淺談淺埋且巖溶發育隧道施工技術

張云彥

(中鐵八局第三工程有限公司)

0 前 言

隨著社會經濟的快速發展，我國隧道工程建設規模在不斷的擴大，隧道工程施工技術也在不斷的提高。貴州地區屬典型的喀斯特地貌，地質復雜溶槽溶蝕特別發育，圍巖節理發育破碎。這給施工帶來難度和風險，提出了挑戰。在貴陽雙線鐵路樞紐工程中提出采用大半斷面開挖的施工方法為淺埋巖溶發育隧道施工提出新思路，為淺埋且巖溶發育隧道的施工提供了寶貴的經驗。

1 工程概況

貴陽鐵路樞紐是鐵道部重點工程，而上郭關雙線隧道又是貴陽樞紐的重點工程。該隧道為直線隧道，全長1 158 m，進、出口里程樁分別為DK584 +814 及DK585 +972，進口部位DK584 +814～DK584 +947 段(133 m)為明洞。本隧位于貴陽市近郊龍里縣谷腳鎮谷遠鄉上郭關村境內。

1.1 地形地質情況

上郭關隧道屬于峰叢洼地地貌，坡上多處基巖裸露，上覆植被以灌木為主，部分為小松林，洼地內多墾為旱地。高程1 175～1 250 m，相對高差40～60 m。橫坡平緩，自然橫坡在10～30。，坡頂園緩。多分布封閉溶蝕洼地，洼地底部標高多低于相應隧道路肩標高，隧道洞身零星分布小規模豎井，隧道進口端線路與等高線小角度斜交，出口端與等高線大致正交。進口右側為上郭關村，有既有村道相通，出口無道路通達，需新建便道。該隧道上覆蓋第四系全新統坡殘積(Q4dl+el)黏土，下伏基巖為三疊系下統谷腳組(T1g1 +2)泥質灰巖，灰巖。

1.2 不良地質及特殊巖土

該隧道全部位于可溶巖內，不良地質主要為強烈發育之巖溶:洞身地表多分布巖溶塌陷坑，洼地，落水洞，測段巖溶發育強烈。DK584 +910 左側45 m 為一大型封閉溶蝕洼地，長軸直徑為130 m，短軸長70 m。坑深約10 m，底部標高1 191 m，坑內充填黏土，坑壁偶見基巖出露，底部落水洞被塊石充填。DK585 +080 右側約20 m 為溶塌陷坑，陷坑長約20 m，寬約10 m，深約3 m，長軸向N40。W，坑內充填黏土。DK585 +375 右側約15 m 為落水洞，洞口直徑2 m 左右，長滿灌木，四周形成長約15 m，寬約10 m、長軸向E—W 向的小洼地，向外50～300 m 范圍內分布有多個封閉溶蝕洼地，洼地內有落水洞，多被灌木覆蓋，洼地底部標高1 171～1 196 m不等。DK585 +375 左側約350 m 為一掌型封閉溶蝕洼地，長軸與線路近垂直，長約500 m，與水洞向斜軸部近一致，洼地底部標高1 175 m，多墾為旱地，雨季匯水，順落水洞排泄，周壁有基巖出露。線路右側近400 m 處水洞村內有一巖溶下降泉，出露標高1 140 m，據平均水力坡度推算與線路相交處巖溶管道最低標高為1160 m，低于該處線路標高1 181 m 近21 m。DK585 +474 處有一塌陷坑正位于線路中心，塌陷坑寬約10 m，坑壁長滿灌木，見不到底，投石估計深度約10 m。DK585 +528 右側約5 m 為塌陷坑，洞口近圓形，直徑約15 m，坑壁長滿灌木，見不到底，投石估計深度約10 m。DK585 +740 右側約55 m、DK585 +875 右側約45 m 均為溶塌陷坑，灌木密布，另出口端右側尚有多個封閉溶蝕洼地，底部標高由1 167～1 189 m 不等。

1.3 主要技術指標該

該隧暗洞最大全斷面積為127 m2。工程在施工中采用大半斷面開挖方法，上半斷面最大開挖面積約為70 m2，最小埋深為15 m。圍巖基本類型為Ⅴ級，淺埋暗挖段施工方法采用“新奧法”施工的原理，在開挖前施作大管棚預支護，大管棚主要采用的是壁厚為5 mm 的無縫鋼管。超前小導管采用Φ42 mm 超前小導管，外插角為0.5°～1°，管內注壓水泥漿輔助施工。

1.4 主要工程特點

(1)圍巖條件差:全隧屬典型的喀斯特地貌，地質復雜且溶槽溶蝕及水平豎向節理特別發育，由于豎向節理將破碎的薄層水平巖體分割，更加惡化了巖體的穩定性。

(2)淺埋:該隧道進口100m 及隧道中段50m 范圍內埋深極淺，巖層加覆土厚度僅為15～25 m。

(3)結構自穩定性差:由于豎向節理將破碎的薄層水平巖體分割，初期支護的頂部是受彎構件，需要對拉應力進行承受，氣受力條件比較惡劣，結構的穩定性也比較差。

(4)動荷載作用大:隧道爆破作業時將對破碎的巖體產生較大的擾動，而這種擾動對結構來說也是一種荷載，而且是動荷載，隧道埋深又淺，初期支護受力大;

(5)山體溶槽溶蝕發育:全隧位于可溶巖內，不良地質主要為強烈發育的巖溶.貴陽地區雨水豐富，在雨季，大量地表水將由溶槽浸入巖體極易造成大的坍方事故發生，需要嚴格控制地表沉降。加強地表防水保護。

2 大半斷面法開挖淺埋且溶槽溶蝕發育隧道施工技術

2.1 大半斷面法開挖的優點及試用條件

大半斷面法開挖技術也被稱為臺階法，該方法是進行隧道開挖的一種常用方法。主要在不良地質圍巖節理發育破碎的巖層中運用，特別是更適用于大斷面地下結構開挖。此外，該方法也經常運用在含水量比較大的松散巖層中。該方法的主要原理是在進行開挖隧洞之前，首先對隧道進行預支護，利用小導管向巖體中進行注漿，從對巖層進行改善，并且對周圍上體的作用進行加固，在開挖之后還需要對網構鋼架進行及時的安裝。

2.2 臺階法開挖隧道施工技術

(1)施工方法必選

在隧道開挖施工中，首要問題就是對圍巖松弛以及因為圍巖松弛產生的地表下沉或者沉陷現象進行有效的控制，因而必須做好隧道開挖方法的選擇。運用于淺埋且巖溶發育的隧道的開挖的基本方法主要有臺階法、全斷面法、CD 法以及CRD 法。在實際工程施工中需要以工程所在的地質條件以及隧道的具體形式為依據，對隧道開挖施工方法進行合理的選擇。如圖1 為三臺階臨時仰拱(橫撐)法工序橫斷面示意圖。

圖1 三臺階臨時仰拱(橫撐)法工序橫斷面示意圖

貴陽鐵路樞紐上郭關雙線隧道的斷面形式為曲墻結構，跨度大、超淺埋，地質破碎且溶蝕溶槽發育，水平節理及豎向節理發育，開挖中要嚴格控制地面沉降和圍巖變形，稍有不謹會造成大體積坍塌事故。在上郭關隧道設計中，為了對巖層的變形現象進行有效的控制，應該采用CD 法，該方法具有非常好的控制地表下沉的效果。該方法也被稱為中壁法，雖然該法具有良好的控制地表下沉的效果，但是這種方法具有復繁雜的施工工序，很容易導致結構受力復雜多變，施工技術難度比較大。考慮到技術難度問題以及工序的問題，最終提出了運用臺階法進行該隧道的開挖施工。

(2)主要施工技術措施

在淺埋且巖溶發育隧道施工中，所有施工技術必須要以防止地表沉降過大為原則進行措施的制定，本工程主要施工技術措施如下:

①采用大管棚加超前小導管注漿預支護，巖層壓力由長管棚承擔;如圖2 為管棚工作室施工示意圖。

②對開挖循環進尺進行非常嚴格的控制，應該按照2.5 m每循環掘進。

③在進行掌子面的開挖中應該對核心巖體進行合理的留取，并且對掌子面進行及時的封閉成環。

圖2 管棚工作室施工示意圖

④二次襯砌施工應該及時的進行，對地表沉降變形過大進行有效的預防。

⑤為防止隧道頂部噴射混凝土和二次模筑襯砌之間可能存在的空間，在巖層與初期支護和二襯之間預留注漿管，并適時注漿充填，遇有溶洞的地方在巖層與初期支護之間預留吹砂孔，初噴完后及時吹入適量砂，以保證結構層間密實，控制地表下沉。注漿時合理控制注漿壓力大小，盡量做到充填而不是劈裂，注漿壓力過大，會對二襯結構造成不利影響，實踐證明，注漿壓力控制在1.1～1.4 倍的禁止土壓力值;

⑥在隧道開挖施工中，必須進行嚴格的監控和測量，并且根據監測的結果及時的修正設計方案和施工方法，利用信息化技術進行隧道開挖施工。

3 結 語

在如此復雜地質條件和困難環境條件下，修建淺埋暗挖雙線大斷面隧道在貴陽市還比較少，基本沒有可以借鑒的工程經驗，還沒有成熟的理論分析和施工技術。所以，針對淺埋且巖溶隧道施工的研究變得非常的重要。為此，針對貴陽鐵路樞紐上郭關隧道工程開展了檢算、檢測研究，以確保施工安全，對地表沉降變形進行有效的控制，對巖體的穩定進行保障，從而形成比較成熟的施工功工法，為今后類似工程提供參考經驗。

［1］王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2005，(8):3－4.

［2］朱漢華.尚秋全.楊建輝.公路隧道設計與施工新法及其應用［M］.北京:人民交通出版社，2010，(5):11－12.

［3］王夢恕.隧道與地下工程技術及其發展［M］.北京:北京交通大學出版社，2004，(4):36－37.