全风化花岗岩富水隧道浅埋段开挖施工技术研究★

戚 利 平

(吉首大学张家界学院，湖南 张家界 427000)

1 工程概况

李家冲隧道全长775 m，单线铁路隧道，设计速度目标值120 km/h，隧道及附近的地层主要为第四系覆盖层、燕山期侵入岩和元古界变质岩。隧址区属亚热带季风湿润气候区，气候温暖潮湿，雨量充沛，地下水类型主要为基岩裂隙水，未见地下水露头。全风化花岗岩的裂隙较为发育，地下水补给来源为大气降水和附近水塘，隧道洞身处于地下水水位以下，处于完全饱和带内，易发生水文地质灾害和突水等现象。

2 工程施工难点

2.1 洞顶分布有水塘及公路

隧道洞身LZXDK2+560～LZXDK2+590处分布有一水塘，水塘长30 m，宽20 m～30 m，水深2.5 m～3 m，淤泥厚约1.2 m，拱顶最小埋深5 m，围岩级别为Ⅴ级，隧道掘进前需对原水塘进行回填，并增加一条临时便道与既有公路顺接，隧道开挖支护期间，需封闭既有公路，将车辆引导至临时便道通行，受外界干扰较大。

2.2 掘进施工难度大

隧道洞身处于地下水水位以下，处于完全饱和带内，隧道岩性为全风化花岗岩，透水性好，自稳性差，地下水发育，隧道开挖时地表水易入渗，易发垮塌和涌水，需增设临时仰拱，施工极其困难[1]。

2.3 沉降变形大

隧道开挖采用三台阶七部法施工，每台阶开挖后在两侧加设双层锁脚钢管并注浆，钢拱架之间的连接筋进行加密，但拱顶下沉及收敛仍然较大，尤其是下台阶开挖时，中台阶围岩易被渗水带走，导致中台阶空洞及失稳，开挖下台阶及仰拱时，需临时加设横向钢支撑。拱顶下沉及收敛稳定后，需对空洞进行补注浆处理。

3 浅埋段施工方案确定

3.1 浅埋段地表处理

隧道洞身LZXDK2+560～LZXDK2+590处分布有一水塘，施工前先抽除原水塘积水并清除淤泥后再对水塘进行回填，回填处采用喷射混凝土封面，防止地表水下渗，做好地表水引排措施[2]。回填处增加一条临时便道与既有公路顺接，隧道开挖支护期间，封闭既有公路，将车辆引导至临时便道通行，待初期支护通过公路区段后再恢复既有公路通行。为尽量减少地下水对隧道影响，在隧道外部沿隧道纵向设置4口降水井，井底标高低于隧道仰拱底标高2 m，采取不间断抽水，确保水头在隧道仰拱底以下1 m。

3.2 超前支护及开挖

隧道掌子面开挖离水塘和公路接近10 m时，掌子面环向采用φ76大管棚注浆预支护，浆液采用水泥浆及水玻璃，管棚长10 m，环向间距0.4 m，环向每隔2.0 m预留一根大管棚不注浆，作为泄水孔使用，纵向间距5 m/环，保证管棚搭接5 m，管棚两侧增加径向锚杆锚固，锚杆长5 m，纵向间距0.6 m，同时缩短上台阶开挖长度，控制掘进速度，每次进尺控制在1榀拱架间距。

3.3 初期支护

初期支护采用Ⅰ16工字钢钢架，钢架纵向间距0.6 m/榀，拱顶钢架施作完毕后，加一道横向水平钢架并与环向钢架固定连接，确保整体受力，而后开挖下一台阶，待拱墙钢架架立完成并与横向水平钢架连接固定后，拆除上一级台阶横向水平钢架，如此反复循环施作，直至仰拱拱架成环；中台阶处设置临时仰拱，仰拱厚0.3 m，混凝土采用C30喷射混凝土，拱架纵向间距1.2 m/榀，拱架间设纵向连接筋，间距0.25 m[3]；两侧拱墙错开开挖，先施工一侧，待一侧初期支护完成后，再施工另一侧，如此反复直至仰拱成环。

3.4 超前地质预报

隧道浅埋段超前地质预报工作采用加深炮孔法，首先用风枪进行钻孔确定掌子面前方及周边地质情况，探测长度为5 m，每循环3孔加深炮孔，根据导坑地质情况准确预测正洞的地质情况。其次通过对掌子面及周边开挖揭示的地层岩性、地质构造(岩层、结构面、断层等)、充填物、地下水水文地质特征、围岩稳定特征等情况的描述并绘制成图标，运用地质分析法、作图法等定性分析方法，推测掌子面前方地质情况及可能存在的风险，地质素描随隧道开挖及时进行，每开挖循环进行一次素描。

3.5 监控量测

3.5.1地表沉降

隧道浅埋段地表沉降测点应在隧道开挖前布设，地表沉降测点和隧道内测点布置在同一里程断面并设置于既有公路上。地表沉降测点横向间距为5 m，在隧道中线附近测点加密间距为2 m，具体布设见图1。

3.5.2拱顶下沉、净空收敛

拱顶下沉测点设置在拱顶轴线附近，净空收敛点布置在轨顶以上2.5 m左右的拱墙上，均按照5 m/循环进行测点布设，并尽量对称布置，以便数据的相互验证，监测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度确定，两者之间有差异时，原则上采用较高的频率值进行监测。隧道净空收敛量测采用收敛计进行量测，拱顶下沉以及地表沉降量测采用精密水准仪和钢挂尺进行量测，测点与隧道外监测基点进行量测。

3.5.3量测数据分析和信息反馈

每次量测后立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的校验、物理量的计算、误差处理、异常值的剔除、初步分析等，并及时绘制位移—时间散点图，在位移—时间曲线趋平缓时进行回归分析，推算出最终位移和掌握位移变化规律。当位移—时间曲线出现反弯点，及位移出现反常的急剧增加现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应及时加强支护必要时应暂停掘进，采取必要的安全措施。

4 结语

全风化花岗岩富水隧道浅埋段开挖施工技术在石长铁路与益娄铁路间下行疏解线李家冲隧道的成功应用，本施工技术特点是在围岩地质非常差且洞顶受外界干扰较大的情况下能够保证施工安全，为今后类似地质情况隧道开挖提供了经验。