深埋软弱围岩平行对称小间距隧道施工技术

2017-06-27程广威

中国科技纵横 2017年9期

程广威

摘要：理论上，只有隧道两洞室间距距离超过其各自的扰动影响宽度之和，两隧道施工才能相互独立、互不影响。因此，这就需要对隧道净距进行合理设计，从而能够有效降低工程的造价以及施工的难度。随着隧道施工技术发展，为了能够更好地解决在选线、环境保护以及土地征用等方面所出现的各种问题进行良好的处理，则兴建小净距的隧道在发展中成为一种必然。本文根据某铁路隧道工程特点对小间距隧道在施工中遇到的技术问题进行了总结，可为今后在小间距隧道施工方面提供有益借鉴。

关键词：小间距；安全步距；中岩柱加固；监控量测

中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0145-03

1 工程地质概况

1.1 工程概况

某铁路隧道进口段位于半径为6000m的右偏曲线上，出口段位于半径为7000m的右偏曲线上，线路设计为单面上坡。进口1290m左、右线合修，于某里程开始分修，该隧道小间距段为双线到单线的分合修过渡段，左、右线为小间距隧道，开挖净距由1.84m逐渐扩展为20.9m。从1.84米渐变到10.4m过渡段长540m，其中Ⅲ级围岩250m、Ⅳ级围岩段290m。两单线隧道250mⅢ级围岩处，采用的是Ⅳ级的抗震设防符合式衬砌。通过挂网喷锚和格栅钢架相结合的方式进行加固，其中钢架的间距是1.2m/榀，衬砌中所运用的是C35钢筋结构。此外，全环的衬砌厚为40cm；290米Ⅳ级围岩段中主要应用的是Ⅴ级复合式衬砌进行加强，钢架为I18工字钢，衬砌为C35钢筋（其中主筋是全环Φ25）混凝土的结构，且其全环衬砌厚45cm。

1.2 隧道地质概况

该隧道最大埋深约1646m，属构造剥蚀深切割高中山地貌，沟谷纵横，地形起伏大。该隧道小间距段地层岩性主要为志留系茂县群第四组（Smx（4））千枚岩夹炭质千枚岩、泥质灰岩，深灰-灰黑色，为鳞片变晶结构，片状-薄层状构造，岩体节理较发育，岩质较软，易风化，浸水后易软化；第五组（Smx（5））绢云千枚岩夹灰岩、砂岩，岩性以绢云千枚岩为主，夹薄层状灰岩、砂岩，总体呈灰色-灰绿色，千枚岩为鳞片变晶结构，片状构造，灰岩为隐晶质结构，薄层状构造，砂岩为细粒结构，薄层状构造，节理裂隙较发育。且处于某断裂带的下盘，受断层影响严重。

2 施工方案的提出

2.1 施工方案

（1）对于小净距隧道来说，由于两隧道间距小，两洞室的围岩压力及施工过程造成的影响在某些区域相互叠加——由结构分析可以得出，在施工过程中，二次应力场在中岩柱处叠加，此时就极有可能会导致应力出现集中的现象，这部分是需要加固的；除中岩柱之外在左、右洞其余围岩中，由于二次应力的叠加，其受力情况也比相同地质条件下的一般隧道要复杂一些，需要加固。因此，在小净距的实际施工中，需要遵循的主要原则有：短进尺、管超前、弱爆破、速反馈、强支护、勤量测以及早封闭[1]。施工过程中应以锚喷支护为主要支护手段，进行及时的支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部份，并通过对围岩和支护的量测、监控的方法和原则来指导施工。

（2）施工工法及步距卡控：

1）先行隧道和后行隧道宜采用台阶法开挖。

2）为减少小间距段两隧间应力调整及爆破的影响，先行洞开挖面与后行洞开挖面纵向距离不宜小于30m，后行洞开挖面和先行洞二衬衬砌纵向距离也不小于30m；掌子面与初支封闭成环位置、二次衬砌距离应满足设计及相关规范要求。

3）为减小后行隧道开挖对先行隧道的影响，小间距段落隧道宜采用控制爆破开挖。右线K0+539.661～K0+708段相邻爆破段分段起爆间隔时间宜不小于100ms，爆破时左线隧道洞壁单点震动速度宜控制50～80mm/s；右线K0+708～K0+840段相邻爆破段分段起爆间隔时间宜不小于100ms，爆破时左线隧道洞壁单点震动速度宜控制80～100mm/s。

2.2 钻爆技术

2.2.1 小间距爆破开挖方法

（1）左线先行施工60m（K0+540～K0+600），再施工右線，因该段落内左、右线隧道净距过小（1.84m～4.05m），断面尺寸、形式变化大，右线前30m施工采用非爆破机械开挖，之后右线采用爆破（台阶法）开挖，爆破开挖需最大限度的减小对小间距隧道中岩柱的扰动，保证中岩柱的结构稳定性。

（2）在小净距的隧道建设中，需要实施钻爆的施工方式，这是保证隧道质量的关键因素，而在钻爆作业中，则需要对周围的围岩爆破情况实施监测，并能够根据扰动深度以及爆破震动情况而找出对应的破坏程度，从而保证中岩柱的结构稳定性。因为小净距隧道的中岩柱在宽度方面较小，而在后开挖的隧道中实施爆破与振动，应先实施开挖隧道[2]，并要求衬砌处所产生的振动速度大约是10cm/s中，所以为了能够避免微差爆破的情况，则需要对各段的起爆时间进行测试，可以根据经验值进实施（大约是100m/s）。

在Ⅳ级的围岩地段中，施工主要运用的技术是预裂爆破的方式，然而Ⅲ级围岩地段则需要通过光面爆破的方式进行作业。通过预裂爆破以及和光面爆破的情况比较可知，需要有效控制周边的眼间距、相对距离以及周边眼，从而使得装药能够获得良好的集中度。如在周边眼中，可以设计一个开挖的轮廓线进行布置，其中在小直径的范围中实施严格的控制装药量，同时严格地设计各种药量，并能够在合理炮眼的布置中完成工作。

2.2.2 小间距隧道开挖安全步距

为减少两隧施工的相互影响，两个隧道的开挖工作面间距应大于30m；后行隧道掌子面应超前先行隧道二衬端头不小于30m；掌子面与初支封闭成环位置、二次衬砌距离应满足设计及相关规范要求，如图1所示。

2.3 中岩柱加固

施工中减少对中岩柱的破坏，加固中岩柱是小净距隧道修建成功的关键。深埋、软弱围岩地段隧道施工对中岩柱的加固方法主要包括对岩柱的注浆加固及水平对拉拉杆措施。

2.3.1 中岩柱柱注浆

为保证挡头墙施工的稳定性，挡头墙分部开挖时保留一定的角度，即挡头墙处开挖面从拱部至仰拱呈斜坡状。挡头墙范围内随部分开挖时进行锚网喷防护，喷C30耐腐蚀砼10cm，Φ8钢筋网片，打设Φ22砂浆锚杆，沿隧道轴向对中岩柱正面打入小导管，注浆加固中岩柱坡面。当注浆达到强度后进行后行洞开挖，对开挖面及时喷射5～10cm厚的混凝土以封闭岩面，施作初期支护；向前掘进5m后对中岩柱改为水平斜向前方45°小导管注浆。

2.3.2 中岩柱对拉锚杆

待0B～0.5B范围的125米范围中岩柱加固稳定后，进行隧道右线开挖，同时进行中岩柱水平预应力拉杆的施工，采用对拉锚杆（Φ32自进式锚杆，M20砂浆注浆）加固中夹岩柱，锚杆两端均设置垫板。锚杆设置范围为内轨顶面以上5m范围，间距为0.8*1.0m（纵*环），锚杆长度根据布置位置实际截取。锚杆位置应按要求进行定位、标记，钻孔方向宜与岩面（围岩节理面）垂直；钻孔位置允许偏差15mm，深度允许偏差±50mm。

用注浆管向孔内注浆，注浆压力不应大于0.4MPa，注浆管应插至距孔底50～100mm处，注入水泥砂浆，缓慢拔出注浆管，随即迅速插入锚杆体。

对中岩柱进行加固，提高围岩参数，可降低先行洞衬砌峰值振动速率，可以保证先行洞衬砌的稳定和安全；选择合理的掏槽形式和掏槽位置，为后续爆破创造足够好的临空面，周边施作减振孔和分散装药是减振爆破控制的有效手段。

2.4 超前支护

小净距的隧道建设中，由于间距小而导致了施工的难度较大，因此，在洞口的浅埋地段和软弱围岩的地段中，需要通过超前的小导管以及超前的长管进行注浆，保证洞口的安全，同时也使得软弱的围岩段能够有效通过。

2.4.1 分析小导管中注浆超前支护

隧道纵向中的横向拱脚处或者拱上部，可以通过轮廓开挖线的方式进行注浆管，此时需要通过打入方式进行，此时的倾斜大约是 5至20°，而边墙向下的角度是10至20°，在水平搭方面，则需要大于1m。主要的作用是：把带孔眼导管实施不同浆液的注入，从而渗透到地层，达到有效改变地层的参数目的，进而提升了地层承载力。

2.4.2 超前锚杆

一般情况下，可以通过松散破碎的地层进行浅埋，布置形式可以参照超前小导管的注浆进行操作。在拱部超前的锚杆中，可以通过拱上部围岩的方式，而对边墙超前的锚杆，则运用附近岩体而更好地承受压力[3]，提升围岩的稳定度。

2.5 监控量测

2.5.1 监控量测的目的

（1）掌握围岩的工程特性。

（2）掌握分修过渡段先行隧道与后行隧道围岩特性的差异及隧道结构受力的区别。

（3）确定分修过渡段的安全性。

2.5.2 监控量测项目与监测方法

隧道施工中的监控量测，按铁路隧道施工技术规范的规定和图纸要求，并根据隧道的实际情况，确定必测项目和选测项目。各项位移量的容许值应在施工中根据实际情况，参照有关规范和“隧道新奥法指南”类比确定。

必测项目包括：地质和支护状况观察、拱顶下沉、周边位移量测。主要以洞内为主。

选测项目包括：爆破震动、钢架内力、初支与二衬接触压力等。

监控测量重点：中夹岩柱稳定性和爆破振动速度对相邻洞室的影响。