[12-11 16:59:19] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3285次
摘要：结合具体的工程实例，针对工程地质情况，介绍了软弱围岩浅埋偏压隧道的开挖方式、支护手段、防水技术等一套行之有效的措施，对以后的工程可提供有益的探索。
1 工程概况
1．1 工程简介
新枫林1 隧道位于湖北省阳新县枫林镇内，是一座能通过双层集装箱的新建电力牵引双线铁路隧道。隧道全长267米，位于半径为1600米的平面曲线上，隧道内线路纵坡坡率为5．4‰ 和5．7‰ 。隧道为曲墙式复合衬砌，初期支护由I l6工字钢拱架、钢筋网、喷射混凝土、环向注浆锚杆组成。二次衬砌为C25模注钢筋混凝土。在初期支护和二次衬砌之间铺设防水板加土工布。隧道进出口各设23．4米明洞，洞门设计均为削竹环框式结构。隧道采用短台阶法和台阶法相结合开挖，衬砌台车模注二次衬砌混凝土的方法施工。衬砌台车长8．4米。
图1 隧道结构图
施工支护参数见表l，辅助施工措施见表2
表1 支护参数
初期支护 二次衬砌
部 锚杆 C20喷射 钢筋网 工字 C25混凝土 C25防水混凝土
混凝土 钢架 (抗渗P8)
位 主筋直径
长度 间距 厚度 直型式 径 间距 型号 间距 厚度 ／间距 厚度 主筋直径／
／cm ／cm ／cm ／mm ／cm ／cm ／cm ／ ／cm 间距／cm
cm
V 22
级 砂浆 350 50×100 22 8 20×20 I 16 50 40 20／25
围
岩 锚杆
Ⅳ 22
级 砂浆 300 80×100 22 8 20×20 I 16 80 40 20／25
围
岩 锚杆
明 62 20／25
洞
表2 辅助施工措施参数
超前小导管(无缝钢管) 锁脚锚杆
规格／mm 长度／m 位置 规格／mm 长度／m 位置
42 3．5～4．5 拱部及右侧边墙 25螺纹钢筋 4．5 上下台拱脚
1．2 地质情况
隧道区域山体表层为黏土夹碎石，下伏页岩，局部夹薄层砂岩，由于岩石风化不均和产状原因，隧道左右侧围岩软硬不均。从施工中揭露的地质情况表明，隧道右侧位于断层挤压破碎带中，围岩明显软于左侧，造成隧道右侧边墙受到明显的施工偏压，地质变化非常明显，地质条件差。隧道开挖范围地层由强风化泥质页岩组成，页岩呈褐黑色薄片状，非常破碎。页岩岩层厚度0．1～30毫米。经点荷载仪检测，岩样单轴抗压强度平均值为11．2、11．5、11．1，依工程岩体分级标准介于软岩～极软岩之间。水对岩体有较大的影响，经测定，岩石的软化系数介于0．57～0．73之间，膨胀率介于2．02％ ～3．39％ 之间
2 工程特点
(1)隧道埋深浅，最大覆土厚度29m，覆跨比小于2．5。
(2)隧道一侧山势较高，另一侧山势较低，偏压明显。另外，隧道右侧一条破碎带贯穿整个隧道，存在明显的施工偏压。
(3)强风化泥质页岩自稳能力差，透水性好，围岩受雨水影响软化和膨胀作用明显。
3 施工技术
3．1 施工工序
隧道施工采用上下台阶法，根据围岩变化情况灵活运用短台阶法和台阶法，及时进行施工方法转换。采用短台阶开挖时上台和下台距离8～12m，下台超前仰拱0～2m，仰拱超前二衬0～8m。采用台阶法开挖时上台和下台距离12～20m，下台超前仰拱0～4m，仰拱超前二衬8～16m。隧道施工顺序见
图2。
3．2 施工方法
隧道采用上台阶预留核心土，下台阶分左右开挖，初期支护紧跟开挖，仰拱和二次衬砌紧跟初期支护的原则施工。
(1)上台阶开挖；II上台阶初期支护： (3)下台阶开挖；Ⅳ下台阶初期支护： (5)仰拱开挖；Ⅵ仰拱喷射混凝土；Ⅶ仰拱灌注：Ⅶ仰拱填充；IXz．次衬砌施工
图2 施工工序不意图
(1)上台阶采用全断面开挖一次成型，预留核心土。核心土高3米，纵向长4米，横向宽5米。开挖采用EX200挖掘机，人力辅助修整，钢拱架拱脚处人力风镐开挖。每循环进尺一榀。个别地段围岩比较硬，采取先小炮松动后挖机开挖。
(2)下台阶开挖分左右侧错开进行，左侧超前右侧1．6m～2．4m。左侧开挖每循环2～3榀，右侧开挖每循环1～2榀。 ．
(3)初期支护由喷锚加型钢拱架组成，原设计在Ⅳ极围岩中采取台阶法施工，由于台阶比较长，又因为雨水作用，导致上台阶整体下沉，水平收敛速率大，所以，DK186+460～+612段对钢架采取锁脚锚杆加强措施，在每榀钢架拱脚以上2．5m范围每侧增设8根直径为 25，长为3．5m的锚杆；同时，在DK186+508～+550段增设喷射混凝土加I 16工字钢临时仰拱使初期支护封闭成环。临时仰拱在下台阶开挖时拆除。在右侧边墙处于断层破碎带中的地段，打人直径为 42mm，长为4．5m内插 22mm钢筋的无缝钢管以增强边墙抗侧压力能力，钢管内空隙用1：1水泥砂浆灌满。www.tmgc8.com
(4)仰拱紧跟下台阶，距离控制在0～4m以内，困难地段下台阶掘进2米就开挖仰拱。仰拱全断面开挖，分层一次灌注砼。
(5)二次衬砌采用衬砌台车整体灌注，每个循环长度为8m，困难地段每循环长度为4m～7m。二次衬砌与仰拱距离保持在8～16m以内，困难地段仰拱施工长度达到4m就施工二次衬砌。二次衬砌为钢筋混凝土结构，施工采用泵送混凝土，拱顶预埋 42注浆钢管，并用其检查拱顶混凝土是否灌注密实。
(6)为减少开挖爆破作业对围岩及二次衬砌结构的影响，采用了以下施工措施：
a)采用底部松动爆破，控制单孔药量在0．15kg以内。
b)控制爆破进尺，一次掘进进尺控制在0．5m。
c)在二次衬砌混凝土施工过程中以及混凝土终凝前禁止爆破作业。
d)控制防水板露出二衬混凝土的长度，爆破时将防水板翻卷并用木板遮掩，保证防水板完好无损。
3．3 关键技术
3．3．1 浅埋施工技术
(1)地表防排水。对进出VI段地表作预注浆处理，目的是减少地表以及雨水浸入围岩开挖范围。注浆采用水泥浆液，水泥浆液W：C：1：1(重量比)，掺3％速凝剂，注浆压力为0．8～1．0MPa。钢管长2．5m，注浆孔径15mm，间距100cm，梅花式布置。洞顶边仰坡喷射C20混凝土封闭，并提前做好排水天沟。
(2)加强地质预报，采用超前小导管探测前方围岩情况。根据地质预报结果适当调整开挖和支护参数。
(3)拱部小导管超前支护，洞VI段小导管间距20厘米，其他地段小导管间距30厘米。
(4)洞内小导管注浆。为了防止开挖时拱顿掉碴、漏碴，采取对小导管注浆方式对管棚之间土固结。注浆采用水泥浆液，水泥浆液w：C=1：1(重量比)，掺3％ 速凝剂，注浆压力为0．5～1．0 MPa。钢管开孔长3．5m一2．5m，注浆孔径15mm，间距15cm，梅花型布置。
3．3．2 偏压施工技术
(1)开挖技术
上台阶采用环行开挖预留核心土开挖，下台阶错开开挖，先开挖靠近山体侧，支护完后开挖偏压侧，错距1m一2m。
(2)支护技术
初期支护参数调整，钢架间距为50cm，增设锁脚锚杆。钢架问用I16工字钢焊接做纵向联系杆，设置位置为上下台阶拱脚处，以增加钢拱架的整体稳定性。
(3)临时仰拱
上台阶增设I16临时仰拱及时使上台阶拱架封闭，改善钢拱架受力状况。
3．4 防水技术
在初期支护和二次衬砌之间铺设一层1．2mm厚的复合防水板(PVC塑料板加250g／m 的土工布)。设计铺设范围为自拱顶至边墙下端横向引水管。防水板背后每4m设一环TR一50加劲型软式透水管作为排水管，与两侧墙脚泄水孔标高处隧道纵向通长的TR一80加劲型软式透水管相连接。边墙下部每4m设一横向泄水管将水从纵向盲管引至两侧排水沟内。在单个漏水点处增设环向盲沟和横向泄水管将水引入隧道侧沟。施工缝采用BW 一Ⅱ型遇水膨胀止水条。明洞段采取防渗等级为P8的防水混凝土，外涂881型聚氨酯防水涂料。采用ZDR一210型热合机热熔焊接防水板，焊接宽度不少于1cm，局部漏焊或无法使用热合机焊接的部位用热风枪进行焊接。防水板搭接宽度不少于10cm。防水板铺设采用简易台车定位，按先拱后墙顺序铺设。施工时，防水板铺设要松紧合适，太松容易造成防水板褶曲形成水囊；太紧容易因混凝土挤压绷裂造成漏水。热焊机焊接时爬行速度宜控制在0．5m／min左右，平面自动爬行，竖直面稍用力平衡机体重量。二次衬砌混凝土施工时震捣棒不得接触防水板。
4 监控量测
隧道实行信息化施工，及时反馈施工信息，以量测结果指导施工，为此，本工程主要进行了以下量测
项目：
(1)地表下沉量测。
(2)洞内拱顶下沉量测。
(3)洞内水平收敛量测。
下沉量测使用配以Fs型测微仪的自动安平水准仪以及铟钢尺和钢挂尺量测，收敛量测采用数显式坑道收敛仪。根据量测数据由计算机绘制成曲线进行分析。地表下沉一般为10～30mm，横断面沉降曲线呈漏斗型，影响范围为中线左右各5m，即在一倍洞径范围内下沉比较大。洞内拱顶下沉一般为15～30mm左右，收敛一般为10～35mm。由于开始施工时上台阶长度达50m，二次衬砌没有及时跟进，受雨水影响，在DK186+450～+500段拱顶下沉最大达200mm，收敛值为
70～110mm，后及时调整施工方法，及时施作临时仰拱封闭上台阶初期支护和跟进二次衬砌，对下沉后初期支护侵入二次衬砌段进行换拱处理，抑制了洞身的变形，保证了上台阶稳定。
从调整施工方法后各项量测结果来看，由于按照下台阶紧跟上台阶，仰拱紧跟下台阶，二次衬砌紧跟仰拱的施工原则进行施工，初期支护和二次衬砌距离比较近，初期支护收敛变形较小，最大变形为35mm，平均为20mm。拱部也产生了一定的变形。在施工仰拱后，支护结构稳定，靠近二次衬砌的初期支护环向裂纹得到了控制。www.tmgc8.com
综合分析，地表下沉是由于结构的变形及下沉引起的。由于二次衬砌紧跟初期支护，围岩应力释放造成的支护结构变形在二次衬砌后得到抑制，在未衬砌段依旧在发展，下沉和收敛不均，所以极易造成初期支护在靠近二次衬砌处产生环向裂纹，影响初期支护的稳定，如及时施工仰拱和二次衬砌，缩短不均匀沉降和收敛产生裂纹的时间，会减少环向裂纹的出现。
5 几点体会
5．1 初期支护必须有足够的强度
从隧道的施工来看，上下台阶均产生了不同程度的变形，为此，在施工过程中通过增加临时仰拱、加锁脚锚杆、加临时支撑等措施对初期支护进行补强，改善了初期支护结构，相当程度地抑制了初期支护结构变形。由此说明初期支护设计还有不完善的地方，其一为支护强度偏低，其二为初期支护不封闭成环，受力结构不合理。在支护完成至二次衬砌完成的时间内，围岩的全部荷载由支护结构来抵抗，因此，隧道设计时初期支护一般采用I 20以上的工字钢作钢拱架。采取临时支护措施加强后，临时支护的失稳会增加主支护结构的附加荷载，同时引起支护荷载应力重分布，因此，临时支护的强度应不低于初期支护的强度。初期支护不成环，不能及时封闭，对预防收敛和下沉不能产生作用。
5．2 仰拱应及时封闭
仰拱及时封闭是保证隧道施工安全的保证，尤其是在大跨度隧道施工时更为重要。量测资料表明：在仰拱施工完成前，下沉和收敛比较大，仰拱封闭后达到基本稳定。仰拱施工前，隧道始终为下部开口的环，不能封闭，抗剪和抗弯均不理想，整体受力极其不利。
5．3 二次衬砌必须紧跟
对大跨度隧道施工，二次衬砌紧跟是保证隧道施工安全的必要前提，尤其在不良地质条件下的隧道施工显得更为重要。根据本隧道施工的经验，二次衬砌滞后太多，受水作用的影响，围岩应力重分布次数会更多，初期支护柔性变形得不到控制。二次衬砌跟得过紧，围岩应力还没有完全释放，对二次衬砌继续施加应力，且二次衬砌在受力条件下完成强度的增长，容易导致二次衬砌开裂。在没有雨水作用下，二次衬砌滞后下台阶8～16m比较合理，既不影响连续开挖，又能在初期支护柔性变形基本稳定后施工二次衬砌，确保永久支护的安全。
