浅埋软弱围岩大跨隧道施工技术的探讨

2015-04-16刘满

建材与装饰 2015年46期

关键词：下台阶导坑台阶

刘满

（中铁五局一公司湖南长沙 410000）

浅埋软弱围岩大跨隧道施工技术的探讨

刘满

（中铁五局一公司湖南长沙 410000）

由于软弱地层常出现风化带、地形偏压、软弱堆积物、软弱围岩等特殊的地质问题，浅埋软弱围岩大跨隧道施工过程中面临着的围岩变形的困难。除此之外，浅埋软弱围岩隧道与普通隧道不同，必须选择合适的施工方法避免拱顶下沉或者地表开裂的问题。本文结合浅埋软弱围岩大跨隧道的施工难点，提出了具体的施工方法。

软弱围岩；大跨隧道；施工

围岩地质结构、施工环境和施工方法都关系着隧道工程的施工质量和施工进度，传统的隧道施工中一般应用钻爆法，在一定程度上影响了围岩的稳定性，导致围岩出现松弛或者开裂现象，产生松弛后的围岩需要采用强大的支护结构才可以维持安全的状态。因此，浅埋软弱围岩大跨隧道施工过程中，需要结合实际地质环境采用高效且合理的施工方法。

1 浅埋软弱围岩大跨隧道的施工难点

由于围岩结构的稳定性不足，使得浅埋软弱围岩容易出现变形问题，这是在大跨隧洞中面临的重要技术挑战，软弱围岩的变形问题常见于浅埋围岩和低强度围岩中，其中低强度围岩包括煤系地层和变质岩[1]。一旦出现围岩变形问题，将严重影响大跨径隧道的施工，施工人员无法在第一时间做出正确的判断，可能引发安全事故。另外，地下水会对隧洞造成影响，地下水在运动过程中将对岩体颗粒形成动力作用，对岩体造成一定程度的损坏，降低了岩体强度，提高了岩体孔隙率。在施工过程中，围岩的自稳能力将变差，同时页岩和粉岩在水体的作用下发生软化，降低了围岩工程力学性质。

在浅埋软弱围岩大跨隧道施工中，设计提供的变形参数量，最大变形沉降值为30cm，而且不同洞段变形值不同。同时，在受到地下水影响的情况下，所揭露出的地质条件与勘测阶段所提供的地质资料差异性较大，给施工带来了较大的难度。主要表现在：预留变形值的设置；采用台阶的长度和核心土挖除时间控制；钢支撑尺寸选择和辅助超前支护系统的配合[2]。目前在国内应用的大跨隧道施工方法主要有上半断面台阶法、中壁法和双侧导坑开挖法。本文主要介绍上半断面台阶法、双侧导坑开挖法的应用。

2 上半断面台阶法

台阶法一般以台阶的长度分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方法。这三种方法中台阶的长度是根据初次支护形成闭合断面的时间来决定，围岩越差其对闭合时间的要求也越短。通常情况下一般的隧道断面适当选择台阶长度是可以适应从土质到岩质较为广泛的地质。

长台阶法是将断面分成上半断面以及下半断面两部分分别进行开挖，通常情况下一般上台阶超前50m以上或者大于5倍洞径，而上端面和下端面相距100～150m左右可以进行循环开挖，也可以采取平行开挖的方法。短台阶法的台阶长度通常在20～50m左右，通常情况下台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞径，两个断面比较近，会对作业造成干扰。由于短台阶会缩短支护结构闭合时间并且改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，因此其使用的范围比较广泛。Ⅱ～Ⅵ类围岩都可以采用，并且尤其适合Ⅱ～Ⅲ类围岩[3]。

超短台阶法的台阶长度一般都小于坑道跨度，约在3～5左右，由于超短台阶法初次支护全断而且闭合时间更短，更有利于控制围岩变形和控制沉降，所以更加有利于膨胀围岩以及土质围岩等要求及早闭合断面的场合。但这种方法存在一定的缺陷，即上下断面施工干扰大，生产率低，施工速度慢。采用超台阶施工时需要注意以下问题：在软弱围岩施工时，需要特别注意开挖工作面的稳定性，必要时需要采取辅助型的施工措施。上半断面台阶由于施工空间大且速度相对较快，比较适应大型机械的开挖，在大部分围岩条件下都可以采用。

在台阶法应用的过程中，需要针对软岩的特点预留变形量，对软岩洞段周边进行位移监测，在隧洞开挖过程中，主要监测隧洞内壁两点连线方向的相对位移或监测点的绝对位移量。隧洞周边位移是围岩应力状态变化的最直观反映，判断出初期支护设计与施工方法选取的合理性；采用统计分析和现场量测相结合的方法对软弱软岩等复杂地质条件下预留变形量的选取进行研究。在对围岩进行合理支护后，选择合适的短台阶法，循环进尺为0.6m，分上、下台阶预留“核心土”的方法进行开挖，上台阶与下台阶的距离在5m左右，下台阶与仰拱的距离在15m以下，下台阶掌子面与二次衬砌的施工距离在50m以下。

3 双侧导坑开挖法

侧导坑法通常会被分为单侧导坑法和双侧壁到坑法。一般多应用于大段周围岩石承受力不好的隧道上，然而正因为这种原因它的施工工艺变得异常复杂且繁琐，而且施工进度与效率并不是很高。通常情况下，单侧壁导坑法主要是把断面分成了三个部分：侧壁导坑1、上台阶2、上台阶3。在施工过程中需要遵循一定的顺序：①需要在做好支护工作的基础上，进行侧壁导坑的施工工作，并且尽可能用最快的速度闭合导坑中的初次支护；②需要在做好拱部支护的基础，进行上台阶2的施工工作，并且需要使两侧分别支撑在导航初次支护和上一个台阶上；③需要在保证另一侧边墙的基础上，进行下台阶3的施工工作，尽可能快速完成底部初次支护的建设工作进而闭合全断面[4]。

对初次支护导航的临空部分及进行拆除处理，并完成二次衬砌的工作。这一部分的施工流程由于断面被分成了三个部分且

开挖宽度在每一个细节流程中都不大，所以在一定程度上大大减小了侧导初次支护的承受力。因此，这种侧导坑法主要应用在难以控制地表沉降且拥有较大跨度、比较松软的围岩上。

双侧导坑法通常被人称为眼睛法，它一般被应用于地表沉降较为严格并且拥有较大隧道跨度的围岩上，这种导坑法主要把断面分为大小均为一致的四个部分，即左右侧壁导坑1、上部核心土2以及下台阶3。它的施工需要遵循的顺序有：①需要在及时有效闭合初次支护的基础上，对一侧导坑进行施工作业，在一定距离之外进行一侧导坑的开挖立功，同时需要建设初次支护；②在初次支护建设的基础上，进行上部核心土的施工作业，并且需要保证其拱脚在两侧壁导坑的初次支护上支撑；③则需要在初次支护建设的基础上进行一次全面的下台阶施工作业，并且闭合初次支护的全断面；拆除导坑临空部分的初次支护处理进而完成二次衬砌的工作。