隧道位置及規(guī)模

獅公巖二號(hào)隧道為武廣客運(yùn)專線雙線鐵路隧道，行車速度目標(biāo)值為350km/h。雙線隧道凈空有效面積100m2，設(shè)計(jì)為無(wú)碴軌道。該隧道全長(zhǎng)392m，隧道進(jìn)口里程為DK1985+162，出口里程為DK1985+554。隧道最大埋深約22m，全隧道均為淺埋大斷面隧道。其中隧道進(jìn)口明挖段長(zhǎng)17m，其余均為暗挖法。隧道圍巖為IV級(jí)、Ⅴ級(jí)。

在DK1985+280~DK1985+340線路左側(cè)約15m有一孤立山頭，高約10m，山頂為一信號(hào)塔，在施工過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)。

隧道圍巖情況統(tǒng)計(jì)表

獅公巖二號(hào)隧道平面圖

獅公巖二號(hào)隧道縱斷面圖

2工程特點(diǎn)

(1)隧道斷面大。最大開(kāi)挖面積達(dá)156.62m2，最大開(kāi)挖跨度14.96m，最大開(kāi)挖高度12.84m。

(2)淺埋偏壓明顯。獅公巖二號(hào)隧道最大埋深22m，均為淺埋，Ⅴ級(jí)圍巖占隧道長(zhǎng)度的91%。另外，隧道大部分地段均處于山坡邊緣，從而因地形原因而造成偏壓。

(3)地質(zhì)條件差。隧道全長(zhǎng)392m，其中Ⅳ級(jí)圍巖35m，Ⅴ級(jí)圍巖357m，圍巖軟弱破碎，特別是全風(fēng)化泥巖、灰?guī)r，上部硬塑，下部多呈軟塑，浸水極易軟化。且大部分均處于淺埋偏壓狀態(tài)，圍巖自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖易坍塌。

所以，該隧道雖長(zhǎng)度較短，但圍巖軟弱破碎、自穩(wěn)能力差、淺埋偏壓狀態(tài)明顯、施工難度大，在隧道施工過(guò)程中如何保證施工安全和工程質(zhì)量成為該隧道建設(shè)主要問(wèn)題。

3總體施工方案

根據(jù)施工場(chǎng)地條件和運(yùn)輸條件，隧道開(kāi)挖從出口往進(jìn)口方向單向掘進(jìn)。由于隧道出口覆土淺，地形復(fù)雜，因此計(jì)劃采用三臺(tái)階法結(jié)合30m長(zhǎng)大管棚進(jìn)洞。進(jìn)口段地形開(kāi)闊，覆土埋深無(wú)法滿足暗挖施工要求，根據(jù)地形情況，在進(jìn)口段17m范圍內(nèi)，采用明挖施工。洞門按設(shè)計(jì)進(jìn)口采用斜切式，出口采用端墻式。

洞身段各級(jí)圍巖全部采用三臺(tái)階法施工，在Ⅴ級(jí)圍巖及其加強(qiáng)段須結(jié)合小導(dǎo)管注漿技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖施工，以確保工程安全。

4出口段暗挖施工

出口采用三臺(tái)階法配合30m長(zhǎng)管棚聯(lián)合套拱輔助工法進(jìn)洞

5洞身段施工技術(shù)

洞身均采用三臺(tái)階法弧形導(dǎo)坑法施工

在洞身顯著偏壓地段，隧道實(shí)際施工過(guò)程中，曾發(fā)生嚴(yán)重變形，支護(hù)最大侵限達(dá)85cm。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析并經(jīng)多次專家現(xiàn)場(chǎng)討論認(rèn)為其主要原因有：

(1)淺埋、偏壓、軟弱地層是大變形發(fā)生的內(nèi)在原因

埋深僅20m左右，約為1.5倍洞跨，屬于典型淺埋隧道；隧道上覆地層主要為粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化泥巖、頁(yè)巖。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，所取巖樣性質(zhì)接近粘土；該段地表橫坡明顯，屬顯著偏壓地層。

(2)連續(xù)大雨的天氣情況是大變形發(fā)生的客觀原因

在施工過(guò)程中，從2007年2月14日開(kāi)始，施工現(xiàn)場(chǎng)連降大雨，持續(xù)時(shí)間達(dá)1個(gè)月之久。此時(shí)，正值隧道偏壓段開(kāi)挖施工，由于隧道埋深相對(duì)較淺，加之上覆泥巖、頁(yè)巖地層風(fēng)化嚴(yán)重、裂隙發(fā)育并彼此連通，為地表水的滲入提供了有利條件，這種巖性地層遇水后軟化勢(shì)必導(dǎo)致隧道開(kāi)挖變形加劇和影響邊坡穩(wěn)定。

(3)隧道開(kāi)挖施工效應(yīng)是造成大變形現(xiàn)象發(fā)生的直接原因

在實(shí)際施工過(guò)程中，洞頂在洞內(nèi)變形后出現(xiàn)裂縫，裂縫縱向有主裂縫3～4條，小裂縫密布，最大縫寬15～20cm，并拌有明顯坍陷臺(tái)階?？孔髠?cè)較大，至右側(cè)懸空處依次減弱。

6整治措施

隧道施工至DK1985+360時(shí)開(kāi)始連續(xù)降雨，當(dāng)施工至DK1985+342時(shí)，隧道支護(hù)發(fā)生嚴(yán)重變形，最大侵限位移達(dá)85cm，開(kāi)挖工作被迫停止，進(jìn)行相應(yīng)的大變形整治。在嚴(yán)重變形區(qū)段，整治工作先后采取以下幾種處理措施：

(1)將地面沖溝填平，裂隙夯填壓實(shí)；單側(cè)加長(zhǎng)錨桿和增設(shè)水平鋼支撐，在大變形發(fā)生的最初階段針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況采取如下應(yīng)急措施：

①將地面沖溝填平，裂隙夯填壓實(shí)，在隧道頂部進(jìn)行8cm厚φ6鋼筋網(wǎng)（間距30×30cm）噴混凝土鋪砌，鋪砌范圍為中線左側(cè)20m至右側(cè)坡邊，鋪砌兩側(cè)做成斜坡?tīng)?，設(shè)置橫向和環(huán)向地表截、排水溝，加強(qiáng)排水。如圖所示。

②在DK1985+340～+370段設(shè)置橫向I20鋼支撐，間距1.2m，工字鋼上下二排，中間等間距設(shè)三道豎向支撐，工字鋼兩側(cè)與型鋼鋼架焊接，并將所有工字鋼在縱向用Φ22的鋼筋連接成一體。如圖所示。

③在DK1985+340～+375段左側(cè)隧道邊墻采用10ｍ長(zhǎng)φ52自進(jìn)式注漿預(yù)應(yīng)力錨桿，水平間距1ｍ，豎向布置3排。如圖所示。

(2)坡頂減壓,坡腳填方反壓措施

在采取加長(zhǎng)錨桿、增設(shè)橫向鋼支撐的措施下，隧道變形得到了基本控制，但變形仍有緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，為保證邊坡穩(wěn)定和施工安全，經(jīng)多方論證，決定采取洞頂減壓卸載，坡腳反壓增阻的措施，加強(qiáng)坡體的穩(wěn)定。具體方法為：在洞頂上方采取挖方措施，以減輕坡體下滑動(dòng)力，挖方深度視地形條件為4～7m不等，所挖巖土回填至坡腳，并在坡腳設(shè)置頂寬1.0m的漿砌片石擋墻，形成反壓護(hù)道，以達(dá)增阻之目的。處理后的坡面形式如圖5-9所示。

(3)抗滑樁措施

為保護(hù)線路左側(cè)既有構(gòu)筑物(信號(hào)塔)，并防止山體的繼續(xù)滑移，在線路左側(cè)孤立山頭下方設(shè)置8根直徑1.0m的鉆孔灌注樁，間距3~8m，樁深35m，嵌入穩(wěn)定基巖2.0m以上，在樁頂設(shè)系梁以加強(qiáng)整體性。如圖5-10所示。

(4)侵限支護(hù)拆換措施

由于前期施工過(guò)程中部分支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，局部初期支護(hù)侵限嚴(yán)重，為保證二次襯砌厚度，確保施工質(zhì)量，應(yīng)對(duì)侵限部分的支護(hù)進(jìn)行換拱處理。具體換拱作業(yè)方法如下：

①小導(dǎo)管注漿加固地層。由于圍巖軟弱，為確保換拱過(guò)程洞室穩(wěn)定和作業(yè)安全，在換拱作業(yè)前進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固地層，小導(dǎo)管采用φ42鋼管，邊墻長(zhǎng)度1.5m，拱部長(zhǎng)度3.0m，環(huán)向間距30cm。

②爆除原有混凝土結(jié)構(gòu)。爆破采用密眼、少藥的原則，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

③架設(shè)拱架。鋼架工字鋼采用Ⅰ22，拱架間距60cm。鋼架長(zhǎng)度視具體需要拆換支護(hù)長(zhǎng)度及原鋼架接頭位置具體加工。當(dāng)拱墻支護(hù)均需要拆換時(shí)，先換拱圈再換邊墻，為避免掉拱現(xiàn)象發(fā)生，在拱腳接頭處施作6根鎖腳錨桿進(jìn)行穩(wěn)定拱圈，鎖腳錨桿采用φ42鋼管，長(zhǎng)度4m。

④錨噴混凝土施工 。待拱架架立完成后，施作錨噴支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同原設(shè)計(jì)，新噴混凝土應(yīng)與原混凝土面保持平順。

經(jīng)過(guò)以上幾種措施的綜合處理，隧道變形和坡面穩(wěn)定得到了極大的改善和較好的控制效果，確保了工程施工安全和施工質(zhì)量。

7監(jiān)控量測(cè)

在偏壓嚴(yán)重段，隧道發(fā)生了嚴(yán)重變形，且變形均偏向低壓力一側(cè)；左側(cè)水平位移一般大于水平收斂，說(shuō)明左側(cè)發(fā)生了較大背向山坡一側(cè)位移，而右側(cè)發(fā)生朝向洞內(nèi)的較小位移；在采取了洞內(nèi)橫撐和長(zhǎng)錨桿后，變形增速減緩，但隨后還有發(fā)展的趨勢(shì)。

在采取了大變形控制系列措施后，進(jìn)行了初期支護(hù)拆換作業(yè)，拆換后初期支護(hù)變形穩(wěn)定，未出現(xiàn)初期支護(hù)開(kāi)裂現(xiàn)象。此時(shí)隧道最大拱頂下沉41mm，變形得到了抑制。如圖7-6為典型斷面初期支護(hù)拆換后拱頂下沉?xí)r間曲線。

（1）地表沉降及水平位移

DK1985+355處最大地表沉降達(dá)119.49mm，基本在隧道的正上方；最大水平位移達(dá)82.35mm，位于隧道左側(cè)高坡處。

（2）裂縫觀察

隧道洞內(nèi)一般地段支護(hù)效果較好，未出現(xiàn)初期支護(hù)裂紋。在隧道偏壓嚴(yán)重段，洞內(nèi)出現(xiàn)初期支護(hù)開(kāi)裂、掉塊現(xiàn)象；洞頂在洞內(nèi)變形后出現(xiàn)縱向裂縫3~4條，小裂縫密布；橫向裂縫2條，在掌子面前方。出現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)采取了系列針對(duì)措施，并最后進(jìn)行了初期支護(hù)拆換，拆換后初期支護(hù)效果良好，未出現(xiàn)初期支護(hù)開(kāi)裂現(xiàn)象。

二次襯砌結(jié)構(gòu)良好，無(wú)任何二次襯砌混凝土開(kāi)裂與破損現(xiàn)象。

案例—富溪隧道偏壓治理四1隧道工程概況

富溪隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度620m，最大埋深122m，采用雙連拱型斷面。隧道穿越地層主要為中元古界薊縣系大谷遠(yuǎn)組下段變砂巖和第四系滑坡堆積層。

在隧道的進(jìn)出口地段，風(fēng)化非常嚴(yán)重，穩(wěn)定性極差。隧道進(jìn)口F5斷層破碎帶寬度為20～50m，于K205＋680～＋720與線路相交，對(duì)隧道進(jìn)口段圍巖穩(wěn)定性影響較大。

隧道進(jìn)口于山體一側(cè)通過(guò)，左側(cè)地形陡峭，邊坡較高，右側(cè)為一小沖溝，造成偏壓。導(dǎo)致初支發(fā)生嚴(yán)重開(kāi)裂。

2治理措施

（1）在坡腳施工擋墻

為了抵抗由于偏壓造成的不均衡水平推力，在坡腳右側(cè)施工片石混凝土擋墻，并在擋墻內(nèi)回填碎石土。

（2）注漿加固右側(cè)松散體

由于進(jìn)口右側(cè)山體覆蓋層很薄，且原巖主要為土夾石，為了提高巖體強(qiáng)度，采用深孔注漿加固圍巖。注漿可以采用洞內(nèi)注漿或地表注漿。

（3）及時(shí)進(jìn)行明洞施工

為了抵抗進(jìn)口仰坡的縱向推力，及時(shí)修建明洞襯砌。

（4）繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

為了判斷進(jìn)口圍巖的穩(wěn)定情況，加強(qiáng)了地表沉降及水平位移的監(jiān)測(cè)工作。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分別采取以下兩種施工方案：

a、圍巖穩(wěn)定時(shí)及時(shí)施工洞口段50m范圍二次襯砌。

b、圍巖不穩(wěn)定時(shí)必須采取措施綜合治理邊坡。