浅埋软弱围岩隧道变形控制

2017-04-13

四川水泥 2017年4期

关键词：钟鸣台阶围岩

（中交第四公路工程局有限公司北京 100007）

浅埋软弱围岩隧道变形控制

张晨

（中交第四公路工程局有限公司北京 100007）

本文以宁安铁路钟鸣2#隧道为例，重点阐述在浅埋软弱围岩隧道施工，通过各种技术措施对围岩变形进行控制的方法。

隧道；浅埋；软弱围岩；变形控制

引言

在高铁建设过程中，出现了越来越多的地质条件复杂，浅埋软弱围岩的高风险隧道。由于这些浅埋地层的埋藏比较浅，大多是强风化破碎的围岩，地质条件变化较大，围岩应力分布复杂，且开挖断面大，造成了隧道施工过程中，施工难度增大，初支变形复杂和隧道整体稳定难以控制的情况，隐含着很多坍塌等安全隐患。本文以钟鸣2#隧道为研究对象，阐述在浅埋软弱围岩隧道施工过程中如何采取对策减小初支变形，确保施工安全的方法。

1 工程概况

钟鸣2#隧道位于宁安铁路铜陵境内，双线全长798m，施工里程为DK140+830～DK141+628。隧道穿越地层主要为含砾粉质黏土及泥质粉砂岩，围岩较破碎全风化，进出口均为偏压地段，全隧道属Ⅴ级围岩。地表水不发育，地下水主要为孔隙水和基岩风化层空隙水，隧道洞身位于地下水位以下，地质条件非常复杂，属宁安铁路高风险隧道。

钟鸣2#隧道采用中隔壁（CRD）法开挖施工，全隧道为复合式衬砌支护结构，初期支护使用钢筋网、锚杆、钢架、喷射混凝土联合支护，二衬采用整体式移动台车一次施工完成。

2 地质条件

2.1地质条件复杂

开挖过程中实际揭示围岩，上台阶为含砾粉质黏土与泥质粉砂岩，两者分层明显，并且左侧泥质粉砂岩较高；中台阶为泥质粉砂岩，黄色，强风化，粉砂质结构，节理裂隙发育，岩质软，岩体破碎；下台阶为泥质粉砂岩，且部分呈紫红色，部分呈黄色，两者交错分层，DK141+465～DK141+534一条断层从下台阶位置斜穿过隧道。

钟鸣2号隧道属浅埋隧道，覆盖层厚度最大约20m，最浅处仅4m，隧道洞身位于地下水水位以下，受地下水的影响，粉质黏土和全风化层易变形，向洞室临空面挤出，粗圆粒土（夹有漂石）组成的围岩很不稳定，易渗漏，易造成围岩内细颗粒的大量流失，极易突然发生坍塌，引起洞壁失稳、冒顶和地表沉陷。

2.2其他特殊地质

隧道进出口段均为偏压地段，对进洞影响较大，在进洞时洞口边坡及仰坡出现裂缝，采取地表注浆的措施得到有效控制。出口端施工至DK141+512处时，出现左侧的收敛速率明显大于右侧的收敛及拱顶的沉降速率，在对隧道两侧分别进行地基承载力试验，左侧为270KPa，右侧为330KPa，两侧的地基承载力不平衡。

3 施工中变形表现

3.1拱顶沉降

隧道出口端施工过程中，开挖上台阶当天会出现10～15mm/d的变形量，持续5天后变形速率会出现显著的下降，也有所缓和。中台阶施工时，变形量又变大，在5mm～10mm/d，之后会稳定一段时间至仰拱开挖。下台阶及仰拱开挖会使整个初期支护未封闭成环部位变形量增大，在仰拱成环后趋于稳定。

3.2水平收敛

前期施工过程中水平收敛的速率很小，二衬施工时预留变形量还剩余10cm左右。中台阶施工至DK141+512之后，线路左侧水平收敛突然增大，超过线路右侧收敛及拱顶沉降速率，在加强锁脚钢管之后仍无法得到有效控制，部分初期支护侵入二衬。进行地基承载力试验后，发现两侧的地基承载力相差较大，线路左侧地基承载力要相对较小，线路左侧地基承载力不足是左侧收敛较大的主要原因。

3.3中台阶小塌方对隧道变形的影响

中台阶围岩为泥质粉砂岩，结构破碎松散，岩体间的粘结力差开挖后仅靠颗粒间的摩擦和微弱胶结作用自稳，且中台阶达到4.5米，多次发生小范围坍塌。中台阶坍塌不仅容易造成上台阶拱架悬空，隐患较大，而且对隧道的整体稳定性影响很大，中台阶发生小坍塌时，隧道的拱顶沉降会突然变大。

4 施工中变形控制措施

4.1增加预留变形量

设计上预留变形量按照10～15cm考虑，实际施工时将预留变形量为35cm，在发现变形速率较大后将预留变形量按50cm进行施工，防止初支侵入二衬的现象发生。

4.2针对掌子面不稳定采取的措施

上台阶开挖过程中，由于围岩破碎，极易出现掌子面顶部坍塌及掌子面滑塌，设计上采取超前双层小导管进行超前支护。超前双层小导管3米每环，由于超前双层小导管角度大，施工完成后，前几榀在开挖时能起到很好的效果，但在尾部时仍然会出现拱顶坍塌。面对这种情况，我们在两环超前双层小导管之间视地质情况增加超前小导管，对于顶部的坍塌起到了很好的预防效果。

4.3加强临时支护

中隔壁和临时仰拱共同构成了CRD法施工的整个临时支护系统。主拱架、中隔壁及临时仰拱使隧道的各部能够及时的封闭成环，减小隧道变形。如果施工过程中临时仰拱及中隔壁的拆除时间过早，将使隧道施工沉降过大。下台阶施工时每开挖两榀，拆除两榀临时仰拱，中隔壁在仰拱浇筑完成后拆除，使临时支护与二次衬砌形成一个整体。

4.4初期支护加强

1．拱架加密、锁脚加强

施工过程中日沉降速率超过5mm/d时，将初期支护钢拱架间距又设计的60cm/榀改为50cm/榀，并将锁脚钢管数量又设计的每榀2根增加至每榀6根，除此之外还在主拱架拱脚位置采用I18工字钢纵向连接，使初支拱架形成一个整体，采取上述措施后，沉降速率明显改善。

2．中台阶施工措施

对于中台阶易发生坍塌的情况，将中台阶分成两部施工，降低中台阶施工的高度，不仅减少了坍塌的发生，而且使工人施工时的危险性降低。超前小导管设计在中台阶上部2米范围内，中下部的塌方无法得到有效遏制，根据此情况，在整个中台阶增加超前小导管，防止塌方的发生，使小塌方对隧道变形的影响降低。

4.5缩短仰拱开挖时间

针对仰拱开挖时对隧道整体的沉降速率增大的情况，将仰拱开挖长度由原来的6m减小为每次开挖长度3m，并且增加人员设备的投入，尽量缩短仰拱开挖至封闭成环的时间，使仰拱开挖对隧道的变形影响减小。

4.6增加径向小导管注浆加固

在线路左侧围岩相对薄弱地段，增加径向小导管，采用Φ50*5mm钢花管，长度L=5m，小导管上钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部不钻孔长度不小于30cm，作为止浆段。注浆管在两榀钢架之间垂直于岩面打设，呈环向布置，间距1m，钢花管安设后，用锚固剂封闭孔口及周围裂隙，视情况在钢花管附近喷射混凝土。

5 监控量测及超前地质预报

监控量测作为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，指导日常施工管理，确保施工安全和质量的重要措施，在浅埋软弱围岩隧道施工显得尤为重要。超前地质预报是对隧道掌子面前方的地质情况进行预测预报的有效手段，根据钟鸣2号隧道的工程地质、水文地质特征，并结合国内其它浅埋偏压地质预报的经验，本隧道超前地质预测预报措施主要为施工地质素描及30米超前地质钻探。根据超前地质预报结果，及时增加超前小导管及径向小导管对围岩进行加固，增加围岩的稳定性。