软弱地层大断面隧道施工方案与施工技术

苏晓敏

（中铁十一局一公司 湖北襄阳 441104）

软弱地层大断面隧道施工方案与施工技术

苏晓敏

（中铁十一局一公司 湖北襄阳 441104）

随着我国经济社会的不断发展，铁路建设领域出现出很多大的断面隧道。本文将以大断面隧道在软弱地层中的施工作为研究对象，探讨软弱地层大断面隧道施工方案和对技术施工进行相应的阐述。

软弱地层；大断面隧道；施工方案；施工技术

1 引言

笔者参与了湘桂铁路永州到柳州扩能改造工程VI标施工，标段共3座隧道8049m，其中：梅子坳隧道全长5402m（笔者参与施工2197m）、四方岭隧道全长681m、六洛隧道全长1966m。此隧道群位于广西桂林北部山区，环山绕河，河谷深切，多成“V”型深谷，隧道所经地区为剥蚀中低山地貌区，上覆粗角砾土、碎石土，下伏基岩为砂岩偶夹页岩多呈软弱围岩，裂隙发育强烈，地质条件较差，Ⅳ、Ⅴ级围岩占到隧道全长的75%以上。多数隧道进、出口地形浅埋偏压严重。隧道断面面积为130.5～150.46m2的200km/h客货共线铁路隧道。

隧道设计采用的初期支护包括：I20b与I18型钢拱架、三肢格栅钢拱架、超前小导管、超前锚杆、钢筋网及喷射混凝土；二次衬砌及拱墙采用C35混凝土。

2 软弱地层大断面隧道施工方案比选

在落实“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字隧道施工方针，并认真遵循原铁建设[120]文件的前提下，在对软弱地层进行施工时，要选择适合并且合理的施工方法。软弱地层主要采取的施工方法有：双侧壁导坑法、CD法、CRD法以及台阶法（三台阶七步法）。

在本标段隧道施工过程中，因需要充分考虑工程的工期和成本，结合施工现场的具体情况和相关经验，科学合理的选择施工方案，因此将CRD法台阶法（三台阶七步法）与进行比选。

2.1 CRD法

利用CRD方法对大断面隧道进行开挖，主要是从上中下部分还有左侧和右侧等部分依次进行开挖。施工顺序如下：施工超前支护：拱部120°范围，打设39根准108mm大管棚，管长30m。开挖：首先施工结构的上部左侧，单循环开挖0.6m，随后利用混凝土进行喷射封闭，喷射封闭厚度约为5cm左右，然后架设全环I20b工字钢架，并用混凝土进行喷射，喷射厚度约为24cm左右。

待结构的上部左侧开挖的长度约为3～5m的时候，然后开挖中部左侧，开挖工序和刚开始相同。随后施工结构的上部右侧、中部右侧、下部左侧和下部右侧，它们的施工工序都是相同的，对仰拱，其开挖采用临时栈桥的方法施工，开挖长度不超过3m，并采用分段间隔开挖施工，待施工完成后，立即采用仰拱回填施工的初期支护方法。最后，利用衬砌模板台车对工程中的二次衬砌结构进行浇筑。

施工期间监控量测，按照5m每断面布置（V、VI级围岩），对拱顶、拱腰、拱脚、仰拱填充面进行水平收敛、拱顶下沉、仰拱顶面高程的监测。

2.2 三台阶七步施工法

在施工过程的中，主要分为七个开挖面，这种作业方法简单的说，就是在七个不同的位置一起进行开挖施工，分部做好开挖的支护工作，以保证支护整体的完成，进而减少施工作业的时间。开挖时，主要分为上部及中部、下部和底部等四个部分，利用错台台阶的形式进行施工。

在此施工过程中，主要在上部和中部之间要保留不超过5m的间距，上部要超前开挖3～5m，同理，中部与下部之间也要保留有不超过5m的间距，底部和下部之间的间距也是如此，以此类推进行逐级开挖。对于这种施工方法来说，在开挖阶段的初期，应形成平行支护并确保下台阶支护体系的形成，这种支护体系必须具有良好的稳定性和封闭性。通常情况下，利用这种方法进行大断面隧道施工时，为了工程施工的方便，要控制各个台阶的高度，以上台阶为例来说，高度要保持在3～5m，而中台阶的高度一般为3～4m之间，下台阶与中台阶具有相同的高度。同时，在轮廓线中，要在提前留出大约30cm的厚度，并采用人工进行开挖。在以上的施工中，要判断围岩的稳定性，及时调整支护参数。然后再对仰拱进行施工，并进行填充。其施工立体效果图如图1所示。

图1 三台阶七步施工法立体效果图

这种方法大大缩短了工作时间，形成了一个稳定且封闭的下台阶支护体系。在遇到断层破碎、软弱围岩和浅埋等稳定性较差的围岩是，开挖过程中要采取辅助措施来防止坍塌。

2.3 方案分析

对上述的方案进行比较可以得知，对于CRD法来说，其具有可以控制变形的优点，并改进大断面，使其成为小的断面，从而施工安全和工程质量得以保障。但是其也具有施工周期长，工程的进度不理想的缺点。相比之下，三台阶七步法的施工周期大幅缩短，在保证工期、安全性和工程质量的前提下，三台阶七步法是非常重要的必选方案。因此，在隧道进洞的阶段及穿越断层裂隙水发育等极为不良地质条件时，应采用CRD法进行施工，在进入地质较为稳定，裂隙水不发育地段时，可参考三台阶七步法进行施工。

3 软弱地层大断面隧道的力学特征和共性问题

3.1 软弱地层大断面隧道基本的力学特征

软弱地层的土层条件相对较差，大隧道开挖的跨度比通常也比较大，开挖过程中的受力条件也相对较复杂。因为大跨度隧道主要为一种拱形结构，开挖后，解除了周边的应力，岩体发生了变形，变形后的岩体向隧道内移动，岩体内的初始应力也随之发生相应的变化，一定范围内的岩体重新开始分布。受到隧道的开挖影响，围岩的三向受力状态也开始发生相应的变化，近乎接近二向受力的状态，再加上在变形和围岩移动的影响下，各种软弱结构在受到不同程度的影响作用下进而发生破坏松弛现象，尤其是受到裂缝、节理等因素的进一步影响下，开挖以后的岩体与开挖之前的岩体相比强度更低一些，围岩较容易发生塑性屈服，进而出现更大变形破坏的现象。尤其是浅埋隧道中的拱形效应没有有效地得到发挥，就会产生非常大的松弛应力，这对控制变形和围岩稳定是十分不利。

3.2 软弱地层大断面隧道共性问题和对策

（1）在一般的情况下，如果排除构造应力造成的影响，围岩压力的主要方向就是竖向的，在侧向上的压力比较小，这也就是说，如果洞室的矢高较小，那么围岩就是相对比较稳定的，否则，就会影响到围岩的稳定性，控制和减小一次性开挖高度就对围岩稳定性起到至关重要的作用。

（2）对于大断面隧道，其矢高越大，在施工期间拱部的拉应力相应的也会变大，因此，若拱部破碎或裂隙发育，掉块频繁或裂隙水发育影响围岩稳定后，需要强化拱部支护的参数，以此来确保结构的安全性。

（3）隧道的轮廓通常比较扁平，这就使围岩成拱效应被相应的削弱，如果想要形成比较自然的平衡拱，就要确保围岩具有足够高的强度，此外，还要保证有足够大的埋深，如果在施工过程中的下沉量相对来说较大，就会使较大的荷载施加在支护结构上。及早进行封闭，将初期支护封闭成环，及时施作仰拱也可有效对稳定围岩抑制拱顶下沉和周边收敛。

（4）对大断面隧道而言，对初期支护，要求具有一定的整体性，支护结构承受很大的荷载。所以，对整个断面，尤其是支护接头的位置，要保证拱架刚性连接质量。除此之外，对各个接头部分而言，初期支护和围岩也要保证其连接具有可靠性。

4 结束语

结合以上说明，随着大断面隧道的逐渐增加，在保证安全性和施工进度的前提下，一定要对各种设计技术和施工方案进行全面的分析，对施工控制、施工管理、施工工艺、施工技术和施工流程等方面也相应地提出了更高的要求。因此在解决施工中存在的各种问题时，要全面利用各种新概念和新方案。在隧道的施工过程中，工作人员应根据施工现场的实际情况来做好监控量测和观察记录，并根据实际的情况来对围岩进行分析，并判断其稳定性。一旦发现与实际情况不符的围岩状况，施工单位要视实际围岩状况、监控量测结果并结合常规地质调查、钻孔法、物探法等相关地质超前预报结果，提出相应的意见和建议，然后报请业主、设计、监理、咨询等方面协商后进行修改，以保证施工的安全、顺利进行。

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[2]蒙秀林.软弱地层大断面浅埋暗挖隧道施工技术探讨[J].科技资讯，2012（33）：164～165.

[3]樊明军.大断面隧道施工技术研究[J].黑龙江交通科技，2013（12）：195～196.

U455.4

A

1004-7344（2016）09-0135-02

2016-3-10

苏晓敏（1983-），男，工程师，大学本科，主要从事铁路及市政轨道交通方面的研究。