大斷面淺埋隧道施工中圍巖變形施工控制分析

【摘要】本文以湖南桃花江核電廠進廠道路洞沖里隧道為例，著重介紹大斷面紅土淺埋隧道在V級圍巖段，采用三臺階預留核心土開挖法施工措施及施工要點。

【關鍵詞】紅土；大斷面；隧道；三臺階；預留核心土

1工程概述

1.1工程概況

洞沖里隧道是湖南桃花江核電進場道路大斷面紅土淺埋隧道，位于湖南省桃江縣，起訖里程為K0+650～K1+465，隧道全長815m，隧道進口有近150米V級圍巖，該段隧道埋深為16m～19m，圍巖開挖寬度為15.5m，開挖高度為13.28m。在該段施工時，采用三臺階預留核心土開挖法施工。

1.2工程地質及水文條件

該隧道通過地層為第四系上更新統風積黏質紅土及黏質紅土，下部為第四系中更新統風積黏質紅土夾黏質紅土，底部為中更新統沖積砂及圓礫等，工程區域無斷裂構造。地表范圍內發育第四系上更新統風積黏質紅土，厚9～16m，自重濕陷系數0.001～0.075，按Ⅱ級自重濕陷性場地考慮。工程范圍內第四系上更新統及中更新統風積黏質紅土均夾有古土壤層，厚1～3m，為弱膨脹土。區內地表水及地下水發育。

2 圍巖變形破壞情況

在淺埋段，由于圍巖的流變性質，隧道開挖后由于初始應力的釋放引起圍巖變形，表現為拱頂將沉降和周邊收斂。隧道拱頂下沉量過大將導致地表出現大沉降量、開裂以及洞內初支開裂的現象；而隧道的周邊收斂過大可能導致鋼架的變形失穩、初支傾入二襯限界的現象。

2.1 拱頂沉降

通過長時間監控量測數據顯示，在隧道工法進行轉換后的一段時間內，由于沒有采取有效的施工措施，隧道拱頂沉降很大，也很快，下面以一段斷面為例介紹該段的拱頂下沉情況。該斷面襯砌類型為Ⅱ超淺（近）類，圍巖屬弱風化砂巖，隧道埋深12m。

拱頂測點下沉變化曲線成“拋物線”型，整體符合正常規律，但其變化數據都很大：拱頂沉降測點有3個，左側拱頂測點、右側拱頂測點、中部拱頂測點，在測點埋設后第一天的下沉量最大即達22.00mm，隨后隨著時間成曲線上升趨勢波動，其中0-12天下沉曲線呈直線增長且增長幅度很大，12-18天曲線變化幅度變小，18天之后收斂趨于穩定，最大累計沉降值為左側-213mm、中側-223.69mm、右側-208.97mm；平均累計沉降值都超過15mm/d。

2.2 周邊收斂

斷面中臺階周邊收斂變化曲線總體呈“拋物線” 形：在測點埋設后的第1天，收斂值已達3.78mm；隨后則進入波動增長階段；到測點埋設0-12天收斂曲線幅度變化較大收斂值累計達49.83mm。下臺階收斂速率明顯小于中臺階，收斂值變化曲線呈“廠”形：總體收斂值不大，在測點埋設后當天收斂值達到2.82 ；隨后5天呈遞增上升但變化幅度不大，累計值在16.99mm，在第6-15天后收斂曲線變化平穩，隨著時間遞增收斂值基本穩定。

2.3 地表裂縫及沉降

在施工過程中，由于隧道埋深只有16米，且該段洞內紅土含水量達到23.5%。在施工該段時嚴格按照規范施工，隧道地表最終仍出現開裂及下沉量較大現象。在隧道軸線兩側距軸線15米附近出現了3條縱向裂縫，部分斷面拱頂沉降量達到40.79mm，地表開裂。

在隧道中軸線每邊10～15米的范圍內一般有3條平行中軸線的裂縫，其寬度為部分為4cm，最寬的達到10cm。中線處地表，沉降量及裂縫寬度均為該段最大值，沉降量為333.7mm，裂縫寬度為10mm。

2.4 洞內初支開裂

在施工過程中，隧道內初支在仰拱前端前后2～3m處出現環向裂縫。

3 大變形段的施工措施

根據現場施工的實際情況，主要從工藝和工序上對三臺階七步開挖法拱頂下沉量進行控制。

3.1 控制安全距離

安全距離指仰拱或者拱墻二襯與掌子面的距離。先施做第八板拱墻二襯（跳過第六、第七板），使拱墻二襯距掌子面的距離為43.8m，之前是69.4m。接著把仰拱初支及仰拱二襯施工處距掌子面的距離為12.6m，停工前仰拱處距掌子面的距離為35.4m。

本隧道將仰拱初支距掌子面的距離控制在30m以內，拱墻二襯距掌子面的距離控制在60m以內。

3.2 淺埋段地表處理

由于地表的裂縫較大（最大處有43mm），為避免雨天雨水滲入地下，在隧道中線附近用土做成人字坡、鋪設彩條布，以利于雨水排出。

3.3 增加監控量測頻次

在隧道產生較大裂縫后，監控量測組從發現該問題開始，監控量測人員由5人增加至10人，每天洞內量測由一天兩次增加至一天4次（或6次），地表每天量測由一天兩次增加至一天4次。及時準確地監控隧道的變形情況，為后續工作的施工提供依據。

4 效果

在隧道施工不斷摸索中，隧道施工陸續的采取了以上措施后，隧道圍巖變形得到了很好的控制。現以另一斷面為例，介紹該斷面圍巖變形的特點。該斷面襯砌類型為Ⅱ超淺（近）類，圍巖屬弱風化砂巖。

4.1 周邊收斂

該斷面中臺階周邊收斂變化曲線總體呈“拋物線”形（圖4-1）：在測點埋設后收斂值已達1.82mm，隨后則進入遞減增長—趨穩階段，收斂速率慢慢變小（圖4-2），到測點埋設，8天后，收斂值已達12.47mm；已趨于穩定。下臺階收斂值變化曲線呈似 “廠”形：在測點埋設后的前3天收斂值較大，收斂值已達7.53mm，隨后收斂測慢慢減小，在測點埋設5天后，收斂值達8.21mm，已趨于穩定。

4.2拱頂下沉

左側拱頂測點下沉變化曲線呈“拋物線” 形：在測點埋設后下沉既達4.33mm，隨后則進入遞減增長—趨穩階段，且有微量波動，到測點埋設后13天，下沉穩定于78.50mm，中部拱頂測點下沉曲線同樣呈 “拋物線”形：在測點埋設后下沉既達5.22mm，隨后則進入遞減增長—趨穩階段，且有微量波動，到測點埋設第14天后，下沉量基本穩定于78.67mm。右側拱頂測點的下沉曲線呈“拋物線”形：在測點埋設后的前1天，下沉較大，下沉量達16.06mm，隨后則慢慢變小，在測點埋設后第2天和第7天下沉有較小的波動，到測點埋設后第14天后，下沉量基本穩定于82.27mm。

5 結語

該隧道安全順利通過了淺埋段的施工，我們充分掌握了大斷面淺埋隧道施工措施，并從施工藝和工序上對三臺階七步開挖法進行了分析和總結，在控制安全歩距的前提下，隧道施工要著重加強現場質量管控，總結要點如下：

（1）人工輔助修邊，嚴格控制超欠挖；

（2）規范施做大拱腳；

（3）控制型鋼鋼架的制安質量，保證鋼架的整體性，結合圍巖的自穩，形成受力整體；

（4）加強監控量測，實時監控圍巖變形情況，及時反饋成果，調整現場開挖；

（5）控制施工用水，嚴禁在作業現場有滲漏現場的發生；

（6）現場工序銜接要緊湊，保證現場施工不誤工、不窩工。