淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工技術的探討

劉滿

（中鐵五局一公司 湖南長沙 410000）

淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工技術的探討

劉滿

（中鐵五局一公司 湖南長沙 410000）

由于軟弱地層常出現風化帶、地形偏壓、軟弱堆積物、軟弱圍巖等特殊的地質問題，淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過程中面臨著的圍巖變形的困難。除此之外，淺埋軟弱圍巖隧道與普通隧道不同，必須選擇合適的施工方法避免拱頂下沉或者地表開裂的問題。本文結合淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工難點，提出了具體的施工方法。

軟弱圍巖；大跨隧道；施工

圍巖地質結構、施工環境和施工方法都關系著隧道工程的施工質量和施工進度，傳統的隧道施工中一般應用鉆爆法，在一定程度上影響了圍巖的穩定性，導致圍巖出現松弛或者開裂現象，產生松弛后的圍巖需要采用強大的支護結構才可以維持安全的狀態。因此，淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過程中，需要結合實際地質環境采用高效且合理的施工方法。

1 淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工難點

由于圍巖結構的穩定性不足，使得淺埋軟弱圍巖容易出現變形問題，這是在大跨隧洞中面臨的重要技術挑戰，軟弱圍巖的變形問題常見于淺埋圍巖和低強度圍巖中，其中低強度圍巖包括煤系地層和變質巖[1]。一旦出現圍巖變形問題，將嚴重影響大跨徑隧道的施工，施工人員無法在第一時間做出正確的判斷，可能引發安全事故。另外，地下水會對隧洞造成影響，地下水在運動過程中將對巖體顆粒形成動力作用，對巖體造成一定程度的損壞，降低了巖體強度，提高了巖體孔隙率。在施工過程中，圍巖的自穩能力將變差，同時頁巖和粉巖在水體的作用下發生軟化，降低了圍巖工程力學性質。

在淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工中，設計提供的變形參數量，最大變形沉降值為30cm，而且不同洞段變形值不同。同時，在受到地下水影響的情況下，所揭露出的地質條件與勘測階段所提供的地質資料差異性較大，給施工帶來了較大的難度。主要表現在：預留變形值的設置；采用臺階的長度和核心土挖除時間控制；鋼支撐尺寸選擇和輔助超前支護系統的配合[2]。目前在國內應用的大跨隧道施工方法主要有上半斷面臺階法、中壁法和雙側導坑開挖法。本文主要介紹上半斷面臺階法、雙側導坑開挖法的應用。

2 上半斷面臺階法

臺階法一般以臺階的長度分為長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種方法。這三種方法中臺階的長度是根據初次支護形成閉合斷面的時間來決定，圍巖越差其對閉合時間的要求也越短。通常情況下一般的隧道斷面適當選擇臺階長度是可以適應從土質到巖質較為廣泛的地質。

長臺階法是將斷面分成上半斷面以及下半斷面兩部分分別進行開挖，通常情況下一般上臺階超前50m以上或者大于5倍洞徑，而上端面和下端面相距100～150m左右可以進行循環開挖，也可以采取平行開挖的方法。短臺階法的臺階長度通常在20～50m左右，通常情況下臺階長度小于5倍但大于1～1.5倍洞徑，兩個斷面比較近，會對作業造成干擾。由于短臺階會縮短支護結構閉合時間并且改善初次支護的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，因此其使用的范圍比較廣泛。Ⅱ～Ⅵ類圍巖都可以采用，并且尤其適合Ⅱ～Ⅲ類圍巖[3]。

超短臺階法的臺階長度一般都小于坑道跨度，約在3～5左右，由于超短臺階法初次支護全斷而且閉合時間更短，更有利于控制圍巖變形和控制沉降，所以更加有利于膨脹圍巖以及土質圍巖等要求及早閉合斷面的場合。但這種方法存在一定的缺陷，即上下斷面施工干擾大，生產率低，施工速度慢。采用超臺階施工時需要注意以下問題：在軟弱圍巖施工時，需要特別注意開挖工作面的穩定性，必要時需要采取輔助型的施工措施。上半斷面臺階由于施工空間大且速度相對較快，比較適應大型機械的開挖，在大部分圍巖條件下都可以采用。

在臺階法應用的過程中，需要針對軟巖的特點預留變形量，對軟巖洞段周邊進行位移監測，在隧洞開挖過程中，主要監測隧洞內壁兩點連線方向的相對位移或監測點的絕對位移量。隧洞周邊位移是圍巖應力狀態變化的最直觀反映，判斷出初期支護設計與施工方法選取的合理性；采用統計分析和現場量測相結合的方法對軟弱軟巖等復雜地質條件下預留變形量的選取進行研究。在對圍巖進行合理支護后，選擇合適的短臺階法，循環進尺為0.6m，分上、下臺階預留“核心土”的方法進行開挖，上臺階與下臺階的距離在5m左右，下臺階與仰拱的距離在15m以下，下臺階掌子面與二次襯砌的施工距離在50m以下。

3 雙側導坑開挖法

側導坑法通常會被分為單側導坑法和雙側壁到坑法。一般多應用于大段周圍巖石承受力不好的隧道上，然而正因為這種原因它的施工工藝變得異常復雜且繁瑣，而且施工進度與效率并不是很高。通常情況下，單側壁導坑法主要是把斷面分成了三個部分：側壁導坑1、上臺階2、上臺階3。在施工過程中需要遵循一定的順序：①需要在做好支護工作的基礎上，進行側壁導坑的施工工作，并且盡可能用最快的速度閉合導坑中的初次支護；②需要在做好拱部支護的基礎，進行上臺階2的施工工作，并且需要使兩側分別支撐在導航初次支護和上一個臺階上；③需要在保證另一側邊墻的基礎上，進行下臺階3的施工工作，盡可能快速完成底部初次支護的建設工作進而閉合全斷面[4]。

對初次支護導航的臨空部分及進行拆除處理，并完成二次襯砌的工作。這一部分的施工流程由于斷面被分成了三個部分且

開挖寬度在每一個細節流程中都不大，所以在一定程度上大大減小了側導初次支護的承受力。因此，這種側導坑法主要應用在難以控制地表沉降且擁有較大跨度、比較松軟的圍巖上。

雙側導坑法通常被人稱為眼睛法，它一般被應用于地表沉降較為嚴格并且擁有較大隧道跨度的圍巖上，這種導坑法主要把斷面分為大小均為一致的四個部分，即左右側壁導坑1、上部核心土2以及下臺階3。它的施工需要遵循的順序有：①需要在及時有效閉合初次支護的基礎上，對一側導坑進行施工作業，在一定距離之外進行一側導坑的開挖立功，同時需要建設初次支護；②在初次支護建設的基礎上，進行上部核心土的施工作業，并且需要保證其拱腳在兩側壁導坑的初次支護上支撐；③則需要在初次支護建設的基礎上進行一次全面的下臺階施工作業，并且閉合初次支護的全斷面；拆除導坑臨空部分的初次支護處理進而完成二次襯砌的工作。

4 結束語

由于地質環境的復雜性，在實際隧道工程中常常遇到淺埋軟弱大跨圍巖施工問題，只有結合實際地質特點，分析施工過程的難點，采用合理的施工方法，才能杜絕施工質量問題，推進工程進度。雖然淺埋軟弱圍巖大跨隧洞也有很多成功案例，但不同的工程有不同的施工特點，本文論述的施工方案希望能為今后類似隧道工程施工提供參考。

[1]傅鑫彬.淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術研究[D].西南交通大學，2006，06.

[2]操太林.淺埋大跨軟弱圍巖連拱隧道——黃梅山隧道施工技術探討[D].合肥工業大學，2003，05.

[3]黃興華.軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D].湖南大學，2009，02.

[4]傅鑫彬，張俊儒.淺埋、軟弱圍巖中大跨隧道施工方法的研究現狀及評述[A].中國交通土建工程學術論文集[C（]2006）.2006，05.

U455

A

1673-0038（2015）46-0193-02

2015-10-27

劉滿（1984-），男，四川南充人，工程師，本科，從事鐵路隧道、橋梁施工工作。