軟弱圍巖隧道信息化施工

李恒杰

0 引言

由于目前安全施工形勢越來越嚴峻，監控量測的作用日益突出，在大斷面軟弱圍巖隧道中尤為如此。現場監控量測的目的首先是掌握圍巖的應力狀態及圍巖的穩定性，了解圍巖的松弛范圍，對圍巖的穩定性作出綜合性評價，其次是掌握圍巖的支護狀態，保證隧道和圍巖的穩定，對出現的異常狀態進行及時的預測預報，從而保證施工安全，再次是根據隧道開挖后圍巖穩定性信息，進行綜合分析，檢驗和修正施工前的預設計，對原設計進行優化，降低施工成本。

1 工程概況

新建太中銀鐵路興旺峁隧道全長 11 070m，為特長雙線鐵路隧道，地質條件復雜，且質量要求高，具有長、大、難、高的特點，隧道開挖斷面 126.8m2～135.44m2。

洞身通過基巖全斷面為砂巖，局部夾有砂層，且產狀平緩，節理層理發育，強風化基巖裂隙發育，巖體存在不均勻風化現象，由于降水入滲，容易在表層風化帶內形成囊狀富水帶，局部水量較大，巖質軟，開挖后易掉塊及坍塌，掉塊遇水即呈流砂狀。

2 支護參數

興旺峁隧道按照新奧法原理施工，初期支護以網噴混凝土 +錨桿 +工字鋼架組成，采用復合式襯砌，開挖采用上、中、下三臺階法施工，臺階長度控制在 4m～6m。支護參數如下:

1)拱部 140°范圍內采用 φ42壁厚 3.5mm超前注漿小導管，長度 L=3.5m，環向間距 3根/m，縱向 1環/2榀。

2)邊墻采用 φ22砂漿錨桿，長度 L=3.5m，環縱間距 1.0m，呈梅花狀布置。

3)工字鋼架拱墻、仰拱全環布設，間距 1榀/0.6 m～0.8m，縱向連接筋環向間距 1.0m，采用 Φ22鋼筋制作。

4)拱、墻布置 φ8鋼筋網片，網格尺寸 20 cm×20 cm，拱、墻噴射 C25碳塑加強筋纖維混凝土，噴射混凝土厚度為 27 cm，仰拱噴射 C25素混凝土，厚度為 27 cm。

5)拱墻襯砌為C30鋼筋混凝土，厚 50 cm，設計預留變形量為10 cm。

3 監控量測項目

根據設計文件規定及現場施工工藝，必測項目為“兩線一點”，即每個斷面拱頂埋設一個沉降量測樁點，中臺階及下臺階底板上約 1.5m處各布置一條水平收斂量測線。拱頂下沉及凈空變化量測測點布置在同一斷面上，每 5m布置一個量測斷面，測線布置如圖 1所示。

4 監控量測結果分析及斷面優化

4.1 實驗段量測結果統計

興旺峁隧道正洞改DK 354+550～DK 354+400段作為實驗段，統計分析本隧道圍巖變形規律及變形控制基準。按照設計文件，初支內凈空加高、加寬 10 cm作為預留變形量。根據正洞改DK354+550～DK 354+400段 150m范圍內 30個量測斷面實測數據，BC測線累計收斂變形值最大未超過 6.5 cm，DE測線累計收斂變形值最大未超過 6.0 cm，拱頂沉降累計值最大未超過8.0 cm(見圖 2，以拱頂沉降最大的改 DK 354+470斷面為例)。

由圖 2可以看出，拱頂沉降由于隧道受力關系及施工方法影響變化值最大，實測位移 U=77.96mm，其次是拱腰 BC測線，實測位移 U=64.92mm，下臺階拱腳 DE測線由于暴露時間最短，受干擾較少，累計變化最小，實測位移 U=59.85mm。以上各時態曲線表明隧道位移變形趨向于零，表明隧道初期支護是趨向穩定的，觀察初期支護表面無裂縫，基本光滑如初，綜合判定目前隧道的初期支護參數是合理的。

4.2 變形原因分析

4.2.1 中下臺階開挖對拱頂沉降的影響

拱頂沉降累計變化較邊墻收斂大，是斷面優化的關健。改DK 353+550～DK 353+400段 30個量測斷面拱頂沉降累計值統計見表 1。

表1 改 DK 353+550～DK 353+400段拱頂沉降累計值統計表

由圖 2及表 1可知，大部分斷面的拱頂沉降累計值小于 6 cm，只有個別斷面(占總數的13.3%)累計值波動較大，且累計值較大斷面初支后開始兩天內變化速率較快(如改DK 353+470)，究其原因為施作中臺階時上臺階支護處于短期懸空狀態，施作下臺階時中、上臺階拱架亦處于短期懸空狀態，由于拱架懸空而產生的收斂過大的情況，著力在以下幾個方面進行改進:

1)中下臺階落底時，左、右側錯進 2榀 ～3榀拱架，且控制中下臺階開挖進尺，每循環進尺控制在 2榀以內。加快循環時間，盡量減小拱腳懸空時間。

2)由原來的每榀鋼拱架拱腳設置 4根“L”形鎖腳錨桿改為 2根“L”形鎖腳錨桿與 2根鎖腳錨管(孔徑 42，壁厚 t=3.5mm小導管)相配套，長度均為 3.5m，鎖腳錨桿全長錨固，鎖腳錨桿與拱架及鎖腳錨管焊接牢固。

3)根據隧道受力分布情況，上臺階兩側拱腰分別設置 2根“L”形砂漿錨桿，全長錨固，與鋼拱架焊接牢固。

4)上、中、下臺階拱腳處掛設雙連接筋，以增加初支的整體穩定性。

5)調整拱腳處爆破參數，減小爆破對上臺階拱腳處干擾。

4.2.2 仰拱施作的擾動

興旺峁隧道仰拱施工采取滯后掌子面單獨開挖，施工時雖然采用弱爆破，對已完成初期支護仍有較大影響。

因此我工區做了以下調整:

1)為減少仰拱開挖對初支的影響，開挖采用弱爆破，且爆破外圈眼距拱腳不得小于 80 cm，剩余部分由機械配合人工開挖，禁止拱腳懸空現象出現。

2)加強仰拱鋼拱架與下臺階鋼拱架的焊接質量控制。

3)加快仰拱施工速度，最前一組跳挖仰拱開挖距掌子面下臺階 30m左右，上臺階開挖后約 8 d時即進行仰拱施作，保證仰拱距下臺階小于 50m，使隧道初支更早封閉成環。

4.2.3 回歸分析

經過以上施工工藝調整，對改 DK 354+400～DK354+250段30個斷面量測數據進行回歸分析，由本隧道實測散點圖的分布形狀來看，開始一段時間沉降增長速度較快，以后逐漸減速，直至基本穩定，沉降有一漸近值，因而選擇指數函數進行回歸分析，即:

以拱頂沉降最大的改 DK 354+310斷面為例，采用列表法對仰拱施作完成后 30 d的量測數據分析，求得 a=56.587 5，b=4.473 0，曲線相關系數 R=0.992 7，故可推斷圍巖趨于穩定，且變形極限值為 56.587 5mm。

5 總結及斷面優化

經過多次施工工藝的改進，拱頂沉降及邊墻收斂都有不同程度的減少，取得很大成效，改 DK354+400～DK 354+250段拱頂沉降實測最大累計值U=48.88mm，中臺階BC測線收斂實測最大累計值 U=43.27 mm，下臺階 DE測線收斂實測最大累計值U=42.65mm。通過長期觀測及數據的回歸分析，在不改變目前支護參數條件下，開挖預留變形量由 10 cm優化為 6 cm。

監控量測不僅是保證隧道施工安全的必須手段，而且在指導施工方面有事半功倍的作用，比如改善初支參數，從而增加公司的效益。

[1] 鐵建設[2005]160號，客運專線鐵路隧道工程施工質量驗收暫行標準[S].

[2] TB 10121-2007，鐵路隧道監控量測技術規程[S].

[3] 李小剛.大斷面軟弱圍巖隧道綜合進洞施工技術[J].山西建筑，2009，35(8):334-335.