淺埋軟弱圍巖隧道變形控制

（中交第四公路工程局有限公司 北京 100007）

淺埋軟弱圍巖隧道變形控制

張 晨

（中交第四公路工程局有限公司 北京 100007）

本文以寧安鐵路鐘鳴2#隧道為例，重點闡述在淺埋軟弱圍巖隧道施工，通過各種技術措施對圍巖變形進行控制的方法。

隧道；淺埋；軟弱圍巖；變形控制

引言

在高鐵建設過程中，出現了越來越多的地質條件復雜，淺埋軟弱圍巖的高風險隧道。由于這些淺埋地層的埋藏比較淺，大多是強風化破碎的圍巖，地質條件變化較大，圍巖應力分布復雜，且開挖斷面大，造成了隧道施工過程中，施工難度增大，初支變形復雜和隧道整體穩定難以控制的情況，隱含著很多坍塌等安全隱患。本文以鐘鳴2#隧道為研究對象，闡述在淺埋軟弱圍巖隧道施工過程中如何采取對策減小初支變形，確保施工安全的方法。

1 工程概況

鐘鳴2#隧道位于寧安鐵路銅陵境內，雙線全長798m，施工里程為DK140+830～DK141+628。隧道穿越地層主要為含礫粉質黏土及泥質粉砂巖，圍巖較破碎全風化，進出口均為偏壓地段，全隧道屬Ⅴ級圍巖。地表水不發育，地下水主要為孔隙水和基巖風化層空隙水，隧道洞身位于地下水位以下，地質條件非常復雜，屬寧安鐵路高風險隧道。

鐘鳴2#隧道采用中隔壁（CRD）法開挖施工，全隧道為復合式襯砌支護結構，初期支護使用鋼筋網、錨桿、鋼架、噴射混凝土聯合支護，二襯采用整體式移動臺車一次施工完成。

2 地質條件

2.1地質條件復雜

開挖過程中實際揭示圍巖，上臺階為含礫粉質黏土與泥質粉砂巖，兩者分層明顯，并且左側泥質粉砂巖較高；中臺階為泥質粉砂巖，黃色，強風化，粉砂質結構，節理裂隙發育，巖質軟，巖體破碎；下臺階為泥質粉砂巖，且部分呈紫紅色，部分呈黃色，兩者交錯分層，DK141+465～DK141+534一條斷層從下臺階位置斜穿過隧道。

鐘鳴2號隧道屬淺埋隧道，覆蓋層厚度最大約20m，最淺處僅4m，隧道洞身位于地下水水位以下，受地下水的影響，粉質黏土和全風化層易變形，向洞室臨空面擠出，粗圓粒土（夾有漂石）組成的圍巖很不穩定，易滲漏，易造成圍巖內細顆粒的大量流失，極易突然發生坍塌，引起洞壁失穩、冒頂和地表沉陷。

2.2其他特殊地質

隧道進出口段均為偏壓地段，對進洞影響較大，在進洞時洞口邊坡及仰坡出現裂縫，采取地表注漿的措施得到有效控制。出口端施工至DK141+512處時，出現左側的收斂速率明顯大于右側的收斂及拱頂的沉降速率，在對隧道兩側分別進行地基承載力試驗，左側為270KPa，右側為330KPa，兩側的地基承載力不平衡。

3 施工中變形表現

3.1拱頂沉降

隧道出口端施工過程中，開挖上臺階當天會出現10～15mm/d的變形量，持續5天后變形速率會出現顯著的下降，也有所緩和。中臺階施工時，變形量又變大，在5mm～10mm/d，之后會穩定一段時間至仰拱開挖。下臺階及仰拱開挖會使整個初期支護未封閉成環部位變形量增大，在仰拱成環后趨于穩定。

3.2水平收斂

前期施工過程中水平收斂的速率很小，二襯施工時預留變形量還剩余10cm左右。中臺階施工至DK141+512之后，線路左側水平收斂突然增大，超過線路右側收斂及拱頂沉降速率，在加強鎖腳鋼管之后仍無法得到有效控制，部分初期支護侵入二襯。進行地基承載力試驗后，發現兩側的地基承載力相差較大，線路左側地基承載力要相對較小，線路左側地基承載力不足是左側收斂較大的主要原因。

3.3中臺階小塌方對隧道變形的影響

中臺階圍巖為泥質粉砂巖，結構破碎松散，巖體間的粘結力差開挖后僅靠顆粒間的摩擦和微弱膠結作用自穩，且中臺階達到4.5米，多次發生小范圍坍塌。中臺階坍塌不僅容易造成上臺階拱架懸空，隱患較大，而且對隧道的整體穩定性影響很大，中臺階發生小坍塌時，隧道的拱頂沉降會突然變大。

4 施工中變形控制措施

4.1增加預留變形量

設計上預留變形量按照10～15cm考慮，實際施工時將預留變形量為35cm，在發現變形速率較大后將預留變形量按50cm進行施工，防止初支侵入二襯的現象發生。

4.2針對掌子面不穩定采取的措施

上臺階開挖過程中，由于圍巖破碎，極易出現掌子面頂部坍塌及掌子面滑塌，設計上采取超前雙層小導管進行超前支護。超前雙層小導管3米每環，由于超前雙層小導管角度大，施工完成后，前幾榀在開挖時能起到很好的效果，但在尾部時仍然會出現拱頂坍塌。面對這種情況，我們在兩環超前雙層小導管之間視地質情況增加超前小導管，對于頂部的坍塌起到了很好的預防效果。

4.3加強臨時支護

中隔壁和臨時仰拱共同構成了CRD法施工的整個臨時支護系統。主拱架、中隔壁及臨時仰拱使隧道的各部能夠及時的封閉成環，減小隧道變形。如果施工過程中臨時仰拱及中隔壁的拆除時間過早，將使隧道施工沉降過大。下臺階施工時每開挖兩榀，拆除兩榀臨時仰拱，中隔壁在仰拱澆筑完成后拆除，使臨時支護與二次襯砌形成一個整體。

4.4初期支護加強

1．拱架加密、鎖腳加強

施工過程中日沉降速率超過5mm/d時，將初期支護鋼拱架間距又設計的60cm/榀改為50cm/榀，并將鎖腳鋼管數量又設計的每榀2根增加至每榀6根，除此之外還在主拱架拱腳位置采用I18工字鋼縱向連接，使初支拱架形成一個整體，采取上述措施后，沉降速率明顯改善。

2．中臺階施工措施

對于中臺階易發生坍塌的情況，將中臺階分成兩部施工，降低中臺階施工的高度，不僅減少了坍塌的發生，而且使工人施工時的危險性降低。超前小導管設計在中臺階上部2米范圍內，中下部的塌方無法得到有效遏制，根據此情況，在整個中臺階增加超前小導管，防止塌方的發生，使小塌方對隧道變形的影響降低。

4.5縮短仰拱開挖時間

針對仰拱開挖時對隧道整體的沉降速率增大的情況，將仰拱開挖長度由原來的6m減小為每次開挖長度3m，并且增加人員設備的投入，盡量縮短仰拱開挖至封閉成環的時間，使仰拱開挖對隧道的變形影響減小。

4.6增加徑向小導管注漿加固

在線路左側圍巖相對薄弱地段，增加徑向小導管，采用Φ50*5mm鋼花管，長度L=5m，小導管上鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，呈梅花型布置，前端加工成錐形，尾部不鉆孔長度不小于30cm，作為止漿段。注漿管在兩榀鋼架之間垂直于巖面打設，呈環向布置，間距1m，鋼花管安設后，用錨固劑封閉孔口及周圍裂隙，視情況在鋼花管附近噴射混凝土。

5 監控量測及超前地質預報

監控量測作為判斷圍巖穩定性，支護、襯砌可靠性，指導日常施工管理，確保施工安全和質量的重要措施，在淺埋軟弱圍巖隧道施工顯得尤為重要。超前地質預報是對隧道掌子面前方的地質情況進行預測預報的有效手段，根據鐘鳴2號隧道的工程地質、水文地質特征，并結合國內其它淺埋偏壓地質預報的經驗，本隧道超前地質預測預報措施主要為施工地質素描及30米超前地質鉆探。根據超前地質預報結果，及時增加超前小導管及徑向小導管對圍巖進行加固，增加圍巖的穩定性。

6 結束語

鐘鳴二號隧道只是眾多淺埋軟弱圍巖隧道中的一個，在對其施工過程中，及時進行超前地質預報，隨時掌握掌子面前方圍巖變化情況，及時調整支護措施。同時以監控量測為指導，通過以上技術措施嚴格控制隧道拱頂沉降與變形。不急不躁，穩扎穩打，從而順利安全的使隧道貫通。

[1]黃才來.松潘隧道富水軟巖大變形控制措施實踐與探討企業[J].科技與發展,2015(12).

[2]王凱.泥巖地質隧道大變形施工控制技術[J].中小企業管理與科技，2011(11).

U45

B

1007-6344（2017）04-00688-01

張晨（1986-），男，湖北松滋，學士，職員，助理工程師。研究方向：隧道施工。