浅谈丘陵地区偏压浅埋不良地质隧道施工技术

浅谈丘陵地区偏压浅埋不良地质隧道施工技术

殷向阳

中铁大桥局集团第一工程有限公司河南郑州450000

摘要：本文以成贵铁路大山坳隧道进口80m偏压浅埋段施工为例，介绍一种丘陵地区偏压浅埋不良地质隧道施工方法。希望对后续类似工程有一定的借鉴作用。

关键词：隧道；施工；初期支护；台阶法；

一、工程概况

大山坳隧道位于宜宾市菜坝镇大山地村范围内，设计起讫点里程为：DK137+545～DK139+212，隧道全长1667米。为川南红层丘陵地貌，地形起伏较小，丘包与槽谷相间分布，残丘低矮浑圆，覆土薄厚不均，基岩零星出露；进口纵坡坡度10～20°，出口纵坡坡度20～30°；地面高程355～420m，最大高差65m，最大埋深约52m。洞身地表基本为旱地、果园、水田、池塘。隧道进出口均位于沟槽内，进出口距离公路均较远，交通条件差。其中DK137+550～DK137+630段埋深小于10m，局部埋深不足1m，全段洞身左侧顺层偏压。围岩为泥岩夹砂岩，其中泥岩所占比例大于60%。岩质软弱，节理裂隙发育，隧道开挖后地表水渗入隧道，围岩遇水浸泡后软化，自稳能力差，施工中易发生掉块、塌方现象。

二、原设计施工工法及方案优化

大山坳隧道DK137+550～DK137+630段设计为交叉中隔壁（CRD）法施工，施工工序断面图如图1所示。具体施工工序为：

1、（1）施作隧道侧壁及导坑侧壁Φ42小导管进行超前支护。（2）开挖右上导坑。（3）喷混凝土封闭掌子面。（4）施作右上导坑周边的初期支护和临时中隔墙，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立I20b型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚管，安设I18横撑。（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2、（1）在滞后于右上导坑一段距离后，开挖左上导坑。（2）喷混凝土封闭掌子面。（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网。（4）接长型钢钢架和I18临时横撑。（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

3、开挖右下导坑并施作导坑周边的初期支护和临时中隔墙，步骤及工序同1。

4、滞后右下导坑一段距离后，开挖左下导坑并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。

5、（1）在滞后于左下导坑一段距离后，开挖右侧仰拱。（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。（3）接长I18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。（4）安设仰拱型钢钢架单元。

6、开挖左侧仰拱并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同5。并使型钢钢架封闭成环。

7、根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除中隔墙I18临时钢架及上部临时横撑。

图1.CRD法施工工序断面图

CRD法施工工序复杂，单个工作面狭小，机械利用率低，施工周期长，成本投入大，不利于工期压力大项目施工。大山坳隧道DK137+550～DK137+630段施工工期的快慢直接制约着5-12#路基填筑和长五间隧道明洞二衬施工，继而影响整个线路的贯通和示范标段验收。为提高施工效率，增加机械利用率，加快施工进度，对该段隧道施工工法进行优化，将原设计CRD法施工调整为台阶法（带临时仰拱）施工，对初期支护体系进行加强，快挖快支，及早封闭成环，过程中按有关规范及标准图的要求进行监控量测，根据监控量测的结果进行分析，确定灌筑二次衬砌的时机。

三、试验段台阶法（带临时仰拱）施工

大山坳隧道DK137+630～DK137+610段20m试验段采用台阶法（带临时仰拱）施工，台阶法（带临时仰拱）施工横断面图如图2所示，具体施工工序如下：

图2.台阶法（带临时仰拱）施工工序断面图

1.在大管棚超前支护的基础上，利用上循环钢架施作超前小导管，开挖上台阶，施作初期支护，即初喷混凝土，铺设钢筋网，架立钢架，设置工18临时钢架，喷临时仰拱，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2.在滞后上台阶一段距离后开挖下台阶，左右侧下台阶错开开挖，初喷混凝土，铺设钢筋网，接长钢架，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

3.在滞后下台阶一段距离后弱爆破开挖仰拱，施作仰拱初期支护，即初喷混凝土，架立钢架，复喷混凝土至设计厚度。

4.灌注仰拱与仰拱填充混凝土，根据监控量测结果分析，待初期支护沉降收敛稳定后，拆除工18临时仰拱钢架。

四、台阶法（带临时仰拱）施工措施调整

试验段台阶法（带临时仰拱）开挖施工过程中，开挖进洞10m后，监控量测数据显示拱顶下沉和偏压侧水平收敛速率出现≥5mm/d，经过现场勘查，该段围岩破碎，埋深较小雨季地表水下渗，掌子面泥岩经地下水浸泡后软化失稳掉块严重。为确保施工安全，同时为兼顾施工工期，经会议商讨，集思广益，确定对开挖方式和初期支护参数进行调整，具体调整措施如下：

措施一：控制爆破开挖。为减少爆破开挖对围岩的扰动破坏，充分利用围岩的自稳能力，将爆破开挖调整为机械开挖与小爆破结合进行开挖，更有利于围岩天然承载拱的形成，减少围岩开挖后的变形。

措施二：增强超前支护。设计上Φ108大管棚超前支护已施工，为防止拱顶掉块现象，在原Φ108大管棚的基础上施做Φ42超前小导管并注浆对超前支护进行加强，Φ42钢花管施做在Φ108大管棚之间，加大超前支护密度。

措施三：单侧双排加长锁脚锚管。为控制隧道开挖后净空变化，对钢架锁脚锚管进行增强，将设计为单台阶单侧双根4m长锁脚锚管固定钢架调整为单台阶单侧双根锁脚锚管，并将锁脚锚管长度增加1m，提高初期支护钢架的稳定性。

措施四：偏压侧增加系统锚杆长度。由于DK137+550～DK137+630段洞身左侧顺层偏压，根据现场实际情况将系统锚杆调整为不对称支护，顺层侧（线路左侧）系统锚杆加长1m，非顺层侧（线路右侧）系统锚杆长度缩短1m。

对剩余70余米偏压浅埋段按照上述措施进行开挖方式和初期支护参数调整，调整后后施工横断面图如图3所示。

图3.调整后台阶法（带临时仰拱）施工工序断面图

经对台阶法（带临时仰拱）施工支护措施进行调整后，隧道开挖支护后拱顶下沉及净空变化得到有效控制，未发生监控量测报警现象，措施调整前后监控量测数据对比如表1所示。

表1.调整前后监控量测数据对比表

五、经济效益

直接经济效益：采用台阶法（带临时仰拱）施工较CRD法施工既节省材料（型钢钢架74.3t，混凝土508m³，钢筋网4t，锚杆2187m），又提高机械使用效率。

间接经济效益：缩短了工期，为后续5-12段路基填筑施工以及长五间隧道明洞二衬施工创造了必要条件，加快了整条线路的贯通。

六、结论

该工法对偏压浅埋不良地质隧道进行开挖支护，有效控制了隧道拱顶下沉和水平收敛变形，相较于CRD法施工的负责施工工序可提高机械使用率，减少材料投入，节省施工工期。尤其适用软弱围岩、偏压浅埋段、工期紧张的高速铁路隧道施工。对工程建设中的类似工程具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]相关设计图及附图

[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》TB10753-210

[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（铁建设[2010]241号）

[4]《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2007

[5]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001

[6]《爆破安全规程》GB6722-2011