拉朝隧道出口淺埋段施工技術(shù)研究

楊 瓊

（中鐵置業(yè)亳州投資公司，安徽 毫州 236800）

1 工程背景

1.1 工程概況

拉朝隧道位于廣西壯族自治區(qū)河池境內(nèi)，全長94m，為曲線隧道，開挖斷面寬6.80m，高9.10m，隧道進(jìn)口里程為DIK238＋630，出口里程為DIK238＋724，中心里程為D1K238＋677，洞底標(biāo)高為721.65m，隧道為單向坡，南高北低，縱坡1‰，為上覆蓋黃土炭質(zhì)頁巖隧道。隧道施工從出口向進(jìn)口方向施工，即從DIK238＋720處開始掘進(jìn)。全隧設(shè)計為Ⅴ級淺埋復(fù)合襯砌， 其中D1K238＋630～D1K238＋640段設(shè)置拱墻格柵及拱部超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，格柵鋼架縱向間距為0.8m，超前小導(dǎo)管縱向間距為1.6m， 每環(huán)20根， 每根長3.5m。D1K238＋640～D1K238＋714段設(shè)置拱墻格柵及拱部φ42超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，格柵鋼架縱向間距為1m。

1.2 工程地質(zhì)

拉朝隧道為短隧道，位于斷層埡口上，穿越地層地質(zhì)較差，屬于貴州高原斜坡地段，地形起伏大，地勢北高南低，屬弱風(fēng)化炭質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖地段，地質(zhì)概況為剝蝕丘陵地貌，上覆第四系坡殘積層 （Q4dl＋el）粉質(zhì)黏土，下伏石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階（C1y）炭質(zhì)頁巖、頁巖夾硅質(zhì)巖，巖層為單斜構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育。炭質(zhì)頁巖地層圍巖軟弱、松散，變形快，側(cè)壓力大，自穩(wěn)時間短，遇水極易軟化。該處高差變化較大，等高線密集，在縱向20m范圍內(nèi)，埋深從16m下降到6m。

1.3 水文地質(zhì)

本隧道所在河池地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年平均降水量1 770mm，隧道進(jìn)出口位于山體的埡口，構(gòu)成三面匯水，對地表水的匯集與地下水的發(fā)育極為有利。工點范圍內(nèi)地下水的類型主要有兩種：一種為上層滯水；另一種為孔隙水及基巖裂隙水。地下水對混凝土具弱硫酸型酸性侵蝕性。

2 現(xiàn)場施工管理及施工隊伍技術(shù)情況

施工隊伍素質(zhì)選擇的好壞對于隧道施工成敗尤為重要。由于拉朝隧道只有94m，長度較短，中標(biāo)單價較低，許多施工隊伍不愿進(jìn)場，施工難度較大。項目部根據(jù)建設(shè)指揮部施工計劃的安排和施工隊伍管理規(guī)定，在提高勞務(wù)分包單價的基礎(chǔ)上，對擬參建施工隊伍進(jìn)行考核，最終確定具有多條隧道施工經(jīng)驗的隊伍進(jìn)行施工。

施工隊伍正式進(jìn)場后，首先著手做準(zhǔn)備工作，對現(xiàn)場各種臨時設(shè)施進(jìn)行完善。開工以后，項目部要求隧道施工作業(yè)隊必須配備技術(shù)員一名，安排技術(shù)工程部長親自負(fù)責(zé)。施工中，要求施工隊伍按照圖紙設(shè)計對隧道邊仰坡進(jìn)行加固，砌筑天溝，完善排水系統(tǒng)，且待各項工作完善以后，才能進(jìn)洞。

3 隧道施工

3.1 隧道施工方法

拉朝隧道Ⅴ級圍巖洞身開挖采用短臺階分部開挖法 （環(huán)形開挖留核心土法），它將斷面分成環(huán)形拱部、上部、核心下臺階等三部分，即三臺階法。因為上部核心土支擋著開挖面，而且能利用臺階迅速及時地施作拱部初期支護(hù)，利于開挖面的穩(wěn)定，待支護(hù)完成后開挖核心土，以保證安全。洞口開挖時，施作超前小導(dǎo)管和長管棚支護(hù)，將圍巖棚護(hù)成拱。洞口段上臺階采用非鉆爆開挖法 （風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開挖），洞身段上臺階采用弱光面爆破，減少對圍巖的擾動。

3.2 變形塌方情況

2008年3月中旬，河池地區(qū)連續(xù)半個月降雨，拉朝隧道出口端上臺階已施工開挖至D1K238＋703（21m），中臺階開挖至D1K238＋711 （13m），下臺階開挖至D1K238＋721 （3m）。 2月17日中午發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)出現(xiàn)裂紋，隧道右側(cè)地表出現(xiàn)裂縫，并且裂縫迅速發(fā)展，經(jīng)過一個下午及一夜的發(fā)展，2月18日上午出口端D1K238＋714～D1K238＋724 （10m） 段已坍塌，格柵被擠壓破壞，隧道右側(cè)因被擠壓破壞而約侵占至開挖斷面一半，向內(nèi)D1K238＋706～D1K238＋714（8m）段開裂變形，上臺階僅有3m未變形完好。坍塌碴體堆積在隧道里斷面內(nèi)，從外側(cè)無法看出塌洞情形。地表D1K238＋700～D1K238＋728出現(xiàn)裂縫，主要在中線至右側(cè)約17m斜坡范圍，裂縫寬5～20cm，主裂縫基本呈弧形貫通。

3.3 原因分析

隧道塌方險情發(fā)生以后，來自建設(shè)指揮部、設(shè)計院的專家組來現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場核實并進(jìn)行原因分析，經(jīng)討論，原因有以下兩點。

3.3.1 地質(zhì)原因

出口隧道縱向有一小斷層與隧道小角度斜交通過，斷層附近巖體破碎，土層及風(fēng)化層較厚。在出口側(cè)已開挖段上部存在一巖性變化接觸面，隧道開挖后圍巖應(yīng)力重新分布造成偏壓失去平衡，使這兩個弱面之間的巖體下落，產(chǎn)生裂縫塌方。

3.3.2 天氣原因

受連續(xù)降雨的影響，地表黏土層含水量增大，其力學(xué)指標(biāo)降低，部分雨水下滲對炭質(zhì)頁巖起軟化作用，在軟化與非軟化附近形成軟弱面，右側(cè)自然坡度較陡，在重力作用下土層及基巖風(fēng)化層沿軟面滑移擠壓隧道洞身右側(cè)，造成洞身初期支護(hù)變形破壞。

3.4 處理措施

鑒于以上原因，經(jīng)專家組開會討論，采取了以下處理措施：

（1）為保證地表水不滲入隧道中，立即夯填地表裂紋，將洞頂天溝與洞口排水溝相接，完善排水系統(tǒng)，以疏排天溝范圍內(nèi)匯水。

（2）在保證安全的情況下及時回填已開挖段洞身，阻止變形擴(kuò)大，施工中應(yīng)加強(qiáng)觀察，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即撤出洞外。

（3） D1K238＋706～DIK238＋724段線路前進(jìn)方向右側(cè)5～8m范圍內(nèi)地表設(shè)3排Φ108鋼管樁注漿加固，鋼管樁嵌入基巖 （W2）至少2m，鋼管樁平均長度按12m計。注漿液采用1∶1水泥砂漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa， 注漿量按每延米0.5m3計， Φ108鋼管壁厚5mm，鋼管樁間距為1.0m，呈梅花型布置，其注漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場試驗調(diào)整。

（4）待地表加固措施完畢并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可進(jìn)行洞身開挖，坍方段施工嚴(yán)格按照 《隧道施工規(guī)范》執(zhí)行，上臺階開挖后每隔2榀工字鋼之間設(shè)一臨時工字鋼橫撐。

（5） DIK238＋704～DIK238＋724襯砌采用Ⅴ級復(fù)合加強(qiáng)襯砌，洞口段開挖后應(yīng)及時施作二襯，并修建洞門端墻及擋墻，洞口擋墻應(yīng)分段開挖，及時施作。

3.5 處理效果

通過塌方段超前管棚及鋼管樁的注漿，塌方段圍巖破壞區(qū)域得到加固，通過加強(qiáng)支護(hù)后，可按設(shè)計進(jìn)行常規(guī)開挖。開挖過程中密切注視塌方段斷面變化情況，加強(qiáng)監(jiān)控量測，適時通過注漿加固圍巖，其效果如下：

（1）拱部開挖：拱部預(yù)打φ89大管棚長25m，壓注1∶1水泥砂漿，環(huán)向人工開挖，中間預(yù)留核心土，開挖過程中沒有炭質(zhì)頁巖崩解、掉塊現(xiàn)象，減少了卡口梁支撐和混凝土填塞空洞現(xiàn)象，消除了安全隱患。

（2）邊墻開挖：邊墻采取了18型鋼拱架加固，施工中分二臺階開挖，未見變形現(xiàn)象。

（3）圍巖自穩(wěn)能力：由于初期支護(hù)措施加強(qiáng)，洞口采取了Φ108鋼管樁加固，經(jīng)監(jiān)控量測，隧道出口段基本上已停止變形，趨于穩(wěn)定，鋼管樁加固已達(dá)到預(yù)期效果。

4 監(jiān)控量測的應(yīng)用及效果

4.1 監(jiān)測項目

監(jiān)測項目主要根據(jù)隧道工程的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、施工方法和支護(hù)類型等綜合考慮確定。隧道工程進(jìn)行量測，絕不是單純地為了獲取資料，而是把它作為施工管理的一個積極有效的手段，根據(jù)設(shè)計要求，針對隧道工程的實際情況，經(jīng)過認(rèn)真研究，確定的監(jiān)測項目有地表沉降、隧道拱頂下沉、隧道水平收斂及地質(zhì)與支護(hù)狀況觀察等。

4.2 監(jiān)測效果

施工中嚴(yán)格按設(shè)計文件要求進(jìn)行了隧道拱頂下沉、地表沉降、水平凈空收斂三項監(jiān)控量測。量測中，項目部及時將有關(guān)量測資料提供給設(shè)計院，由設(shè)計院作為參考依據(jù)，合理修正設(shè)計初支參數(shù)，確保安全合理施工。同時，項目部根據(jù)施工量測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷施工設(shè)計的初期支護(hù)參數(shù)能抑制圍巖變形，圍巖與初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定。經(jīng)過2個多月的監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明，隧道內(nèi)的水平收斂、拱頂下沉、地表沉降均已穩(wěn)定，說明圍巖已穩(wěn)定。

5 處理費(fèi)用及時間損失情況分析

從拉朝隧道出口段出現(xiàn)裂縫到設(shè)計院專家組拿出施工方案，簽署會議紀(jì)要，施工隊伍按照紀(jì)要要求對出口塌方段進(jìn)行處理，前后耗時2個多月，處理費(fèi)用約100萬元，時間上項目部工期延后2個月，施工工序上調(diào)整從隧道出口進(jìn)洞的方法，改從隧道進(jìn)口進(jìn)洞、出口同時處理加固，確保施工工期。

6 經(jīng)驗教訓(xùn)

拉朝隧道出口段在設(shè)計、施工的努力下，變形塌方地段按照專家方案所制定的整治措施穩(wěn)步進(jìn)行施工，回顧和反思隧道施工所遇塌方問題，有以下經(jīng)驗教訓(xùn)值得吸取：

（1）隧道與其他工程的不同之處是對施工安全的要求更高，任何疏漏在隧道施工中都有可能造成不可挽回的損失，隧道工程施工地質(zhì)條件變數(shù)較大，要求施工中技術(shù)人員仔細(xì)分析設(shè)計圖紙，理解設(shè)計意圖，按施工規(guī)范施工。

（2）對隧道地質(zhì)條件的變化及復(fù)雜性要有高度認(rèn)識，工程措施要到位或針對性強(qiáng)，嚴(yán)格按設(shè)計文件施工。針對工程中出現(xiàn)的圍巖與設(shè)計不符情況應(yīng)立即向設(shè)計部門反饋，及時有針對性地采取變更措施，避免事故發(fā)生或減少損失。

（3）工程地質(zhì)條件變化是造成隧道塌方的主要原因，必須加強(qiáng)對圍巖的觀察，掌握地質(zhì)構(gòu)造變化的規(guī)律，做好地質(zhì)超前預(yù)報。

（4）水是隧道施工最難控制的因素之一，在隧道施工中，對水的作用不可忽視，應(yīng)隔斷地表水，控制地下水。只要發(fā)現(xiàn)巖體中有潛水，就要抓緊對地表水進(jìn)行疏導(dǎo)，盡可能將滲入地層的水源切斷，或加強(qiáng)支護(hù)，以確保隧道順利通過軟弱地層。

7 結(jié)語

對于短小隧道施工，要在思想上給予足夠的重視，任何的麻痹和施工安全上的忽視都是隧道施工中最大的安全隱患，尤其是隧道進(jìn)出口淺埋段。進(jìn)洞時必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工，支護(hù)措施上寧強(qiáng)勿弱，快速施工，封閉成環(huán)，二襯及時跟進(jìn)，量測監(jiān)控到位。只有確保隧道進(jìn)洞出入口結(jié)構(gòu)安全，才能安全穩(wěn)妥地進(jìn)行后續(xù)工程的施工。