【摘要】以宜萬鐵路邊家灣隧道為實例，介紹了淺埋軟弱圍巖隧道的施工方法、施工中發現的問題、采取的對策及取得的經驗。
　　【關鍵詞】隧道，淺埋，軟弱圍巖，施工技術探究
　　1、前言
　　淺埋、軟弱圍巖隧道，地質、地形情況復雜，在施工過程中，會出現各種不安全因素。宜萬鐵路邊家灣隧道淺埋軟弱圍巖段施工過程中，隨著掌子面開挖，地表及洞內產生縱、橫向裂縫，初期支護出現開裂，鋼拱架扭曲變形，對施工安全產生極大的威脅，本文就如何采取對策減少裂縫及收斂變形，調整施工方案，確保施工安全，進行介紹。
　　2、工程概況
　　新建宜（昌）萬（州）鐵路第九標段邊家灣隧道位于湖北省長陽縣賀家坪鎮境內，為第Ⅱ線單洞隧道，隧道全長1329m。隧道出口DK70+406～DK70+616段為淺埋軟弱圍巖段,其地質情況是:第四系全新統坡積的粉質黏土、全風化～強風化第三系砂巖，黏土土質較勻，濕潤，稍密，土黃色，Ⅱ級普通土，σ0=140KPa；強風化砂巖，破碎成碎塊狀，Ⅲ級硬土，σ0=360KPa；平均埋深6.4m，穩定性差，風化強烈，節理密度小，多以順層剪節理性質的構造裂隙露出，在施工過程中易發生崩塌、掉塊、側壁失穩等不良地質災害，危及施工安全。
　　3、設計支護參數
　　Ф42超前小導管，長4.0m，環向間距為40cm，縱向搭接長度為1.0m；20b工字鋼間距為3榀/2m；Ф22砂漿錨桿間距為1.2m×1.2m，長度為3.5m；φ6.5×φ8鋼筋網(全斷面)，網格尺寸20cm×20cm；C25噴射砼厚度為27cm；二次襯砌為C35鋼筋混凝土，厚45cm；Ф42鎖腳小導管長4.0m，每榀拱架8根。預留變形量為13cm。
　　4、施工方案
　　根據設計的圍巖級別及支護參數，采取的施工方案如下：
　　4.1超前小導管結合套拱進洞
　　套拱內采用20b型工字鋼，間距為50cm，共4榀，最內1榀盡量緊靠邊坡，工字鋼之間采用雙層Ф22鋼筋連接，鋼筋環向間距為100cm。Ф42超前小導管預注水泥漿加固圍巖，小導管與工字鋼焊接，套拱采用40cm厚C35混凝土澆注。套拱拱腳落在堅實的基礎上，拱腳橫向焊接1.5m長20b型工字鋼，拱腳混凝土橫向寬2m，厚3m，防止下沉。
　　4.2三臺階七步作業法洞身施工
　　上臺階高度控制在2m，長度2～3m，中臺階高度3m，長度為3～5m，下臺階高度3～5m，長度5～8m，每循環開挖長度為0.5m；開挖采用風鎬或挖掘機開挖，必要時輔以弱爆破。形成超前支護、開挖、初期支護、仰拱填充、二次襯砌、整體推進的施工格局。
　　工序間距仰拱離掌子面距離不超過25m，襯砌離掌子面距離不超過70m。三臺階七步作業法的施工工序如圖1所示。
　　5、施工過程中發現的問題
　　5.1地表與洞內貫通的裂縫
　　掌子面開挖至DK70+486.5時，地表開始發現裂縫，開挖至DK70+475.25時，洞內也出現裂縫，地表裂縫隨著掌子面開挖，繼續向前發展，此時襯砌采取跳打方式已施工完DK70+493.55～DK70+502.55。
　　5.2洞內初期支護變形大
　　上臺階開挖后，拱頂下沉明顯，拱腳收斂變形較小；中、下臺階開挖后，仰拱施工前，拱頂下沉、拱腳收斂變形加劇；仰拱施工后，變形速率趨緩，但仍未趨穩定。經持續觀測發現，DK70+510拱頂下沉累計16.5cm，水平位移累計11cm；DK70+500拱頂下沉累計16cm，水平位移累計9cm，表現為鋼架扭曲，噴層開裂、剝落掉塊。收斂變形及拱頂下沉速率一般為4～20mm/d。
　　2006年4月16日至2006年6月27日，對DK70+525～DK70+480段的洞內拱頂下沉和地表沉降監測結果見表1、表2，典型斷面洞內拱頂下沉及地表沉降隨時間的變化曲線如圖1和圖2所示。表1和圖1可知此段洞內各拱頂下沉點累計沉降量在120～170mm之間，隧道的總體變形量較大，日平均沉降速率也較大，最大達30mm/d。從表2和圖2可知此段地表中心位置點下沉累計沉降量為38～96mm，隧道的總體變形量較大，日平均沉降速率最大為8mm/d。
　　5.3變形原因分析
　　試驗表明：邊家灣隧道出口段軟巖的軟化系數為0.54～0.56，該軟巖遇水易崩解軟化，加之本地區雨量充沛，地下裂隙水較發育，與地表沖溝相對應的洞身圍巖和相對埋深較淺地段一般極破碎，裂隙貫通，滲漏水嚴重并持續時間長，結構松弛，吸水膨脹泥化，力學強度降低。
　　初期支護開裂表明：盡管覆蓋層不是很厚，由于軟巖的松弛變形，巖體仍難以自穩，軟巖呈現軟塑狀，其蠕變特性進一步顯現出來，變形速率衰減緩慢，導致隧道凈空持續壓縮，裂縫寬度隨時間逐步增加，對施工安全造成威脅。
　　裂縫和變形也進一步說明了，采用的支護參數和支護措施需要進一步進行優化和加強。
　　
　　6、施工對策
　　6.1暫停掘進，進行臨時支撐搶仰拱，跳打襯砌，及時封閉
　　掌子面開挖至DK70+475.25時，由于收斂未趨穩定，立即停止掌子面掘進，上臺階已施工的初期支護用枕木垛支撐。中臺階已施工的鋼拱架用工字鋼橫向臨時支撐加固，工字鋼之間縱向連接。迅速施作仰拱，每次仰拱施工長度為3m，仰拱離掌子面距離不超過10m，5天內全部完成。
　　軟巖隧道前期變形速率大，變形時間長，且圍巖壓力大，圍巖壓力以形變壓力為主，松動壓力所占比例很小。根據施工實踐，二次襯砌施作可不必受規范的0.2mm/d的限制，否則勢必延遲二襯施作時間，使變形不易控制，造成支護變形侵限甚至造成坍塌。稍早施作二次襯砌來承擔部分因初期支護不足而產生的荷載對軟巖大變形隧道是可行的，對安全也是有利的[2]。
　　當地表開始出現裂縫時，襯砌離掌子面距離為59.5m，按順序施工，9m臺車需20天以上，因此采取跳打襯砌方式，切實加強施工過程控制，加快施工進度。當掌子面開挖至DK70+475.25時，DK70+493.55～DK70+502.55段二次襯砌已施工完成。
　　掌子面暫停施工后，二襯繼續施工DK70+493.55～DK70+484.55段，距掌子面9.3m，然后倒著施工中間未襯砌段，21天完成。
　　6.2增加導管、初期支護背后注漿加固
　　初期支護開裂部位及拱架連接處采用4m長Ф42小導管注漿加固，每榀拱架左右側各增加4根小導管，盡量與拱架焊接。初期支護由于下沉及變形，背后存在不密實情況，在拱頂打眼注漿加固，經加固后收斂變形明顯變緩。新作初期支護繼續堅持注漿加固，以增強初期支護的整體性。
　　6.3掌子面前方地表注漿加固
　　在襯砌施工期間，為了確保洞身繼續開挖施工安全，加固巖體，減小圍巖變形量，對掌子面前方洞頂地表40（縱向）×25（橫向）m2范圍進行Φ42mm小導管注漿加固，孔深6m，間距為2m，按梅花型布設。
　　6.4調整繼續開挖支護參數，增加縱向托梁，加強拱架縱向連接
　　支護設計必須采用讓壓與加固、支護相結合的方法。對大變形要讓得適度；對于軟弱部分，要進行加固調整；對于圍巖整體，要支護得住[3]。因此將預留沉落量增加到30cm。
　　Ф42超前小導管，調整為雙排，排距為30cm，搭接長度為1.5m，每排布置情況不變。20b工字鋼間距調整為1榀0.5m；Ф22砂漿錨桿間距調整為0.5m×1.2m，長度為4.5m，保證系統錨桿與拱架焊接，以增強初期支護的整體性。鋼筋網間距調整為φ8×φ8（全斷面），間距20cm×20cm。Ф42鎖腳小導管每榀拱架調整為12根。同時由于部分初支侵入襯砌，將襯砌混凝土強度提高一個等級。
　　中、下臺階開挖后，鎖腳小導管注漿使土體含水量增大，拱頂下沉明顯增大，為減小拱頂下沉，在拱腳增加一根工字鋼縱向托梁，托梁之間及托梁與拱架之間均采用螺栓連接。同時為減少環向裂縫，增加縱向連接筋，環向間距調為50cm，連接筋與拱架之間采用掛鉤滿焊連接。
　　6.5調整工序銜接距離
　　根據隧洞圍巖位移的線彈性分析，毛洞圍巖距隧洞開挖面2D（D為隧道跨度）時，掌子面對其約束效應已消失，軟弱巖體主要表現為流變特性[4]。因此將開挖調整為超短三臺階施工，每循環開挖長度為0.5m，各個臺階施工長度取最小值。一旦上臺階開挖達到10m，立即停止掘進，用枕木垛支撐；取消中臺階、下臺階，直接開挖到上臺階；仰拱立即跟進，然后每7m施工一次二襯。保證仰拱離上臺階長度不超過10m，二襯離掌子面距離不超過20米（2D=25m）。
　　6.6調整開挖方法
　　爆破震動大，容易產生裂縫，爆破后，拱頂下沉及水平位移等急劇增大，由于施工需要，盡量采用弱爆破，減少對圍巖的震動，避免產生裂縫，然后挖掘機開挖，最后人工用風鎬修邊。
　　7、結論
　　7.1淺埋軟弱圍巖隧道，應提高支護剛度，同時支護體結構與強度設計，應與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結合，與圍巖變形及強度相匹配。初期支護背后注漿加固作用明顯，建議在以后淺埋軟弱圍巖設計中增加初支后注漿。
　　7.2工序銜接距離，應盡可能縮短，等圍巖收斂穩定后再施工二次襯砌顯然是要不得的，洞身開挖后，盡量在20天內施工完二次襯砌。為防止襯砌開裂，可適當增加預留沉落量，提高混凝土防裂性能及強度等級。
　　7.3淺埋軟弱圍巖隧道施工過程中，地表沉降、洞內位移量測及超前地質預報對指導施工作用重大。
　　7.4加強拱架的縱向連接及增加縱向托梁，有利于提高支護剛度，減少環向裂縫和沉降。
　　7.5軟弱圍巖施工中，必須遵循“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌”的施工原則。
　　
　　參考文獻
　　[1]靳曉光,王蘭生,衛宏.公路隧道圍巖變形監測及其應用[J].中國地質災害與防治學報,2000,11(1):19-22.
　　[2]劉志春,孫明磊,賈曉云,等.烏鞘嶺隧道F4～F7斷層區段壓力、應力實測與分析[J].石家莊鐵道學院學報,2006,19(2):13-17.
　　[3]陶波,伍法權,郭啟良,等.高地應力作用下烏鞘嶺深埋長隧道軟弱圍巖流變規律研究[J].地球與環境,2005,33:304-308.