鐵路工程軟巖隧道施工分析

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摘要：

施工雙線隧道穿越軟巖變形大的黃土地質圍巖時，對開挖和初支結構變形的控制，關系到隧道掘進安全。文章以馬家坡雙線鐵路隧道Ⅴ級圍巖段施工為例，介紹了采用導向墻大管棚進洞施工、淺埋黃土隧道選擇三臺階七步法開挖時把超前地質預報和圍巖監控量測工作納入工序管理。工程實踐證明，此施工方法有效，很好的約束了圍巖早期變形，保障了施工安全。

關鍵詞：

軟巖隧道；超前地質預報；三臺階七步法；工序管理

1概述

雙線隧道穿越軟弱地質圍巖進行施工時，開挖、初支結構變形，二次襯砌施作時機把握，一直以來是施工技術人員關注的重點。因為軟巖隧道受較強地應力影響，多為沉降和收斂變形大的隧道，成功控制軟巖隧道大變形的一個關鍵因素就是在于根據現場實際情況，合理運用各種支護方案，將復合變形力學機制轉化為單一力學機制[1]。所以有必要通過超前地質預報和監控量測手段結合開挖后揭示地質實際圍巖情況控制關鍵工序，因地制宜制定施工技術方案和預防預控措施，規范軟巖隧道施工，避免掌子面滑塌、掌子面后方圍巖失穩、初支變形或擠壓破壞。本文從施工方案選擇、重點工序管控、超前地質預報方法的選擇等方面進行總結，以此保障軟巖隧道施工有序推進，消除施工中遇到的難題。

2工程概況

蘭渝鐵路馬家坡隧道位于甘肅省渭源縣境內，屬黃土高原地區，起訖里程DK113+222～DK119+052，全長5830m。設計為雙線隧道，最大埋深256米，地表高程為2130～2420m，總體地形北低南高，溝壑交織，局部滑坡體較發育。穿越地層主要為：第四系全新統滑坡堆積砂質黃土和塊石土，第四系上更新統沖積砂質黃土和風積砂質黃土，第四系中更新統沖積砂質黃土和細圓礫土，下伏第三系泥巖夾砂巖。地質構造不發育，沒有明顯的地質構造形跡，隧道洞身通過地段巖體較為破碎，裂隙發育。

3主要工序施工方案及控制要點

3.1超前地質預報

重視超前地質預報工作，指導隧道開挖方案的制定。針對馬家坡隧道斷層破碎帶、軟弱夾層等軟巖不均勻地質的超前探測工作，要重點掌握(1)地層巖性：軟弱夾層、破碎地層、特殊巖土；(2)地質構造：斷層、節理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構造發育情況；(3)不良地質：如暗河、人為坑洞及高地應力等發育情況。隧道開挖前可采用TSP203超前地質預報、紅外探水、地質雷達、水平鉆探法等方式對掌子面前方圍巖狀況進行綜合預報，每循環進行超長炮眼鉆孔預測，開挖后進行掌子面地質素描，記錄掌子面情況。

3.2施做導向墻管棚進洞

馬家坡隧道洞口處于淺埋偏壓地段、地質條件差，導向墻設置由設計拱部120°范圍變更為拱部180°范圍，并擴大導向墻拱腳，減少洞口段沉降。導向墻頂及兩拱腳處埋設測點，觀測導向墻位移。長管棚結合導向墻施工，導向墻采用C20混凝土，截面尺寸為1m×1m。為保證長管棚施工精度，導向墻內設2榀I20b工字鋼架，鋼架外緣設φ140cm壁厚5mm導向鋼管，鋼管與鋼架焊接。

3.3洞身開挖方案比選原則

開挖依據設計圖紙對圍巖的分級，區分圍巖級別編制不同里程段具體采用的臺階工法。如Ⅴ級圍巖可采用三臺階七步法按新奧法原理制定技術方案組織開挖施工，宜縮短臺階距離或分部開挖留核心土。施工中具體采用哪種臺階法，要根據三個條件決定：（1）對初期支護形成閉合斷面的時間要求，地質越差圍巖級別越高，要求閉合時間越短；（2）上部斷面施工所采用的開挖、支護、出碴等機械設備所需施工場地大小的要求；（3）隧道設計斷面的大小；軟巖隧道大斷面施工時應采取分部開挖方式，控制臺階高度、臺階長度和臺階臨空面的豎向坡度(豎向面與水平面夾角)。

3.4隧道支護

隧道圍巖分級是評價隧道圍巖穩定性的重要參數，也是隧道支護參數設計和施工工法確定的主要依據。目前國內外提出的工程圍巖分級方法多達百種[2]，盡管各自都有其標準，但對于高地應力軟巖大變形地質的圍巖級別還沒有統一的標準。在地質勘察設計階段，按照不同地貌及地質單元在隧道上方布設勘探孔，但是點狀勘探無法全面揭示高地應力等地質環境條件下圍巖的變化。所以有必要根據地勘報告結論，諸如：淺埋段、節理密集帶范圍，以及靠近巖性分界帶、構造帶范圍等地質描述情況和設計判定的圍巖級別，結合超前地質預報及現場開挖揭示地質的實際情況，對圍巖分級進行修正，優化支護參數。改變以往的被動接受圍巖變化，為提前準備圍巖變化。事先做好加強支護參數的技術準備工作，提出優化隧道結構物設計參數的建議。

3.5仰拱施工

仰拱開挖要認真貫徹新奧法施工“緊封閉”的原則，仰拱與掌子面之間距離不宜超過35m。開挖及支護原則上逐榀進行，及時封閉成環，以此減少水平收斂及沉降幅度。仰拱與仰拱填充砼要分開澆筑。仰拱在開挖與澆筑前，為防止邊墻向內位移，根據圍巖的軟硬程度、巖層產狀必要時加設臨時型鋼橫梁頂緊。

3.6二次襯砌

二次襯砌的施做時機是二襯施工控制重點，鐵路[3]和公路[4]隧道施工規范規定，當初期支護變形速率小于0.1～0.2mm/d，或者初期支護變形達到預測總變形的80%～90%時，施做二次襯砌。淺埋地段、膨脹性和擠壓性圍巖等情況下，要根據監控量測結果確定相應指標。具體是要以隧道極限位移為基礎，以現場量測日變形量與量測總變形量為依托，把握二襯施做時機。

3.7監控量測

隧道量測斷面間距根據圍巖級別、斷面尺寸等因素確定，Ⅴ級圍巖量測斷面間距為5～10m。監控量測原始記錄的凈空變化要有測線編號、量測時間、開挖方法、同一時間觀測同一斷面三次的觀測值、平均值、相對初次變化值、相對上次變化值、時間間隔、變化速率等原始數據。拱頂沉降原始記錄要有量測日期、本次沉降值、累計沉降值、時間間隔(d)、開挖累計時間(d)、下沉速率(mm/d)、支護參數、開挖方法等原始數據。經分析后，將凈空變化和拱頂沉降記錄值以圖表形式呈現，方便直觀準確反映圍巖變化情況，以此保障施工安全。

4結束語

本文總結出的嚴格工序管理、強化不良地質地段管控，用超前地質預報結合圍巖量測數據指導設計變更，盡量縮短掌子面開挖與仰拱、二襯之間距離的施工管理模式很好的約束了圍巖早期變形，有效防止了軟巖隧道施工過程中的坍塌。馬家坡隧道是典型的不良地質段占比大，施工難度高。在施工管理中很好的貫徹落實了，把超前地質預報和圍巖監控量測納入工序管理的指導思想，有效修正了施工中的圍巖級別、支護參數、開挖預留變形量等，為保證工期進度、施工安全、控制建造成本等方面起到了良好的作用。

參考文獻

[1]軟巖隧道大變形力學行為及控制技術的研究[D].重慶:重慶大學,2008.

[2]郝哲.對我國現行巖體分級系統的綜合和建議[J].金屬礦山,2005(9).

[3]中華人民共和國行業標準.TB10204-2002鐵路隧道施工規范[S].北京:中國鐵道出版社.2002.

[4]中華人民共和國行業標準編寫組.JTJ042-94公路隧道施工技術規范[S].北京:人民交通出版社,1994.

[5]武建廣,朱洪瑩.軟巖大變形隧道圍巖分級及支護參數適宜性探討[J].現代隧道技術,2012.

[6]中鐵第一勘察設計院集團有限公司[J].蘭渝施隧參I-100[R],2009.

作者:董瑞鵬 單位:甘肅省交通工程建設監理有限公司