拉朝隧道出口淺埋段施工技術研究

楊 瓊

（中鐵置業亳州投資公司，安徽 毫州 236800）

1 工程背景

1.1 工程概況

拉朝隧道位于廣西壯族自治區河池境內，全長94m，為曲線隧道，開挖斷面寬6.80m，高9.10m，隧道進口里程為DIK238＋630，出口里程為DIK238＋724，中心里程為D1K238＋677，洞底標高為721.65m，隧道為單向坡，南高北低，縱坡1‰，為上覆蓋黃土炭質頁巖隧道。隧道施工從出口向進口方向施工，即從DIK238＋720處開始掘進。全隧設計為Ⅴ級淺埋復合襯砌， 其中D1K238＋630～D1K238＋640段設置拱墻格柵及拱部超前小導管加強支護，格柵鋼架縱向間距為0.8m，超前小導管縱向間距為1.6m， 每環20根， 每根長3.5m。D1K238＋640～D1K238＋714段設置拱墻格柵及拱部φ42超前小導管加強支護，格柵鋼架縱向間距為1m。

1.2 工程地質

拉朝隧道為短隧道，位于斷層埡口上，穿越地層地質較差，屬于貴州高原斜坡地段，地形起伏大，地勢北高南低，屬弱風化炭質頁巖夾硅質巖地段，地質概況為剝蝕丘陵地貌，上覆第四系坡殘積層 （Q4dl＋el）粉質黏土，下伏石炭系下統巖關階（C1y）炭質頁巖、頁巖夾硅質巖，巖層為單斜構造，節理發育。炭質頁巖地層圍巖軟弱、松散，變形快，側壓力大，自穩時間短，遇水極易軟化。該處高差變化較大，等高線密集，在縱向20m范圍內，埋深從16m下降到6m。

1.3 水文地質

本隧道所在河池地區屬于亞熱帶季風性氣候區，年平均降水量1 770mm，隧道進出口位于山體的埡口，構成三面匯水，對地表水的匯集與地下水的發育極為有利。工點范圍內地下水的類型主要有兩種：一種為上層滯水；另一種為孔隙水及基巖裂隙水。地下水對混凝土具弱硫酸型酸性侵蝕性。

2 現場施工管理及施工隊伍技術情況

施工隊伍素質選擇的好壞對于隧道施工成敗尤為重要。由于拉朝隧道只有94m，長度較短，中標單價較低，許多施工隊伍不愿進場，施工難度較大。項目部根據建設指揮部施工計劃的安排和施工隊伍管理規定，在提高勞務分包單價的基礎上，對擬參建施工隊伍進行考核，最終確定具有多條隧道施工經驗的隊伍進行施工。

施工隊伍正式進場后，首先著手做準備工作，對現場各種臨時設施進行完善。開工以后，項目部要求隧道施工作業隊必須配備技術員一名，安排技術工程部長親自負責。施工中，要求施工隊伍按照圖紙設計對隧道邊仰坡進行加固，砌筑天溝，完善排水系統，且待各項工作完善以后，才能進洞。

3 隧道施工

3.1 隧道施工方法

拉朝隧道Ⅴ級圍巖洞身開挖采用短臺階分部開挖法 （環形開挖留核心土法），它將斷面分成環形拱部、上部、核心下臺階等三部分，即三臺階法。因為上部核心土支擋著開挖面，而且能利用臺階迅速及時地施作拱部初期支護，利于開挖面的穩定，待支護完成后開挖核心土，以保證安全。洞口開挖時，施作超前小導管和長管棚支護，將圍巖棚護成拱。洞口段上臺階采用非鉆爆開挖法 （風鎬配合挖掘機開挖），洞身段上臺階采用弱光面爆破，減少對圍巖的擾動。

3.2 變形塌方情況

2008年3月中旬，河池地區連續半個月降雨，拉朝隧道出口端上臺階已施工開挖至D1K238＋703（21m），中臺階開挖至D1K238＋711 （13m），下臺階開挖至D1K238＋721 （3m）。 2月17日中午發現隧道內出現裂紋，隧道右側地表出現裂縫，并且裂縫迅速發展，經過一個下午及一夜的發展，2月18日上午出口端D1K238＋714～D1K238＋724 （10m） 段已坍塌，格柵被擠壓破壞，隧道右側因被擠壓破壞而約侵占至開挖斷面一半，向內D1K238＋706～D1K238＋714（8m）段開裂變形，上臺階僅有3m未變形完好。坍塌碴體堆積在隧道里斷面內，從外側無法看出塌洞情形。地表D1K238＋700～D1K238＋728出現裂縫，主要在中線至右側約17m斜坡范圍，裂縫寬5～20cm，主裂縫基本呈弧形貫通。

3.3 原因分析

隧道塌方險情發生以后，來自建設指揮部、設計院的專家組來現場進行現場核實并進行原因分析，經討論，原因有以下兩點。

3.3.1 地質原因

出口隧道縱向有一小斷層與隧道小角度斜交通過，斷層附近巖體破碎，土層及風化層較厚。在出口側已開挖段上部存在一巖性變化接觸面，隧道開挖后圍巖應力重新分布造成偏壓失去平衡，使這兩個弱面之間的巖體下落，產生裂縫塌方。

3.3.2 天氣原因

受連續降雨的影響，地表黏土層含水量增大，其力學指標降低，部分雨水下滲對炭質頁巖起軟化作用，在軟化與非軟化附近形成軟弱面，右側自然坡度較陡，在重力作用下土層及基巖風化層沿軟面滑移擠壓隧道洞身右側，造成洞身初期支護變形破壞。

3.4 處理措施

鑒于以上原因，經專家組開會討論，采取了以下處理措施：

（1）為保證地表水不滲入隧道中，立即夯填地表裂紋，將洞頂天溝與洞口排水溝相接，完善排水系統，以疏排天溝范圍內匯水。

（2）在保證安全的情況下及時回填已開挖段洞身，阻止變形擴大，施工中應加強觀察，發現異常情況應立即撤出洞外。

（3） D1K238＋706～DIK238＋724段線路前進方向右側5～8m范圍內地表設3排Φ108鋼管樁注漿加固，鋼管樁嵌入基巖 （W2）至少2m，鋼管樁平均長度按12m計。注漿液采用1∶1水泥砂漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa， 注漿量按每延米0.5m3計， Φ108鋼管壁厚5mm，鋼管樁間距為1.0m，呈梅花型布置，其注漿參數可根據現場試驗調整。

（4）待地表加固措施完畢并達到設計強度后方可進行洞身開挖，坍方段施工嚴格按照 《隧道施工規范》執行，上臺階開挖后每隔2榀工字鋼之間設一臨時工字鋼橫撐。

（5） DIK238＋704～DIK238＋724襯砌采用Ⅴ級復合加強襯砌，洞口段開挖后應及時施作二襯，并修建洞門端墻及擋墻，洞口擋墻應分段開挖，及時施作。

3.5 處理效果

通過塌方段超前管棚及鋼管樁的注漿，塌方段圍巖破壞區域得到加固，通過加強支護后，可按設計進行常規開挖。開挖過程中密切注視塌方段斷面變化情況，加強監控量測，適時通過注漿加固圍巖，其效果如下：

（1）拱部開挖：拱部預打φ89大管棚長25m，壓注1∶1水泥砂漿，環向人工開挖，中間預留核心土，開挖過程中沒有炭質頁巖崩解、掉塊現象，減少了卡口梁支撐和混凝土填塞空洞現象，消除了安全隱患。

（2）邊墻開挖：邊墻采取了18型鋼拱架加固，施工中分二臺階開挖，未見變形現象。

（3）圍巖自穩能力：由于初期支護措施加強，洞口采取了Φ108鋼管樁加固，經監控量測，隧道出口段基本上已停止變形，趨于穩定，鋼管樁加固已達到預期效果。

4 監控量測的應用及效果

4.1 監測項目

監測項目主要根據隧道工程的環境條件、地質條件、施工方法和支護類型等綜合考慮確定。隧道工程進行量測，絕不是單純地為了獲取資料，而是把它作為施工管理的一個積極有效的手段，根據設計要求，針對隧道工程的實際情況，經過認真研究，確定的監測項目有地表沉降、隧道拱頂下沉、隧道水平收斂及地質與支護狀況觀察等。

4.2 監測效果

施工中嚴格按設計文件要求進行了隧道拱頂下沉、地表沉降、水平凈空收斂三項監控量測。量測中，項目部及時將有關量測資料提供給設計院，由設計院作為參考依據，合理修正設計初支參數，確保安全合理施工。同時，項目部根據施工量測的數據進行分析，判斷施工設計的初期支護參數能抑制圍巖變形，圍巖與初期支護變形趨于穩定。經過2個多月的監控量測及數據分析，結果表明，隧道內的水平收斂、拱頂下沉、地表沉降均已穩定，說明圍巖已穩定。

5 處理費用及時間損失情況分析

從拉朝隧道出口段出現裂縫到設計院專家組拿出施工方案，簽署會議紀要，施工隊伍按照紀要要求對出口塌方段進行處理，前后耗時2個多月，處理費用約100萬元，時間上項目部工期延后2個月，施工工序上調整從隧道出口進洞的方法，改從隧道進口進洞、出口同時處理加固，確保施工工期。

6 經驗教訓

拉朝隧道出口段在設計、施工的努力下，變形塌方地段按照專家方案所制定的整治措施穩步進行施工，回顧和反思隧道施工所遇塌方問題，有以下經驗教訓值得吸取：

（1）隧道與其他工程的不同之處是對施工安全的要求更高，任何疏漏在隧道施工中都有可能造成不可挽回的損失，隧道工程施工地質條件變數較大，要求施工中技術人員仔細分析設計圖紙，理解設計意圖，按施工規范施工。

（2）對隧道地質條件的變化及復雜性要有高度認識，工程措施要到位或針對性強，嚴格按設計文件施工。針對工程中出現的圍巖與設計不符情況應立即向設計部門反饋，及時有針對性地采取變更措施，避免事故發生或減少損失。

（3）工程地質條件變化是造成隧道塌方的主要原因，必須加強對圍巖的觀察，掌握地質構造變化的規律，做好地質超前預報。

（4）水是隧道施工最難控制的因素之一，在隧道施工中，對水的作用不可忽視，應隔斷地表水，控制地下水。只要發現巖體中有潛水，就要抓緊對地表水進行疏導，盡可能將滲入地層的水源切斷，或加強支護，以確保隧道順利通過軟弱地層。

7 結語

對于短小隧道施工，要在思想上給予足夠的重視，任何的麻痹和施工安全上的忽視都是隧道施工中最大的安全隱患，尤其是隧道進出口淺埋段。進洞時必須嚴格按照設計要求施工，支護措施上寧強勿弱，快速施工，封閉成環，二襯及時跟進，量測監控到位。只有確保隧道進洞出入口結構安全，才能安全穩妥地進行后續工程的施工。