浅埋偏压软弱围岩隧道施工控制
?摘??要:本文结合金温铁路麻芝川隧道工程实例，具体介绍铁路双线隧道浅埋偏压软弱围岩的施工工艺和施工控制，为浅埋偏压软弱围岩隧道洞口的施工提供了很好的借鉴。??
关键词:铁路隧道、浅埋、偏压、软弱围岩、施工控制?
?1??前言?
随着我国高速铁路发展规模日益扩大，地质条件日趋复杂，标准化的要求不断提高，铁路隧道施工技术要求也就越来越高。一般情况下隧道洞口位置的地质情况较差，主要不良地质表现为顺层偏压、覆盖层薄、土质松散、边坡失稳，围岩体结构承载力差，若处理不当易发生塌方、冒顶、边仰坡塌滑风险事件。麻芝川隧道是金温铁路的重点工程之一，进口地段就属这类情况。?
2??工程概况?
2.1?概述?
麻芝川隧道进口段位于浙江省温州市泽雅镇。隧道起迄里程为DK168+673～DK171+515，全长2842m。隧道全部位于左偏曲线上，纵坡为单面下坡，坡率为4.0‰。按新奥法设计，采用复合式衬砌。?
2.2?工程地质?
麻芝川隧道地处剥蚀丘陵区，地形起伏，植被茂盛，山体自然坡度25～45°，局部可见基岩裸露。进出口均有混凝土或沥青路面的乡村公路通达。隧道区地层分布较简单，基岩多有出露。地表出露第四系人工填土层Qml、第四系残坡积层Qel+dl，下伏侏罗系上统西山头组J3x流纹质玻屑凝灰岩。地下水为松散岩类孔隙水和火山碎石屑岩类基岩裂隙水。区内地表流水活跃，地下水不发育，影响隧道的地下水主要为构造裂隙水。?
隧道区地处副热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明。雨量充沛，年降雨量达1723.0毫米，4～9月最集中。化学环境作用等级为H2，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。?
2.3?隧道进口工程监理特点?
从现场看，隧道进口进洞条件差，边仰坡的坡度陡峭。进口洞口段处于浅埋偏压严重，位于第四系残积层内。进口段表层为含砾粉质黏土，硬塑，厚0～2.5m，下伏基岩流纹质玻屑凝灰岩，强风化厚1～7.5m,下为弱风化，岩质较硬，裂隙发育，岩体破碎。地下水为基岩裂隙水，不发育。洞口浅埋段全长77m，埋深0～18m。?
因此，如何根据地形、围岩地质的基本特性，确定合理、快捷的施工方法，顺利穿过偏压、浅埋、破碎段是本隧道施工的关键。麻芝川隧道进口平面布置图见图1所示。
3??施工总体方案?
隧道明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奥法施工，进洞采用套拱进洞。隧道半明半暗部分采用套拱、超前支护等措施减小偏压力。超前支护采用108mm超前管棚注浆支护。明洞采用明挖法施工。暗洞软弱围岩地段坚持“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的施工原则。暗洞V级围岩采用三台阶四步法开挖。?
4??浅埋偏压破碎段施工方法?
浅埋偏压隧道进洞施工技术以新奥法原理为依据，通过人工配合机械开挖及控制爆破，?减少对岩体的扰动。在进洞前完成洞口段地表处理、超前支护、锚喷钢架支护、二次衬砌受力体系转换。?
4.1?地表处理?
⑴明洞段施工过程避开雨季进行，在边仰坡刷坡线外5m施做截水天沟，保证排水通畅，防止仰坡不受雨水冲刷，使洞门结构稳定。?
⑵尽可能在少破坏植被的情况下刷边仰坡，除去地表杂草后进行边仰坡防护，临时坡面采取锚网喷防护，永久性边坡采用锚杆框架梁的形式进行防护加固。?
4.2?边仰坡支护?
⑴隧道洞口施工的原则是避开雨季，施工前对隧道洞口边仰坡及影响洞门安全的崩坍、落石、易滑动土层等采取清除或加固措施，消除安全隐患。施工前做好洞顶截水天沟和洞口的截、排水，同时在施工过程避免大挖大刷，保持自上至下逐段分层开挖，保持边仰坡稳定，跟进施做喷锚防护，及时施作洞门。?
⑵明洞土石方开挖前做好洞外的截水天沟等排水系统，截水天沟中线距边、仰坡开挖线边缘不小于5m,且每20m设置伸缩缝一道，天沟向排水方向为顺坡，坡度不小于2‰，天沟两侧夯填密实。将地表水排除隧道范围，防止水流冲刷边仰坡坡面造成边、仰坡坍塌。?
⑶隧道进口段围岩地质条件较差，开挖前必须进行中线、水平复测，确保准确无误。开挖时应在洞口施工放样的线位上进行边坡及仰坡自上而下的开挖。本隧道为Ⅴ级偏压路堑式明洞，DK168+692～DK168+700起拱线上明挖，保留核心土，边墙挖井，纵向拉槽施工，先墙后拱衬砌，纵向拉槽长度不宜大于8m，然后施作防水层及回填。边、仰坡坡比为1：0.75，边墙采用开挖表层土质采用挖掘机，当深层遇到石质，挖机无法松动时采用小型松动爆破后再用挖掘机开挖。爆破时规定适宜装药量，尽量减少对原底层的扰动，以保证洞口围岩不被破坏。边、仰坡开挖完成后，人工清理坡面浮石，并适当修正坡面，保证坡面平顺。采用锚喷（网）加固，支护参数为：锚杆采用Φ22砂浆锚杆，L-4m,间距1.5×1.5m，梅花形布置，喷射砼采用10cm厚C20网喷砼，钢筋网φ8,网格25×25cm。?
4.3?套拱施工?
采用套拱法和长管棚预支护进洞，具体作法如下：洞口开挖至起拱线，采用两榀型钢钢架紧贴仰坡放置，纵向钢筋连接，经测量检查，同隧道洞口开挖断面一致后，与仰坡锚杆焊接固定，施作超前小导管预支护，浇筑挂板混凝土固结，形成洞室轮廓。?
4.4?超前大管棚支护?
在套拱上施作管棚导向墙，每工作面三台管棚钻机分别施作管棚预支护，在前方形成保护棚圈，提前固结及加固开挖轮廓周边土体，为暗洞开挖提供预支护。?
超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成的拱部坍塌。超前大管棚采用46根长25m型号为φ108×6mm的热轧无缝钢管，接头处采用丝扣连接，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%。钢管加工前端呈锥形，管壁四周钻设φ10～φ16mm的注浆孔，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部预留不小于1.1m的不钻孔止浆段。?
首先施工管棚固定端的C20混凝土导向墙，截面尺寸为1m×1m，拱内设置2榀I18工字钢架，钢架外缘设φ140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。?
待导向墙完成并养护3天后进行施钻，采用水平钻机配备φ127mm的偏心钻头进行钻孔。根据线路的设计纵坡，以1°～3°的外插角进行钻孔，钻进时应检测钻杆的倾斜度，偏离原定方向应及时纠正，以免长管棚打入到隧道开挖轮廓线以内。钻机开孔时钻速易低，钻深20cm后转入正常钻速。钻孔完成后再用钻杆掏尽孔残渣，防止卡管。顶管作业时将钻机调准方向，低速推进钢管，在剩30cm～40cm时钻机反转退回原位，装上后一节管，人工用链钳进行钢管丝扣连接，使两节钢管在连接处连成一体。完成后用钻机推进，以此循环直至完成顶管作业。?
钢管安装后即封堵管口，留注浆孔、止回阀及止浆塞，即可进行注浆。根据地质条件和围岩破碎情况，注浆采用等级不小于M10的水泥浆液，其目的将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前支护的作用，为隧道下步开挖施工安全提供保障，增强了围岩的整体稳定性，岩体空隙通过浆液充填，凝结固化后，有效的阻隔了地下水或雨水向隧道内的渗入，起到了堵水防水的作用。麻芝川隧道进口导向墙及大管棚。
4.5?暗洞开挖?
开挖施工过程中严格按照“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则。在软弱围岩的地质条件下，采用三台阶四步法施工，三台阶四步法是应用在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道上台阶的○1部，施作导坑底部、侧面支撑及临时仰拱，滞后○1部一段距离后开挖上台阶○2部，再开挖隧道中、下台阶，完成断面开挖的施工方法，主要应用于V级围岩软质岩、浅埋、偏压地段的施工方法。?
三台阶四步法施工工艺流程:
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三台阶四步开挖法施工即超前支护先行，上台阶采用预留核心土导坑法短开挖，施作拱部初期支护；中、下台阶错开3～5m左右开挖及施作边墙初期支护；仰拱紧跟下台阶，马口错位开挖并及时施作拱架尽早闭合成环。?
对Ⅴ级围岩，洞身采用人工风镐、挖掘机、弱爆破相结合开挖，为确保施工安全，根据围岩情况每循环开挖进尺50～120cm。?
各施工工序分述如下：?
⑴利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护，弱爆破开挖○1部，然后施作○1部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立初期支护钢架，并设锁脚钢管。导坑底部及侧面铺设I18轻型工字钢，底部喷20cm厚混凝土，施作○1部临时仰拱，必要时封闭掌子面。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。?
⑵在滞后○1部3～5m后，弱爆破开挖○2部。施作导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立初期支护钢架，并设锁脚钢管。导坑底部铺设I18轻型工字钢，底部喷20cm厚混凝土，施作○2部临时仰拱，必要时封闭掌子面。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。?
⑶在滞后○2部3～5m后，弱爆破开挖○3部。导坑周边初喷4cm厚混凝土，架立初期支护钢架，并设锁脚钢管。导坑底部喷8cm厚混凝土，施做○3部临时仰拱。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。?
⑷在滞后○3部3～5m后弱爆破开挖○4部，初喷4cm厚混凝土，架立初期支护钢架并设锁脚钢管，隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。?
⑸灌注○V部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充分次施作）。?
⑹根据监控测量结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次浇筑○Ⅵ部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。?
注意事项：?
⑴坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早闭合、勤量测”原则。?⑵小炮开挖，严格控制装药量。?
⑶导坑开挖宽度和高度可根据施工机具、人员安排等进行适当调整。?⑷钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。?
⑸施工按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整提供依据。必要时临时仰拱可加设钢架封闭。?
⑹当地层稳定性较好时，在确保施工安全前提下可取消临时仰拱。?⑺软弱及不良地质隧道仰拱应紧跟，仰拱距离开挖面应控制在40m内。?
4.6初期支护?
初期支护由锚喷挂网加HW175钢拱架构成，对钢架连接处施作锁脚锚管并注浆加固，克服周边围岩对边墙初期支护径向压力的水平分力，降低上部岩体对边墙的压力。边墙采用φ22砂浆锚杆或全螺纹砂浆锚杆，长度4m，间距1.2m×1.2m（环×纵），呈梅花型布置，及时施作锚杆，可以减少围岩的松弛度，也可减少锚固力的损失和初期支护的被动作用力。钢筋网采用φ6钢筋网片，网格间距为20cm×20cm。喷射厚度25cm厚C30纤维混凝土。?
4.7衬砌?
本段隧道均采用Vc型复合式衬砌，拱墙及仰拱均设置双层钢筋。仰拱填充采用C20混凝土，仰拱采用C35钢筋混凝土，衬砌采用C40钢筋混凝土。隧道采用行走式全液压衬砌台车衬砌。?
5??围岩量测?
????现场监控量测工作是隧道在施工过程中，对围岩支护系统的稳定状态进行检测，以校核和调整设计的初期支护和二次衬砌参数，是新奥法的必不可少的施工工序。?
麻芝川隧道共进行洞内外观察、洞外地表沉降、洞内拱顶沉降、洞身净空收敛等观测项目。?
隧道洞口处于浅埋偏压地段，在开挖前在洞外边坡坡顶外边缘埋设一排地表沉降观测点，观测点设置成一条直线，兼沉降和位移监测，测点间距为5m。进洞支护后立即埋设净空变化观测点，为彼此进行验证，拱顶沉降与洞内净空变化断面设在同一断面上。观测断面间距根据围岩级别控制在5～10m，观测点埋设要牢固，易于识别并妥为保护。?
量测初期，每天进行两次，分别于上午8:00和下午5:00，后期趋于稳定后每天量测1次，持续监测1～2周。?
每次量测后立即对量测数据进行回归分析，生成位移时态曲线、拱顶沉降曲线及净空收敛曲线，掌握岩体和支护变形的动态变化规律。按照铁建设[2010]120号文《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》的要求，当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，暂停掘进，及时分析原因，采取处理措施。?
6??结语?
⑴浅埋、偏压、软弱围岩隧道施工中对开挖方法的选择尤为重要，做到“短进尺、强支护、早封闭”，并且监控量测是重要环节，及时分析围岩及初期支护的变形情况，合理指导施工。?
⑵浅埋、偏压、软弱围岩隧道的防治先从工程地质入手，了解围岩结构力学变化规律和自承能力的特点，采取超前加固措施，提高岩体本身结构承载力和控制其变形，对初期支护进行加强，对受力结构进行完善，确保变形量在可控的范围之内，遵循“早进洞，晚出洞”的隧道设计原则，尽可能的减少对山体的破坏和扰动。?
⑶雨季施工对隧道影响很大。围岩层间充水逐步松散软化，扩大松弛圈，造成支护体系破坏，同时孔隙水压力对初期支护产生新的附加应力，严重影响到隧道施工安全。尽量避免在雨季施工，施工中考虑加强初期支护的强度并利用辅助措施及时封闭。?
⑷要重视洞内文明施工，洞内裂隙渗水及施工用水要及时引排至洞外排水沟，不能有积水侵泡隧底。?
⑸通过对隧道洞口地段的加固措施，合理的施工组织安排，为隧道的安全、高效施工打下了坚实的基础，为按期、保质完成本隧道的施工任务营造了良好的施工环境。?参考文献：?
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