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摘要：

施工雙線隧道穿越軟巖變形大的黃土地質(zhì)圍巖時，對開挖和初支結(jié)構(gòu)變形的控制，關(guān)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(dǎo)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(zhì)預(yù)報和圍巖監(jiān)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(guān)鍵詞：

軟巖隧道；超前地質(zhì)預(yù)報；三臺階七步法；工序管理

1概述

雙線隧道穿越軟弱地質(zhì)圍巖進行施工時，開挖、初支結(jié)構(gòu)變形，二次襯砌施作時機把握，一直以來是施工技術(shù)人員關(guān)注的重點。因為軟巖隧道受較強地應(yīng)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(guān)鍵因素就是在于根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理運用各種支護方案，將復(fù)合變形力學(xué)機制轉(zhuǎn)化為單一力學(xué)機制[1]。所以有必要通過超前地質(zhì)預(yù)報和監(jiān)控量測手段結(jié)合開挖后揭示地質(zhì)實際圍巖情況控制關(guān)鍵工序，因地制宜制定施工技術(shù)方案和預(yù)防預(yù)控措施，規(guī)范軟巖隧道施工，避免掌子面滑塌、掌子面后方圍巖失穩(wěn)、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(zhì)預(yù)報方法的選擇等方面進行總結(jié)，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(nèi)，屬黃土高原地區(qū)，起訖里程DK113+222～DK119+052，全長5830m。設(shè)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(fā)育。穿越地層主要為：第四系全新統(tǒng)滑坡堆積砂質(zhì)黃土和塊石土，第四系上更新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土和風(fēng)積砂質(zhì)黃土，第四系中更新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土和細(xì)圓礫土，下伏第三系泥巖夾砂巖。地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，沒有明顯的地質(zhì)構(gòu)造形跡，隧道洞身通過地段巖體較為破碎，裂隙發(fā)育。

3主要工序施工方案及控制要點

3.1超前地質(zhì)預(yù)報

重視超前地質(zhì)預(yù)報工作，指導(dǎo)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(zhì)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(zhì)構(gòu)造：斷層、節(jié)理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構(gòu)造發(fā)育情況；(3)不良地質(zhì)：如暗河、人為坑洞及高地應(yīng)力等發(fā)育情況。隧道開挖前可采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報、紅外探水、地質(zhì)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(yù)報，每循環(huán)進行超長炮眼鉆孔預(yù)測，開挖后進行掌子面地質(zhì)素描，記錄掌子面情況。

3.2施做導(dǎo)向墻管棚進洞

馬家坡隧道洞口處于淺埋偏壓地段、地質(zhì)條件差，導(dǎo)向墻設(shè)置由設(shè)計拱部120°范圍變更為拱部180°范圍，并擴大導(dǎo)向墻拱腳，減少洞口段沉降。導(dǎo)向墻頂及兩拱腳處埋設(shè)測點，觀測導(dǎo)向墻位移。長管棚結(jié)合導(dǎo)向墻施工，導(dǎo)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(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)2榀I20b工字鋼架，鋼架外緣設(shè)φ140cm壁厚5mm導(dǎo)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(jù)設(shè)計圖紙對圍巖的分級，區(qū)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(shù)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(jù)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(zhì)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(shè)備所需施工場地大小的要求；（3）隧道設(shè)計斷面的大?。卉泿r隧道大斷面施工時應(yīng)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(wěn)定性的重要參數(shù)，也是隧道支護參數(shù)設(shè)計和施工工法確定的主要依據(jù)。目前國內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)，但對于高地應(yīng)力軟巖大變形地質(zhì)的圍巖級別還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在地質(zhì)勘察設(shè)計階段，按照不同地貌及地質(zhì)單元在隧道上方布設(shè)勘探孔，但是點狀勘探無法全面揭示高地應(yīng)力等地質(zhì)環(huán)境條件下圍巖的變化。所以有必要根據(jù)地勘報告結(jié)論，諸如：淺埋段、節(jié)理密集帶范圍，以及靠近巖性分界帶、構(gòu)造帶范圍等地質(zhì)描述情況和設(shè)計判定的圍巖級別，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報及現(xiàn)場開挖揭示地質(zhì)的實際情況，對圍巖分級進行修正，優(yōu)化支護參數(shù)。改變以往的被動接受圍巖變化，為提前準(zhǔn)備圍巖變化。事先做好加強支護參數(shù)的技術(shù)準(zhǔn)備工作，提出優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)物設(shè)計參數(shù)的建議。

3.5仰拱施工

仰拱開挖要認(rèn)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(huán)，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(nèi)位移，根據(jù)圍巖的軟硬程度、巖層產(chǎn)狀必要時加設(shè)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(guī)范規(guī)定，當(dāng)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(yù)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(jù)監(jiān)控量測結(jié)果確定相應(yīng)指標(biāo)。具體是要以隧道極限位移為基礎(chǔ)，以現(xiàn)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(jiān)控量測

隧道量測斷面間距根據(jù)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(jiān)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(shù)據(jù)。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(shù)、開挖方法等原始數(shù)據(jù)。經(jīng)分析后，將凈空變化和拱頂沉降記錄值以圖表形式呈現(xiàn)，方便直觀準(zhǔn)確反映圍巖變化情況，以此保障施工安全。

4結(jié)束語

本文總結(jié)出的嚴(yán)格工序管理、強化不良地質(zhì)地段管控，用超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)合圍巖量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)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(zhì)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(zhì)預(yù)報和圍巖監(jiān)控量測納入工序管理的指導(dǎo)思想，有效修正了施工中的圍巖級別、支護參數(shù)、開挖預(yù)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(xué)行為及控制技術(shù)的研究[D].重慶:重慶大學(xué),2008.

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

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

[6]中鐵第一勘察設(shè)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(shè)監(jiān)理有限公司