期支護(hù)閉合成環(huán)，并加強(qiáng)觀察觀測(cè)。當(dāng)變形發(fā)生突變時(shí)應(yīng)采取增加橫撐，減慢掌子面掘進(jìn)速度，加強(qiáng)支護(hù)措施等辦法。

3)有部分段落圍巖情況變差，拱頂下沉和水平收斂值變形速率增大，遂增加中管棚、徑向注漿、型鋼支撐腳下墊槽鋼等加強(qiáng)支護(hù)措施，圍巖變形速率明顯減少并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明在三線大跨施工過(guò)程中根據(jù)圍巖變形情況加強(qiáng)支護(hù)措施對(duì)圍巖穩(wěn)定是非常有必要的。

5 結(jié)語(yǔ)

楊家坪隧道出口三線大跨段施工克服了地質(zhì)條件差、圍巖軟弱破碎、地下水豐富、跨度大、工序多等困難，洞身采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，達(dá)到了各項(xiàng)安全質(zhì)量管理目標(biāo)，工程質(zhì)量合格。

1)三線大跨軟巖富水隧道的施工原則為“弱開(kāi)挖、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”，以避免對(duì)圍巖產(chǎn)生大的擾動(dòng)，同時(shí)要進(jìn)行及時(shí)的支護(hù)和量測(cè)，仰供襯砌緊緊跟進(jìn)。

2)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工三線大跨隧道是非常有效的方法，分部開(kāi)挖，增加豎向和橫向臨時(shí)支撐，逐步閉合成環(huán)。應(yīng)注意的是，在兩側(cè)壁導(dǎo)坑超前中槽部位5 m～10 m處，錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)；對(duì)側(cè)壁導(dǎo)坑和中槽部位應(yīng)采用短臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖，各步臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度控制是關(guān)鍵；各部開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，并盡早封閉成環(huán)。

3)三線大跨隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，安全順利進(jìn)洞是隧道成功的一半。千枚巖圍巖破碎，開(kāi)挖爆破和欠挖處理容易引起超挖，采用破碎頭和銑挖機(jī)開(kāi)挖能大大減少超挖，減少對(duì)圍巖的損傷，最大限度的保護(hù)圍巖，對(duì)施工安全非常有利。

[1]周天江.四連拱大跨度淺埋隧道的設(shè)計(jì).世界隧道,1999(1):10-15.

[2]蒲春平,劉 可,胡占榮.京珠高速公路粵境南段五龍嶺大跨、連拱隧道的施工.世界隧道,2000(6):34-37.

[3]張頂立,王夢(mèng)恕,高 軍,等.復(fù)雜圍巖條件下大跨隧道修建技術(shù)研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003(2):290-296.

[4]劉洪洲.大跨度扁坦隧道施工的力學(xué)響應(yīng)及施工方法的研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2000(4):428.

[5]張 延.軟弱圍巖中修建大跨隧道的設(shè)計(jì)和施工.地下空間,2002(1):21-28，93.

[6]TB 10201—2007，鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程.

Research on the construction method of soft rock tunnel three line large span section

Zhang Lun

(ChenglanRailwayLimitedLiabilityCompany,Chengdu610051,China)

Based on the complex geological conditions of Chenglan Railway Yangjiaping export three line large span tunnel, this paper proposed the sets of construction method of double sidewall drift method, elaborated specific construction technology, and made monitoring and measuring, the practice showed that the construction method ensured that the safety construction of three line large span section, to speed up the construction progress and reached expected effect in engineering application.

soft rock tunnel, three line large span section, construction method, monitoring

1009-6825(2015)18-0177-03

2015-04-18

張 倫(1979- )，男，工程師

U455

A