拉朝隧道出口浅埋段施工技术研究

杨 琼

（中铁置业亳州投资公司，安徽 毫州 236800）

1 工程背景

1.1 工程概况

拉朝隧道位于广西壮族自治区河池境内，全长94m，为曲线隧道，开挖断面宽6.80m，高9.10m，隧道进口里程为DIK238＋630，出口里程为DIK238＋724，中心里程为D1K238＋677，洞底标高为721.65m，隧道为单向坡，南高北低，纵坡1‰，为上覆盖黄土炭质页岩隧道。隧道施工从出口向进口方向施工，即从DIK238＋720处开始掘进。全隧设计为Ⅴ级浅埋复合衬砌， 其中D1K238＋630～D1K238＋640段设置拱墙格栅及拱部超前小导管加强支护，格栅钢架纵向间距为0.8m，超前小导管纵向间距为1.6m， 每环20根， 每根长3.5m。D1K238＋640～D1K238＋714段设置拱墙格栅及拱部φ42超前小导管加强支护，格栅钢架纵向间距为1m。

1.2 工程地质

拉朝隧道为短隧道，位于断层垭口上，穿越地层地质较差，属于贵州高原斜坡地段，地形起伏大，地势北高南低，属弱风化炭质页岩夹硅质岩地段，地质概况为剥蚀丘陵地貌，上覆第四系坡残积层 （Q4dl＋el）粉质黏土，下伏石炭系下统岩关阶（C1y）炭质页岩、页岩夹硅质岩，岩层为单斜构造，节理发育。炭质页岩地层围岩软弱、松散，变形快，侧压力大，自稳时间短，遇水极易软化。该处高差变化较大，等高线密集，在纵向20m范围内，埋深从16m下降到6m。

1.3 水文地质

本隧道所在河池地区属于亚热带季风性气候区，年平均降水量1 770mm，隧道进出口位于山体的垭口，构成三面汇水，对地表水的汇集与地下水的发育极为有利。工点范围内地下水的类型主要有两种：一种为上层滞水；另一种为孔隙水及基岩裂隙水。地下水对混凝土具弱硫酸型酸性侵蚀性。

2 现场施工管理及施工队伍技术情况

施工队伍素质选择的好坏对于隧道施工成败尤为重要。由于拉朝隧道只有94m，长度较短，中标单价较低，许多施工队伍不愿进场，施工难度较大。项目部根据建设指挥部施工计划的安排和施工队伍管理规定，在提高劳务分包单价的基础上，对拟参建施工队伍进行考核，最终确定具有多条隧道施工经验的队伍进行施工。

施工队伍正式进场后，首先着手做准备工作，对现场各种临时设施进行完善。开工以后，项目部要求隧道施工作业队必须配备技术员一名，安排技术工程部长亲自负责。施工中，要求施工队伍按照图纸设计对隧道边仰坡进行加固，砌筑天沟，完善排水系统，且待各项工作完善以后，才能进洞。

3 隧道施工

3.1 隧道施工方法

拉朝隧道Ⅴ级围岩洞身开挖采用短台阶分部开挖法 （环形开挖留核心土法），它将断面分成环形拱部、上部、核心下台阶等三部分，即三台阶法。因为上部核心土支挡着开挖面，而且能利用台阶迅速及时地施作拱部初期支护，利于开挖面的稳定，待支护完成后开挖核心土，以保证安全。洞口开挖时，施作超前小导管和长管棚支护，将围岩棚护成拱。洞口段上台阶采用非钻爆开挖法 （风镐配合挖掘机开挖），洞身段上台阶采用弱光面爆破，减少对围岩的扰动。

3.2 变形塌方情况

2008年3月中旬，河池地区连续半个月降雨，拉朝隧道出口端上台阶已施工开挖至D1K238＋703（21m），中台阶开挖至D1K238＋711 （13m），下台阶开挖至D1K238＋721 （3m）。 2月17日中午发现隧道内出现裂纹，隧道右侧地表出现裂缝，并且裂缝迅速发展，经过一个下午及一夜的发展，2月18日上午出口端D1K238＋714～D1K238＋724 （10m） 段已坍塌，格栅被挤压破坏，隧道右侧因被挤压破坏而约侵占至开挖断面一半，向内D1K238＋706～D1K238＋714（8m）段开裂变形，上台阶仅有3m未变形完好。坍塌碴体堆积在隧道里断面内，从外侧无法看出塌洞情形。地表D1K238＋700～D1K238＋728出现裂缝，主要在中线至右侧约17m斜坡范围，裂缝宽5～20cm，主裂缝基本呈弧形贯通。

3.3 原因分析

隧道塌方险情发生以后，来自建设指挥部、设计院的专家组来现场进行现场核实并进行原因分析，经讨论，原因有以下两点。

3.3.1 地质原因

出口隧道纵向有一小断层与隧道小角度斜交通过，断层附近岩体破碎，土层及风化层较厚。在出口侧已开挖段上部存在一岩性变化接触面，隧道开挖后围岩应力重新分布造成偏压失去平衡，使这两个弱面之间的岩体下落，产生裂缝塌方。

3.3.2 天气原因

受连续降雨的影响，地表黏土层含水量增大，其力学指标降低，部分雨水下渗对炭质页岩起软化作用，在软化与非软化附近形成软弱面，右侧自然坡度较陡，在重力作用下土层及基岩风化层沿软面滑移挤压隧道洞身右侧，造成洞身初期支护变形破坏。

3.4 处理措施

鉴于以上原因，经专家组开会讨论，采取了以下处理措施：

（1）为保证地表水不渗入隧道中，立即夯填地表裂纹，将洞顶天沟与洞口排水沟相接，完善排水系统，以疏排天沟范围内汇水。

（2）在保证安全的情况下及时回填已开挖段洞身，阻止变形扩大，施工中应加强观察，发现异常情况应立即撤出洞外。

（3） D1K238＋706～DIK238＋724段线路前进方向右侧5～8m范围内地表设3排Φ108钢管桩注浆加固，钢管桩嵌入基岩 （W2）至少2m，钢管桩平均长度按12m计。注浆液采用1∶1水泥砂浆，注浆压力为0.5～1.0MPa， 注浆量按每延米0.5m3计， Φ108钢管壁厚5mm，钢管桩间距为1.0m，呈梅花型布置，其注浆参数可根据现场试验调整。

（4）待地表加固措施完毕并达到设计强度后方可进行洞身开挖，坍方段施工严格按照 《隧道施工规范》执行，上台阶开挖后每隔2榀工字钢之间设一临时工字钢横撑。

（5） DIK238＋704～DIK238＋724衬砌采用Ⅴ级复合加强衬砌，洞口段开挖后应及时施作二衬，并修建洞门端墙及挡墙，洞口挡墙应分段开挖，及时施作。

3.5 处理效果

通过塌方段超前管棚及钢管桩的注浆，塌方段围岩破坏区域得到加固，通过加强支护后，可按设计进行常规开挖。开挖过程中密切注视塌方段断面变化情况，加强监控量测，适时通过注浆加固围岩，其效果如下：

（1）拱部开挖：拱部预打φ89大管棚长25m，压注1∶1水泥砂浆，环向人工开挖，中间预留核心土，开挖过程中没有炭质页岩崩解、掉块现象，减少了卡口梁支撑和混凝土填塞空洞现象，消除了安全隐患。

（2）边墙开挖：边墙采取了18型钢拱架加固，施工中分二台阶开挖，未见变形现象。

（3）围岩自稳能力：由于初期支护措施加强，洞口采取了Φ108钢管桩加固，经监控量测，隧道出口段基本上已停止变形，趋于稳定，钢管桩加固已达到预期效果。

4 监控量测的应用及效果

4.1 监测项目

监测项目主要根据隧道工程的环境条件、地质条件、施工方法和支护类型等综合考虑确定。隧道工程进行量测，绝不是单纯地为了获取资料，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，根据设计要求，针对隧道工程的实际情况，经过认真研究，确定的监测项目有地表沉降、隧道拱顶下沉、隧道水平收敛及地质与支护状况观察等。

4.2 监测效果

施工中严格按设计文件要求进行了隧道拱顶下沉、地表沉降、水平净空收敛三项监控量测。量测中，项目部及时将有关量测资料提供给设计院，由设计院作为参考依据，合理修正设计初支参数，确保安全合理施工。同时，项目部根据施工量测的数据进行分析，判断施工设计的初期支护参数能抑制围岩变形，围岩与初期支护变形趋于稳定。经过2个多月的监控量测及数据分析，结果表明，隧道内的水平收敛、拱顶下沉、地表沉降均已稳定，说明围岩已稳定。

5 处理费用及时间损失情况分析

从拉朝隧道出口段出现裂缝到设计院专家组拿出施工方案，签署会议纪要，施工队伍按照纪要要求对出口塌方段进行处理，前后耗时2个多月，处理费用约100万元，时间上项目部工期延后2个月，施工工序上调整从隧道出口进洞的方法，改从隧道进口进洞、出口同时处理加固，确保施工工期。

6 经验教训

拉朝隧道出口段在设计、施工的努力下，变形塌方地段按照专家方案所制定的整治措施稳步进行施工，回顾和反思隧道施工所遇塌方问题，有以下经验教训值得吸取：

（1）隧道与其他工程的不同之处是对施工安全的要求更高，任何疏漏在隧道施工中都有可能造成不可挽回的损失，隧道工程施工地质条件变数较大，要求施工中技术人员仔细分析设计图纸，理解设计意图，按施工规范施工。

（2）对隧道地质条件的变化及复杂性要有高度认识，工程措施要到位或针对性强，严格按设计文件施工。针对工程中出现的围岩与设计不符情况应立即向设计部门反馈，及时有针对性地采取变更措施，避免事故发生或减少损失。

（3）工程地质条件变化是造成隧道塌方的主要原因，必须加强对围岩的观察，掌握地质构造变化的规律，做好地质超前预报。

（4）水是隧道施工最难控制的因素之一，在隧道施工中，对水的作用不可忽视，应隔断地表水，控制地下水。只要发现岩体中有潜水，就要抓紧对地表水进行疏导，尽可能将渗入地层的水源切断，或加强支护，以确保隧道顺利通过软弱地层。

7 结语

对于短小隧道施工，要在思想上给予足够的重视，任何的麻痹和施工安全上的忽视都是隧道施工中最大的安全隐患，尤其是隧道进出口浅埋段。进洞时必须严格按照设计要求施工，支护措施上宁强勿弱，快速施工，封闭成环，二衬及时跟进，量测监控到位。只有确保隧道进洞出入口结构安全，才能安全稳妥地进行后续工程的施工。