铁路工程软岩隧道施工分析

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摘要：

施工双线隧道穿越软岩变形大的黄土地质围岩时，对开挖和初支结构变形的控制，关系到隧道掘进安全。文章以马家坡双线铁路隧道Ⅴ级围岩段施工为例，介绍了采用导向墙大管棚进洞施工、浅埋黄土隧道选择三台阶七步法开挖时把超前地质预报和围岩监控量测工作纳入工序管理。工程实践证明，此施工方法有效，很好的约束了围岩早期变形，保障了施工安全。

关键词：

软岩隧道；超前地质预报；三台阶七步法；工序管理

1概述

双线隧道穿越软弱地质围岩进行施工时，开挖、初支结构变形，二次衬砌施作时机把握，一直以来是施工技术人员关注的重点。因为软岩隧道受较强地应力影响，多为沉降和收敛变形大的隧道，成功控制软岩隧道大变形的一个关键因素就是在于根据现场实际情况，合理运用各种支护方案，将复合变形力学机制转化为单一力学机制[1]。所以有必要通过超前地质预报和监控量测手段结合开挖后揭示地质实际围岩情况控制关键工序，因地制宜制定施工技术方案和预防预控措施，规范软岩隧道施工，避免掌子面滑塌、掌子面后方围岩失稳、初支变形或挤压破坏。本文从施工方案选择、重点工序管控、超前地质预报方法的选择等方面进行总结，以此保障软岩隧道施工有序推进，消除施工中遇到的难题。

2工程概况

兰渝铁路马家坡隧道位于甘肃省渭源县境内，属黄土高原地区，起讫里程DK113+222～DK119+052，全长5830m。设计为双线隧道，最大埋深256米，地表高程为2130～2420m，总体地形北低南高，沟壑交织，局部滑坡体较发育。穿越地层主要为：第四系全新统滑坡堆积砂质黄土和块石土，第四系上更新统冲积砂质黄土和风积砂质黄土，第四系中更新统冲积砂质黄土和细圆砾土，下伏第三系泥岩夹砂岩。地质构造不发育，没有明显的地质构造形迹，隧道洞身通过地段岩体较为破碎，裂隙发育。

3主要工序施工方案及控制要点

3.1超前地质预报

重视超前地质预报工作，指导隧道开挖方案的制定。针对马家坡隧道断层破碎带、软弱夹层等软岩不均匀地质的超前探测工作，要重点掌握(1)地层岩性：软弱夹层、破碎地层、特殊岩土；(2)地质构造：断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况；(3)不良地质：如暗河、人为坑洞及高地应力等发育情况。隧道开挖前可采用TSP203超前地质预报、红外探水、地质雷达、水平钻探法等方式对掌子面前方围岩状况进行综合预报，每循环进行超长炮眼钻孔预测，开挖后进行掌子面地质素描，记录掌子面情况。

3.2施做导向墙管棚进洞

马家坡隧道洞口处于浅埋偏压地段、地质条件差，导向墙设置由设计拱部120°范围变更为拱部180°范围，并扩大导向墙拱脚，减少洞口段沉降。导向墙顶及两拱脚处埋设测点，观测导向墙位移。长管棚结合导向墙施工，导向墙采用C20混凝土，截面尺寸为1m×1m。为保证长管棚施工精度，导向墙内设2榀I20b工字钢架，钢架外缘设φ140cm壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。

3.3洞身开挖方案比选原则

开挖依据设计图纸对围岩的分级，区分围岩级别编制不同里程段具体采用的台阶工法。如Ⅴ级围岩可采用三台阶七步法按新奥法原理制定技术方案组织开挖施工，宜缩短台阶距离或分部开挖留核心土。施工中具体采用哪种台阶法，要根据三个条件决定：（1）对初期支护形成闭合断面的时间要求，地质越差围岩级别越高，要求闭合时间越短；（2）上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等机械设备所需施工场地大小的要求；（3）隧道设计断面的大小；软岩隧道大断面施工时应采取分部开挖方式，控制台阶高度、台阶长度和台阶临空面的竖向坡度(竖向面与水平面夹角)。

3.4隧道支护

隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护参数设计和施工工法确定的主要依据。目前国内外提出的工程围岩分级方法多达百种[2]，尽管各自都有其标准，但对于高地应力软岩大变形地质的围岩级别还没有统一的标准。在地质勘察设计阶段，按照不同地貌及地质单元在隧道上方布设勘探孔，但是点状勘探无法全面揭示高地应力等地质环境条件下围岩的变化。所以有必要根据地勘报告结论，诸如：浅埋段、节理密集带范围，以及靠近岩性分界带、构造带范围等地质描述情况和设计判定的围岩级别，结合超前地质预报及现场开挖揭示地质的实际情况，对围岩分级进行修正，优化支护参数。改变以往的被动接受围岩变化，为提前准备围岩变化。事先做好加强支护参数的技术准备工作，提出优化隧道结构物设计参数的建议。

3.5仰拱施工

仰拱开挖要认真贯彻新奥法施工“紧封闭”的原则，仰拱与掌子面之间距离不宜超过35m。开挖及支护原则上逐榀进行，及时封闭成环，以此减少水平收敛及沉降幅度。仰拱与仰拱填充砼要分开浇筑。仰拱在开挖与浇筑前，为防止边墙向内位移，根据围岩的软硬程度、岩层产状必要时加设临时型钢横梁顶紧。

3.6二次衬砌

二次衬砌的施做时机是二衬施工控制重点，铁路[3]和公路[4]隧道施工规范规定，当初期支护变形速率小于0.1～0.2mm/d，或者初期支护变形达到预测总变形的80%～90%时，施做二次衬砌。浅埋地段、膨胀性和挤压性围岩等情况下，要根据监控量测结果确定相应指标。具体是要以隧道极限位移为基础，以现场量测日变形量与量测总变形量为依托，把握二衬施做时机。

3.7监控量测

隧道量测断面间距根据围岩级别、断面尺寸等因素确定，Ⅴ级围岩量测断面间距为5～10m。监控量测原始记录的净空变化要有测线编号、量测时间、开挖方法、同一时间观测同一断面三次的观测值、平均值、相对初次变化值、相对上次变化值、时间间隔、变化速率等原始数据。拱顶沉降原始记录要有量测日期、本次沉降值、累计沉降值、时间间隔(d)、开挖累计时间(d)、下沉速率(mm/d)、支护参数、开挖方法等原始数据。经分析后，将净空变化和拱顶沉降记录值以图表形式呈现，方便直观准确反映围岩变化情况，以此保障施工安全。

4结束语

本文总结出的严格工序管理、强化不良地质地段管控，用超前地质预报结合围岩量测数据指导设计变更，尽量缩短掌子面开挖与仰拱、二衬之间距离的施工管理模式很好的约束了围岩早期变形，有效防止了软岩隧道施工过程中的坍塌。马家坡隧道是典型的不良地质段占比大，施工难度高。在施工管理中很好的贯彻落实了，把超前地质预报和围岩监控量测纳入工序管理的指导思想，有效修正了施工中的围岩级别、支护参数、开挖预留变形量等，为保证工期进度、施工安全、控制建造成本等方面起到了良好的作用。

参考文献

[1]软岩隧道大变形力学行为及控制技术的研究[D].重庆:重庆大学,2008.

[2]郝哲.对我国现行岩体分级系统的综合和建议[J].金属矿山,2005(9).

[3]中华人民共和国行业标准.TB10204-2002铁路隧道施工规范[S].北京:中国铁道出版社.2002.

[4]中华人民共和国行业标准编写组.JTJ042-94公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,1994.

[5]武建广,朱洪莹.软岩大变形隧道围岩分级及支护参数适宜性探讨[J].现代隧道技术,2012.

[6]中铁第一勘察设计院集团有限公司[J].兰渝施隧参I-100[R],2009.

作者:董瑞鹏 单位:甘肃省交通工程建设监理有限公司