全风化富水花岗岩隧道暗挖进洞施工技术

赵 广 平

(中铁隧道集团四处有限公司，广西 南宁 530003)

全风化富水花岗岩隧道暗挖进洞施工技术

赵 广 平

(中铁隧道集团四处有限公司，广西 南宁 530003)

以向莆铁路夏茂隧道暗挖进洞施工为例，对施工中所采用的大管棚超前支护、洞内围岩水预处理、超前地质预报、双侧壁导坑法开挖、监控量测等施工技术进行了分析，以期为类似工程的施工提供参考借鉴。

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0 引言

隧道洞口段的施工是隧道施工质量、安全及工期控制的重点，因隧道洞口的地质水文条件、地形地貌不同，采用的施工工艺差别也较大。向莆铁路夏茂隧道出口段为浅埋偏压的富水花岗岩风化土(包括风化残积层、全风化层)，这类土含砂率高，具有遇水膨胀、软化、崩解，以至于液化流淌的特性(围岩特性见图1)。在这种地质条件隧道暗挖进洞时很容易发生坍塌、初支变形等安全质量事故，在向莆铁路夏茂隧道出口段的施工中通过优化设计方案、采用多项综合技术措施，安全快速的通过了该地质段施工，为该类地质条件隧道暗挖进洞施工提供了参考和借鉴。

1 工程概况

新建向莆铁路夏茂隧道地处福建省沙县境内，隧道设计范围：DK322+345～DK328+685，全长6 340 m，为单洞双线隧道，隧道轨面以上净空面积为92.0 m2，是全线的重点控制性工程之一。

隧道出口DK328+570～DK328+675段共105 m，为富水的全风化～强风化的(SL)片麻状似斑状中粒黑云母二长花岗岩，浅灰色，中粒结构，块状构造。地表为土状、碎块状，隧道埋深10 m～30 m，洞口段偏压。洞口40 m设计采用φ108 mm超前大管棚结合L=4.5 m，3 m/环φ42 mm超前小导管进洞,进洞40 m后采用L=4.5 m，3 m/环φ42 mm超前小导管注浆加固围岩，开挖采用双侧壁导坑法施工，初期支护拱架间距中至中60 cm，正洞全环用Ⅰ20a钢架，侧壁导坑临时支撑用Ⅰ18钢架。

2 施工方案及步骤

针对该围岩的特点，施工中重点需要控制沉降、掌子面坍塌，初期支护变形，洞内围岩渗漏水及施工用水管理，为确保施工安全，施工中采用了以下施工工艺和技术措施：1)大管棚超前支护；2)围岩水预处理；3)超前地质预报；4)优化双侧壁导坑施工工艺；5)监控量测。

3 施工过程及施工控制要点

3.1 大管棚施工

夏茂隧道出口端DK328+635～DK328+675段采用φ108大管棚超前支护，管棚长度40 m,施工中重点控制套拱刚度和管棚钻孔方位、钢管的注浆质量。

施工顺序：施作套拱→搭设钻孔平台架、安装钻机→钻孔→安装管棚钢管→注浆。

3.2 围岩水预处理

隧道出口段线路左侧为一山谷低洼平缓的沼泽地，常年有山谷溪水流淌，地下水位在隧道拱顶上部约2 m，出口段岩层含水量大。根据现场实际情况施工中采用了隧道内钢管超前引排水、隧道内开挖面设积水井抽排水、洞外挖明沟截排水等措施，有效地减少了洞内积水。

隧道钢管超前引排水采用地质钻机钻孔施工，钻孔仰角3°～5°,钻孔位于边墙脚位置，钻孔内安装φ108钢花管，长约15 m～25 m，钢管口外接软管引水至洞外，见图2。

3.3 超前地质预报

在隧道施工中，将综合超前地质预测预报纳入施工工序管理，全风化富水花岗岩地质采用的超前地质预报方法主要有：地质素描法(常规地质法)、超前地质钻孔、地质雷达、红外线探水预报。根据地质预测预报结果，提前做好技术、设备、物资等方面各项施工准备，确保施工顺利进行。

3.4 双侧壁导坑法开挖

根据本隧道地质特点，经过对开挖方案的认真比选和分析，采用了稳定性较好的双侧壁导坑开挖方案。根据现场实际情况，经设计、监理单位同意，施工中对双侧壁导坑的开挖步距及支护参数进行了适当优化调整，以更有利于现场施工质量和安全。

1)优化后的隧道双侧壁导坑法施工工序如下:

a.在超前大管棚和超前小导管的支护下，采用人工配合机械开挖①部，开挖后对掌子面初喷混凝土进行封闭，施作①部导坑周边的初期支护和临时支护。隧道双侧壁导坑开挖横断面见图3。

b.在滞后于①部约3 m距离后，开挖②部并进行支护。

c.在滞后②部6 m～8 m距离后，开挖③部并支护。步骤及工序同①。

d.在滞后于③部约3 m距离后，开挖④部并支护。步骤及工序同②。

e.在滞后③部8 m～10 m后开挖⑤部并施工正洞拱部初期支护。

f.机械开挖⑥部、⑦部，人工修整并支护。

g.人工机械开挖⑧部进行正洞仰拱初期支护。

h.利用仰拱栈桥整体浇筑⑨部仰拱及⑩部仰拱填充混凝土；仰拱作业面满足拱墙衬砌施工后及时施工部拱墙衬砌。

2)双侧壁导坑开挖施工注意事项。

a.开挖施工：施工中严格控制每循环开挖进尺和步距，下台阶及时施作导坑初支仰拱封闭成环，并临时用洞碴及时回填反压，隧道双侧壁导坑开挖工序纵断面、平面示意图见图4。

b.仰拱及拱墙二衬施工：为了确保洞口段的稳定，洞口段3 m～6 m侧壁临 时支护在仰拱及仰拱填充混凝土施工完，且强度达到设计强度后才能拆除。后续采取拆除一段侧壁临时支护，及时浇筑闭合成环一段仰拱及填充混凝土，每段施工长度3 m～6 m。填充工作面长度满足要求后及时开展拱墙二衬施工。

洞口段临时支护拆除及仰拱施工现场见图5。

c.高度重视围岩监控量测工作，纳入工序管理，根据量测信息进行动态施工。若发现围岩变化较大不稳定，应立即在导坑内增加临时横撑加固初支，然后再采取注浆等措施加固围岩及初支。

d.超前小导管、拱架接头锁脚锚管、拱架间纵向连接钢筋、拱架单元间接头连接，拱架背后空隙、空洞喷混回填施工质量，是施工安全质量的控制重点，应加强施工过程质量检查验收。

e.加强拱架制作及安装施工质量，施工过程拱架接头应精确定位，确保拱架全环位于同一里程断面。

f.侧壁导坑开挖采用小型挖机先初步开挖，再利用活动式小型施工台架进行人工修边，遇孤石时风钻打眼松动爆破清除，装载机装碴，自卸汽车出碴，施工过程中随时做好初喷，确保掌子面和周边围岩稳定。

3.5 监控量测

3.5.1 量测项目

在全风化富水花岗岩浅埋偏压段隧道施工中必须对以下四个项目进行量测：1)洞内、外观察；2)拱顶下沉；3)净空变化；4)地表下沉。

3.5.2 量测断面及测点布置

1)洞外地表沉降观测点布置。地表沉降量测点布置在隧道浅埋段(隧道埋深小于2.5隧道最大开挖宽度)，量测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。地表下沉的量测点与洞内净空变化和拱顶下沉量测点布置在同一里程断面。洞外地表沉降观测点布置见图6。

2)洞内拱顶下沉及收敛量测。隧道拱顶下沉、水平净空变化量测点应布置在同一里程断面，断面间距3 m～5 m，量测频率根据测点埋设时间进行调整：一般前2周(3～2)次/d，后2周为(2～1)次/2 d，如位移出现异常情况，应加大量测频率。洞内监控量测点布置见图7。

3)量测仪器。洞内、外观察：采用目测、数码相机等；地表沉降：精密水准仪，铟钢尺；拱顶下沉：采用全站仪与测点反光膜进行无尺量测；周边收敛：收敛仪量测；施工中注意测点的保护。

3.5.3 量测信息分析与反馈

监测人员应对现场监控量测所得数据进行及时分析，并将测量结果反馈到项目主要施工技术管理人员，为隧道施工提供快速、科学的决策依据。

4 结语

通过以上多种技术措施的综合应用，各施工工法之间的协调管理，本隧道顺利的完成了洞口浅埋段全风化富水花岗岩暗挖进洞施工，月平均开挖进度25 m～35 m。隧道变形稳定时的监控量测数据显示：隧道拱顶下沉最大4.2 cm、隧道水平净空收敛最大2.6 cm、洞顶地表下沉最大3.5 cm，变形数据远小于施工前预留变形量，整个施工过程做到了信息化，安全可控。夏茂隧道出口进洞方案研究，为此类地质条件施工积累了经验，为今后类似地质条件下隧道暗挖进洞施工提供较好的借鉴。

[1] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社,2010.

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[6] TB 10121—2007,铁路隧道监控量测规程[S].

Underground excavation technology of fully-weathered rich-water granite tunnel

Zhao Guangping

(ChinaRailwayTunnelGroup4thDepartmentCo.,Ltd,Nanning530003,China)

Taking Xiamao underground tunnel excavation of Xiang-Pu railway as an example, the paper analyzes construction technologies, such as large-pipe advanced support, internal surrounding rock water pre-treatment, advanced geology prediction and double-side drift excavation and monitoring measurement and so on, with a view to provide some guidance familiar engineering construction.

tunnel, underground excavation hole, granite, construction technology

2015-01-19

赵广平(1978- )，男，工程师

1009-6825(2015)09-0182-03

U455

A