复杂环境下大跨度暗挖隧道穿越浅埋、破碎带地质施工技术

复杂环境下大跨度暗挖隧道穿越浅埋、破碎带地质施工技术

张立华

中铁十六局集团第一工程有限公司北京101300

摘要：大跨度隧道穿越洞口段破碎带施工是施工中的一个难点，地质情况变化多种多样，常常会导致工程岩体失稳、塌方等现象发生。本文结合福建省龙岩市厦蓉高速A2合同段九峰隧道右洞穿越浅埋、破碎带地质施工具体实例，通过开挖综合支护技术、合理的临时支撑拆除方式及现场监控量测系统的应用，有效减少了施工中对拱顶上方土体结构的影响。结果表明所采取的措施适合本隧道穿越浅埋、破碎带段施工，施工中保证了施工安全及结构的稳定，取得了很好的效果。

关键词：大跨度破碎带施工技术

1引言

隧道工程暗挖隧道的修建是一项未知因素影响较多的隧道工程，施工中遭遇不良地质环境时的处置措施是施工中的一个难点问题。众多大跨度暗挖施工中都会遇到穿越各类地质不良地段情况，而穿越浅埋、断层及其破碎带又是不良地质段经常遇到的突出问题。隧道所处的地形地貌、地质情况复杂，因此暗挖隧道穿越破碎带施工时，需及时采取相应施工措施，确保施工安全。

2工程概况

九峰隧道为特长隧道，按上下行设计为左右两条独立的隧道，右洞长4776m，左洞长4675m。隧道进口主要由坡积粉质粘土和强风化岩组成，呈松散及碎裂结构，围岩级别为Ⅴ级。洞身围岩以中-微风化花岗岩为主，主要呈碎裂结构和块-碎状结构，围岩级别主要为Ⅱ-Ⅴ级。该隧道为双向六车道大跨度隧道。

图1九峰隧道断面图

3工程特点及难点

3.1工程位置及环境特殊

①地形地貌

九峰隧道区属构造-剥蚀低山地貌，地形起伏较大，山坡较陡，自然坡度25~30度，局部达35~45度，山脊平缓；左右洞进口分别位于两山坡的右侧山坡脚处，两山沟无常流水；隧道中部沟谷发育，部分山沟谷中见常流水，如YK136+630、YK138+092、YK138+530、YK139+250、YK139+594、K140+300处；出洞口位于同一斜坡上；进口处地面高程484~490m，出口处地面高程430~434m，隧道轴线最大海拔标高1027m，植被较发育，多为杂木。进口段坡度30~35度；出口段自然坡度25~30度。

②工程地质

隧址区处于我国东部著名的巨型新华夏系第二个隆起带与南岭维向复杂构造带的复合部位，闽西南拗陷带东部。受区域地质构造影响，进口及洞身断层发育地段见后期侵入的花岗岩体分布，出口段褶皱、断层活动均较发育。勘察共发现断裂构造12条，断裂特征多为：物质低阻带，地表上呈线型沟谷，为一侵变破碎带，带内岩体破碎，岩石挤压蚀变强烈，局部岩体已呈砂土状风化，岩体多严重绿泥石化（如图3所示）。

③水文地质

隧址区山体雄厚，植被发育，山坡坡体较陡，隧道穿越的沟谷深切地段，隧道中部沟谷地表水系发育，部分山沟谷中见长流水，如YK136+630、YK138+092、YK138+530、YK139+250、YK139+594、K140+300处，隧道出口处上部见一引水渠分布，隧道左洞正常涌水量为9501.34m3/d，最大涌水量为19131.25m3/d；右洞正常涌水量为8763.96m3/d，最大涌水量为17684.15m3/d。

3.3隧道跨度较大，开挖极易坍塌

由于九峰隧道YK136+610～YK136+640段为Ⅴ级浅埋围岩，结构为三车道大跨暗挖断面，设计采用双侧壁导坑法施工，根据上述现场地质情况，对双侧壁导坑法进行了优化设计，以便更安全施工，该段落采用“双侧壁导坑”法9导洞开挖。采用双侧壁9导洞开挖时多次受力转换，群洞效应引发的稳定风险大，应力场及松弛区不断发生变化，且二衬施工时需频繁拆撑换撑，应力转换多，位移多次重复叠加且具有不确定性[1]。

4施工方案

隧道穿越洞口破碎带段采用“双侧壁导坑”法9导洞施工，将开挖大断面分解为9个小断面，拱部打设Φ42双排超前小导管并注浆加固，及时形成单独的支护体系[2]，保留核心土，先开挖一侧上、中导洞，及时架设格栅、喷射砼，后施工另一侧上、中，然后依次施工两侧下导洞，最后开挖中部上、中、下导洞，形成闭合初衬断面。

针对破碎围岩断层带围岩等复杂的地质条件，开挖支护技术不断发展[3~4]。目前国内穿越破碎带处施工时主要遵循十六字方针：综合治理、联合支护、长期监控、因地制宜。本暗挖隧道穿越破碎带里程段开挖采用综合支护方式进行。

4.1开挖线外侧围岩保护措施

隧道施工期间，合理可靠地按照设计的开挖施工步骤和施工参数进行施工，使各工况下的变形实测值、变化特征和趋势与预控的要求基本相合，确保整个工程及其周边环境的安全始终处于可控状态。施工期间保护性措施如下：

（1）采取控制爆破、弱爆破施工，并辅以可行的减震、隔振措施。

（2）加强对于周边建筑物的监控量测，并制定相应的应急预案。

（3）初支及二衬完成后及时进行背后注浆。

4.2开挖综合支护施工

虽然拱部打设双排小导管应用于穿越破碎带段施工，有过成功的经验[5]，为保证地面建筑物及结构物安全，本隧道主体穿越破碎带段除采用常规格栅钢架、系统锚杆联合支护外另于左右侧上导洞处增加I22a型钢支撑、Φ25组合中空锚杆及EX28N涨壳式预应力中空注浆锚杆。

中空注浆锚杆将传统的先灌浆后锚固工艺改为先锚固后注浆，注浆时压力可达数十公斤，不但可以充填锚孔，而且在裂隙发育的地区，浆液在注浆压力作用下渗透进裂隙，达到改善围岩结构的目的。Φ25组合中空注浆锚杆单根长4m，间距为1.5m*1m，浆液采用等级不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥，水灰比为：0.4～0.5，注浆压力不大于0.4Mpa。注浆时，随时观测压力和流量变化；当压力逐渐上升，流量逐渐减少，注浆压力达到终压时，稳定3min，注浆饱满后可结束本次注浆。待浆液强度达到设计强度90%以上时，再度拧紧螺母。

研究表明：同等条件下普通砂浆锚杆支护可使洞顶位移减小10%左右，而采用涨壳式预应力中空锚杆可使洞顶位移减小30%~50%左右[6]。上导洞每榀格栅斜撑节点两侧各打设一排EX28N涨壳式预应力中空注浆锚杆，角度分别为15°和10°。锚杆L=10m，预加力T=90KN，锚杆孔直径Ф=46mm，注浆材料为1：0.5水泥浆液，注浆压力不大于0.4MPa。中空灌浆锚杆应注意排气问题，待排气孔出浆后，方可停止灌浆。

4.3临时支撑拆除

初期支护完成后进行二衬施工，二衬施工按照先侧墙、后拱顶再仰拱的顺序施工。在施工隧道结构二衬混凝土时，必须确定初期临时支撑一次拆除的长度以及施工边墙和拱部二衬时，横向临时支撑和竖向临时支撑的拆除顺序。这是一个复杂的三维力学问题，需要结合理论计算和现场实际监测结果综合分析。通过对结构内力转化体系的测试和计算分析，确定合理的暗挖段结构二衬施工分段长度及竖向临时支护和横向临时支护的拆除顺序，确保结构在施工过程中的安全。经过分析最终确定一次拆除长度为9m，先拆除临时仰拱后拆除中隔壁。

侧墙施工前，在上导洞斜撑处增加临时横向支撑，横向支撑架设完成后，再分单元拆除临时仰拱及斜撑，进行侧墙施工。边拱施工前对临时横向支撑进行试拆，首先拆除中间一根临时支撑，拆除后加强对隧道内及周围建筑物和路面的监测，同时需增加对已拆除型钢两侧型钢处进行应力监测。拆除临时钢架前，布置变形观测点，进行监控量测，取得拆除前的初始数据，在整个拆除过程，对隧道拱顶下沉、洞内收敛、建筑物沉降、路面沉降采取不间断观测，以保证隧道的安全。当监测数据稳定时，按同样施工工艺继续拆除其余型钢支撑；当监测数据变化较大时，停止临时支撑拆除施工，同时恢复已拆除型钢支撑；考虑将临时支撑浇筑进二衬混凝土内，待二衬结构成环封闭后再进行支撑拆除。

中隔壁拆除时首先采取隔3拆1的方法，在两侧壁钢架顶部切开2～3cm，观测隧道变形量和变形速率。隧道变形量和变形速率在正常范围内时，采取隔1拆1的方法，切开两侧壁支撑钢架顶部，观测隧道变形量和变形速率。严禁连续切开钢架，以防止两侧壁支撑突然失稳，倒塌伤人。变形稳定后，分析监控量测结果，确定隧道初期支护的稳定性。

4.4监控量测系统

隧道结构监测系统由支护结构监测与周边环境监测系统组成，施工时对整个隧道附近的地面建筑物、结构物进行全面地跟踪监控量测。通过将监测数据与预测值相比较，不仅可以判断前一步施工工艺和支护参数是否符合预期要求，以确定和调整下一步施工，确保施工安全；同时确保施工影响区域内的已有建筑物及结构物安全稳定，为控制施工对周围环境的影响提供判断数据。

监控量测项目主要有：地质及支护观察、拱顶下沉、洞内净空收敛、地表沉降、建筑物沉降、地下水位观测等。因二衬施工与临时支撑拆除同步进行，隧道主体受力结构发生变化，二衬施工时仍需加强监控量测，为二衬施工提供数据保障。

5结束语

本文结合九峰隧道穿越洞口段破碎带施工具体情况，通过采取控制爆破施工技术、开挖综合支护系统及合理的临时支撑拆除方式，安全顺利完成了大跨度暗挖隧道穿越破碎带段施工。施工中保证了地面土体的稳定，降低了工程风险，也为后续类似工程施工积累了丰富的经验和施工依据。

参考文献

[1]段英丽.不停航跑道下超浅埋暗挖隧道初支和二衬施工技术[J].铁道建筑技术，2014（1）：40.

[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004：75.

[3]张社道.山岭隧道地下处理及结构设计探讨[J].铁道工程学报，1995,(1):104-111

[4]张志伟,贾艳敏,赵艳娟.地铁盾构法施工事故预防及处理措施[J].铁道建筑,2010(11):50-53.

[5]刘运微.隧道穿越断层破碎带施工关键技术研究[D].长安大学，2013：25.

[6]卢小刚.涨壳式预应力中空锚杆的研究与应用[J].隧道施工，2009（11）：96-98.