软岩隧道三线大跨段施工方法研究

张 伦

(成兰铁路有限责任公司，四川 成都 610051)



软岩隧道三线大跨段施工方法研究

张 伦

(成兰铁路有限责任公司，四川 成都 610051)

基于成兰铁路杨家坪出口三线大跨段隧道的复杂地质条件，提出了双侧壁导坑法的成套施工方法，阐述了具体的施工工艺，并进行了监控量测，实践表明该施工方法确保了三线大跨段的安全施工，加快了施工进度，在工程中应用达到了预期效果。

软岩隧道，三线大跨段，施工方法，监测

0 引言

为了更好的满足日益增长的交通流量和交通条件，近些年，德国瓦尔德克Ⅱ号水电站地下厂房，福州象山四连拱隧道和广州环城公路白云隧道等大跨隧道工程[1,2]相继修建。

隧道跨度加大，导致围岩应力分布更加复杂，围岩变形难以控制，设计施工技术更加复杂。大跨铁路隧道普遍存在围岩条件较差，隧道跨度大且结构扁平，大跨段多位于隧道洞口。对于岩堆体中的大跨浅埋隧道，开挖过程中围岩稳定性更加难以控制，使大跨段隧道施工和量测具有极大困难。因此，对大跨段铁路隧道修建技术进行深入的研究具有重要的现实意义。

鉴于大跨铁路隧道的复杂性，应对隧道的设计和施工进行全面分析，以保证施工安全。下面结合杨家坪隧道的出口三线大跨段的工程实践，通过总结分析，提出三线大跨段合理的施工方案，对在复杂围岩条件下铁路大跨隧道的施工作一些探讨，以供借鉴。

1 工程概况及特点

1.1 工程简况

杨家坪隧道位于成兰铁路CLZQ-6标段内，属于高风险隧道，全长12 815 m，起讫里程为DK111+220～DK124+035。线路纵坡为单面上坡，坡度分别为17.8‰，10.3‰，1‰的上坡。进口DK111+220～DK112+720段1 500 m为左右洞分修，DK112+720～DK113+080段为分合修过渡段，DK113+080～DK123+845段为双线段，DK123+845～DK124+035段为分三线大跨段。三线大跨段内净宽为17.4 m，内净高10.37 m；开挖宽度21.07 m，开挖高度13.99 m，采用双侧壁导坑法施工。

1.2 地质情况

杨家坪隧道出口围岩地质复杂多变，软弱破碎，施工难度极大。三线段洞身洞口段位于第四系全新统堆积卵石土、块石土层的堆积体，内夹漂石，松散、整体性差，不能自稳，易崩解剥落使掌子面前方拱部形成比较大的空洞；进洞后为志留系中上统茂县群千枚岩和炭质千枚岩，围岩强度5 MPa～15 MPa，岩体极为破碎，极软弱，遇水软化成泥，围岩成拱性及自稳性差。

2 洞口工程施工

洞口工程施工顺序：

1)对洞口边仰坡上方的危岩落石松散石块进行清除，施作被动防护网及天沟→平顺自然仰坡，并及时施作地表φ76钢管桩，为施作预加固桩提供作业平台→施工预加固桩。

2)洞口上半部挖方由上而下，逐层清方，每3 m一层进行施作临时边坡及明暗直立开挖面防护→喷C25混凝土，挂钢筋网。

3)施作导向墙、管棚→分层自上而下开挖洞口土体至路基面，并及时施作剩余的明暗分界掌子面及临时边坡防护措施→施作明洞衬砌及回填→施作隧道洞门，以及洞口相关附属工程。

3 洞身段施工

3.1 洞身段施工顺序

1)将洞口明暗分界里以外的地面开挖至双侧壁导坑断面的中部位置，边开挖边进行隧道洞口正面防护及靠山侧的山体边坡防护→隧道的山体外侧导坑、山体内侧导坑、中槽按先后顺序分别往暗洞方向进行开挖支护施工。

2)将洞口以外的地面继续开挖至隧道底部位置，边开挖边进行隧道洞口正面防护及靠山侧的山体边坡防护→隧道的山体外侧导坑、山体内侧导坑下断面按先后顺序分别往暗洞方向进行开挖支护施工→双侧导坑的下断面开挖支护逐步推进、向导坑上断面跟进靠拢到相距约3 m处。

3)按双侧壁导坑法的标准工艺流程进行后续的三线大跨隧道开挖支护施工。

3.2 洞身双侧壁导坑法施工

按双侧壁导坑法的标准工艺流程进行后续的三线大跨隧道开挖支护施工，双侧导坑、中槽依次错开约3 m～5 m距离，同步向前推进，双侧壁导坑法的施工工序横断面见图1。

对于双侧壁导坑法的施工工艺，其流程图如图2所示。

双侧壁导坑法关键施工步骤如下：

1)弱爆破开挖①部→然后喷8 cm厚混凝土的封闭掌子面→施作①部导坑周边初期支护和临时支护→钻设径向锚杆，而后复喷混凝土至设计厚度，在①部导坑周边施作下一循环的超前支护。

2)滞后于①部一段距离，然后弱爆破开挖②部→对封闭掌子面喷8 cm厚混凝土→对导坑周边部分先初喷4 cm厚混凝土，后铺设钢筋网接长型钢钢架及Ⅰ18型临时钢架，并对钢架设锁脚锚管→钻设径向锚杆，而后复喷混凝土至设计厚度，对侧壁导坑封闭成环。

3)滞后于②部一段距离后，开始弱爆破开挖③部，并施作导坑周边初期支护、临时支护和下一循环超前支护，步骤及工序和第1)步相同→滞后③部一段距离后，对④部弱爆破开挖，并施作导坑周边初期支护及临时支护，其步骤及工序同第2)步。

4)弱爆破开挖⑤部→对封闭掌子面喷设8 cm厚混凝土→对导坑周边初喷4 cm厚混凝土，然后架设拱部型钢钢架和钻设径向锚杆，接着复喷混凝土至设计厚度。

5)滞后于⑤部一段距离后，对⑥部弱爆破开挖→滞后于⑥部一段距离后，对⑦部弱爆破开挖→滞后于⑧部一段距离后，对⑨部弱爆破开挖→在隧底周边部分初喷2 cm厚混凝土，其次架设仰拱型钢钢架，从而使整个衬砌钢架封闭成环。

4 监控量测

4.1 监测断面布置

根据TB 10201—2007铁路隧道监控量测技术规程，杨家坪隧道出口洞顶共布设三个地表沉降观测断面，纵向间距10 m；隧道出口洞内监测点按纵向5 m一个断面进行布设，以监测每个分部的拱部下沉和每个台阶的水平收敛变化值和变形速率，断面各测点布置示意图见图3。

4.2 监控量测结果分析

1)地表沉降监控量测情况如表1所示。

监测结果显示：最大沉降量发生在靠中线位置，在掌子面掘进、每个台阶往下挖、仰拱闭合、拆除竖撑时是变形最大的时候，施工时应及时做好支护措施，尽早施作好横撑和将初期支护闭合成环，并加强观察观测。

表1 地表沉降监控量测情况表

里程埋深/m最大沉降点最大沉降累计量/mmDK124+0186中线上46.5DK124+00815中线上42.8DK123+98837中线上39.2

2)洞内拱顶下沉和水平收敛情况如图4，图5所示。

综合分析以上监测数据，三线大跨段洞身围岩的变形规律如下：

1)最大沉降量发生在靠中槽拱顶位置，侧壁导坑拱顶在下台阶往下开挖时、仰拱开挖时沉降量比较大。侧壁导坑上台阶的收敛值大于下台阶收敛值，可能是受下台阶开挖影响。

2)在下台阶往下挖、仰拱开挖时、拆除竖撑时是变形比较大的时候，安全风险比较大，施工时应及时做好支护措施，尽早施作好横撑，尽早将初期支护闭合成环，并加强观察观测。当变形发生突变时应采取增加横撑，减慢掌子面掘进速度，加强支护措施等办法。

3)有部分段落围岩情况变差，拱顶下沉和水平收敛值变形速率增大，遂增加中管棚、径向注浆、型钢支撑脚下垫槽钢等加强支护措施，围岩变形速率明显减少并趋于稳定，说明在三线大跨施工过程中根据围岩变形情况加强支护措施对围岩稳定是非常有必要的。

5 结语

杨家坪隧道出口三线大跨段施工克服了地质条件差、围岩软弱破碎、地下水丰富、跨度大、工序多等困难，洞身采用双侧壁导坑法施工，达到了各项安全质量管理目标，工程质量合格。

1)三线大跨软岩富水隧道的施工原则为“弱开挖、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”，以避免对围岩产生大的扰动，同时要进行及时的支护和量测，仰供衬砌紧紧跟进。

2)采用双侧壁导坑施工三线大跨隧道是非常有效的方法，分部开挖，增加竖向和横向临时支撑，逐步闭合成环。应注意的是，在两侧壁导坑超前中槽部位5 m～10 m处，错开进行开挖和支护；对侧壁导坑和中槽部位应采用短台阶法进行开挖，各步台阶开挖长度控制是关键；各部开挖后应及时进行初期支护及临时支护，并尽早封闭成环。

3)三线大跨隧道采用双侧壁导坑法施工，安全顺利进洞是隧道成功的一半。千枚岩围岩破碎，开挖爆破和欠挖处理容易引起超挖，采用破碎头和铣挖机开挖能大大减少超挖，减少对围岩的损伤，最大限度的保护围岩，对施工安全非常有利。

[1]周天江.四连拱大跨度浅埋隧道的设计.世界隧道,1999(1):10-15.

[2]蒲春平,刘 可,胡占荣.京珠高速公路粤境南段五龙岭大跨、连拱隧道的施工.世界隧道,2000(6):34-37.

[3]张顶立,王梦恕,高 军,等.复杂围岩条件下大跨隧道修建技术研究.岩石力学与工程学报,2003(2):290-296.

[4]刘洪洲.大跨度扁坦隧道施工的力学响应及施工方法的研究.岩石力学与工程学报,2000(4):428.

[5]张 延.软弱围岩中修建大跨隧道的设计和施工.地下空间,2002(1):21-28，93.

[6]TB 10201—2007，铁路隧道监控量测技术规程.

Research on the construction method of soft rock tunnel three line large span section

Zhang Lun

(ChenglanRailwayLimitedLiabilityCompany,Chengdu610051,China)

Based on the complex geological conditions of Chenglan Railway Yangjiaping export three line large span tunnel, this paper proposed the sets of construction method of double sidewall drift method, elaborated specific construction technology, and made monitoring and measuring, the practice showed that the construction method ensured that the safety construction of three line large span section, to speed up the construction progress and reached expected effect in engineering application.

soft rock tunnel, three line large span section, construction method, monitoring

1009-6825(2015)18-0177-03

2015-04-18

张 伦(1979- )，男，工程师

U455

A