李小坤

(昆明鐵路局，昆明 650011)

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)的公路工程、鐵路工程和地下工程迅猛發(fā)展，長(zhǎng)大隧道也越來(lái)越多。在隧道施工過(guò)程中常會(huì)遇到軟弱圍巖，而圍巖變形開(kāi)裂是地下工程中危害極大的一種地質(zhì)災(zāi)害。掌握軟弱圍巖隧道施工技術(shù)對(duì)變形的影響，展開(kāi)切實(shí)可行的支護(hù)技術(shù)研究，對(duì)保證隧道工程的順利施工有著非常重要的意義。關(guān)于隧道軟弱變形的研究很多，文獻(xiàn)［1－2］主要介紹了隧道軟弱圍巖變形的理論研究;文獻(xiàn)［3－7］主要介紹了隧道穿越復(fù)雜條件下控制圍巖穩(wěn)定性的措施;文獻(xiàn)［8－13］分別介紹了斷層、千枚巖大變形、順層偏壓軟巖、高地應(yīng)力引起的變形等施工技術(shù);但對(duì)隧道穿越滇中紅層這一特殊地質(zhì)條件下的變形研究不多，廣昆線老東山隧道穿越典型的滇中紅層地層，隧道在施工過(guò)程中多次出現(xiàn)了初期支護(hù)變形開(kāi)裂現(xiàn)象，本文通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)、隧道初期支護(hù)變形開(kāi)裂的規(guī)律和原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，在參考現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地調(diào)整支護(hù)參數(shù)等，成功地解決了隧道施工中的變形開(kāi)裂問(wèn)題。

1 工程概況

根據(jù)區(qū)域性地質(zhì)勘察報(bào)告，滇中紅層分布于金沙江以南，哀牢山以東，祿豐董戶村以西的云南大部分地區(qū)。該地區(qū)地處青藏高原邊緣，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，斷層構(gòu)造發(fā)育，地震活動(dòng)極為頻繁，加之降水集中，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。成昆線擴(kuò)能改造工程廣通至昆明段(簡(jiǎn)稱廣昆鐵路)老東山隧道地處云貴高原西部，途經(jīng)地質(zhì)較為復(fù)雜的滇中紅層地區(qū)。隧道全長(zhǎng)7 578 m，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)度分別為3 120，2 700，1 758 m，隧道穿越老東山F4斷層、官村至白云寺F2斷層和哨村F1斷層。隧道最大埋深約370 m，是廣昆線的重點(diǎn)控制工程，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)極高。

老東山隧道所處地層上臺(tái)階為灰黃、灰綠夾紫紅色砂巖夾泥巖，薄至中厚層狀，泥質(zhì)、細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥巖、砂巖均為泥質(zhì)膠結(jié)，屬軟質(zhì)巖，強(qiáng)風(fēng)化與弱風(fēng)化相間，砂巖以強(qiáng)風(fēng)化為主(呈碎塊狀)，泥巖為全風(fēng)化(呈土狀);中下臺(tái)階巖體為灰黃夾紫紅色泥巖、砂巖互層，薄至中厚層狀，泥質(zhì)膠結(jié)，屬典型的滇中紅層地層。

老東山隧道在歷時(shí)近4 a的施工過(guò)程中，受異常復(fù)雜工程水文地質(zhì)條件的影響，先后遭遇塌方1次，突水涌泥3次，變形、開(kāi)裂30余次。

2 老東山隧道初期支護(hù)變形開(kāi)裂特征與規(guī)律分析

老東山隧道在施工過(guò)程中初期支護(hù)出現(xiàn)了多次變形、開(kāi)裂現(xiàn)象，針對(duì)開(kāi)裂情況，通過(guò)分析施工過(guò)程中隧道周邊變形監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及其與施工工序、施工時(shí)間的相互關(guān)系，歸納分析出老東山隧道圍巖變形特征。隧道裂紋展開(kāi)情況見(jiàn)圖1。

圖1 裂紋展開(kāi)圖Fig.1 Crack of the tunnel

2.1 圍巖量測(cè)數(shù)據(jù)顯示的5種關(guān)系

1)變形與工序的關(guān)系。上臺(tái)階開(kāi)挖當(dāng)天變形量為2～4cm，初期支護(hù)施工完畢后為1～2cm/d;下臺(tái)階開(kāi)挖當(dāng)天，水平收斂較大，達(dá)到3 cm左右，初期支護(hù)施工完畢后保持在1～2cm/d;仰拱開(kāi)挖當(dāng)天變形在3cm左右，仰拱混凝土施工完成后保持在5～8 mm/d。中下導(dǎo)坑落底對(duì)拱部的變形有較大影響。

2)變形與噴射混凝土的關(guān)系。變形量達(dá)15 cm時(shí)，噴射混凝土表面可見(jiàn)裂縫(中導(dǎo)坑最為明顯)，20 cm時(shí)局部剝落，30 cm以上時(shí)大塊剝落(見(jiàn)圖2)。

3)變形與鋼架的關(guān)系。使用單層I20b型鋼鋼架，變形量達(dá)23cm時(shí)，鋼架局部變形;變形量達(dá)27cm時(shí)，鋼架局部扭曲(見(jiàn)圖3);變形量達(dá)43 cm以上時(shí)，鋼架局部折斷，墻部收斂值大于拱頂下沉值。使用單層I22b型鋼鋼架，變形量達(dá)25 cm時(shí)，鋼架局部變形;變形量達(dá)30 cm時(shí)，鋼架局部扭曲;變形量達(dá)46 cm以上時(shí)，鋼架局部折斷(見(jiàn)圖4)。使用雙層I22b型鋼或單層H200型鋼鋼架支護(hù)，變形量達(dá)28 cm時(shí)，鋼架局部變形凸起。目前為止，無(wú)鋼架扭曲或折斷現(xiàn)象。

4)變形與時(shí)間的關(guān)系。初期支護(hù)完成后，若17 d內(nèi)不及時(shí)施作二次襯砌，初期支護(hù)變形面積將隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷擴(kuò)大，造成侵限，大多需要拆除重做。

5)變形與施工的關(guān)系。掌子面開(kāi)挖對(duì)后方10～15 m范圍的初期支護(hù)變形影響較大;下半斷面拉槽開(kāi)挖對(duì)初期支護(hù)變形的影響一般局限于拉槽開(kāi)挖長(zhǎng)度內(nèi);中下導(dǎo)坑落底或仰拱開(kāi)挖施工時(shí)，初期支護(hù)變形量明顯增加;已施工的部分段落在仰供和二次襯砌施作完成后，附近的初期支護(hù)仍然無(wú)法快速穩(wěn)定(見(jiàn)圖5)。

圖5 二次襯砌完成后，端頭附近初期支護(hù)開(kāi)裂嚴(yán)重Fig.5 Serious crack of primary support

2.2 施工工序間銜接對(duì)變形的影響

1)上、下臺(tái)階間距對(duì)變形的影響。主要表現(xiàn)在能否及時(shí)將下臺(tái)階施工，以及能否及時(shí)將仰拱施工完畢后形成封閉的整體受力結(jié)構(gòu)。

2)仰拱與下臺(tái)階間距對(duì)變形的影響。仰拱封閉成環(huán)后，初期支護(hù)形成整體受力結(jié)構(gòu)，抵抗圍巖變形的能力大大增強(qiáng)，由仰拱成環(huán)前的1～2 cm/d減少到仰拱成環(huán)后的5～8mm/d。也就是說(shuō)，如果提前1 d將仰拱封閉成環(huán)，則每天可將圍巖初期支護(hù)的變形減少1/2(10 mm)左右。

3)二次襯砌與掌子面間距對(duì)變形的影響。距離越遠(yuǎn)，則變形時(shí)間越長(zhǎng)，總變形量就越大;距離越短，則變形時(shí)間就越短，總變形量就越小。但是二次襯砌混凝土施工太早，二次襯砌混凝土承受的圍巖壓力較大，對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生不利影響。

2.3 變形開(kāi)裂的特征

1)變形量大。老東山隧道進(jìn)口工區(qū)拱頂最大下沉量32 cm，邊墻最大收斂量41 cm;平均下沉和邊墻收斂均在15 cm以上的段落有166 m。2#斜井工區(qū)拱頂最大下沉量45cm，邊墻最大收斂量65cm;平均下沉在15 cm以上的段落共227 m，邊墻收斂在15 cm以上的段落共411 m。

2)變形開(kāi)裂的段落長(zhǎng)、比例高。老東山隧道進(jìn)口2008年9月13日至2010年4月17日施工1 003 m，發(fā)生的變形開(kāi)裂段落長(zhǎng)達(dá)309 m，達(dá)31%;2#斜井自2009年3月17日至2010年5月13日施工576 m，發(fā)生的變形開(kāi)裂段落長(zhǎng)達(dá)196 m，達(dá)34%。

3)變形開(kāi)裂出現(xiàn)時(shí)間早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。老東山隧道2#斜井工區(qū)一般發(fā)生在初期支護(hù)完成2～3 d后，局部明顯出現(xiàn)裂紋，持續(xù)時(shí)間達(dá)到16 d時(shí)，情況會(huì)較為嚴(yán)重，易出現(xiàn)侵限;進(jìn)口工區(qū)一般在初期支護(hù)完成5～7 d后，變形速率較快且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

4)變形開(kāi)裂部位較為集中。大部分變形開(kāi)裂首先出現(xiàn)在線路右側(cè)拱部或拱腰偏下處，呈縱向開(kāi)裂;隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)環(huán)向開(kāi)裂并不斷加劇。

5)安全距離要求高。仰拱和二次襯砌與掌子面之間的安全距離要嚴(yán)格控制在30～50 m，一旦拉大距離，出現(xiàn)變形開(kāi)裂導(dǎo)致?lián)Q拱的可能性就極大。

3 老東山隧道初期支護(hù)變形開(kāi)裂原因分析

對(duì)于軟弱圍巖隧道施工發(fā)生的初期支護(hù)變形開(kāi)裂問(wèn)題，其產(chǎn)生的原因是多樣的，綜合分析老東山隧道所處的地層條件及變形的分布特征，可以確定其產(chǎn)生大變形的原因主要有以下幾個(gè)方面。

3.1 巖性因素

滇中紅層是一種軟—半堅(jiān)硬特殊性巖組，這一砂泥質(zhì)巖組多鈣泥質(zhì)膠結(jié)，富含芒硝、石膏和巖鹽，含可溶鹽泥巖，遇水易崩解和濕陷，同時(shí)含鹽泥巖夾層。該巖層具有一定的膨脹性，其膨脹變形率可達(dá)12%;特別是干濕交替頻繁的環(huán)境下，巖體更易風(fēng)化變形破壞，浸水后黏聚力和內(nèi)摩擦角急劇下降，大變形擴(kuò)容松動(dòng)和水浸泡后的滑動(dòng)帶的黏聚力可衰減至0;在充水飽和后體積不變的條件下，膨脹壓力可高達(dá)130 MPa。在這種膨脹壓力的作用下，極易導(dǎo)致隧道初期支護(hù)變形開(kāi)裂。

3.2 地下水因素

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，幾乎所有的初期支護(hù)變形開(kāi)裂都伴隨著滲水的影響(見(jiàn)圖6)。其破壞過(guò)程是一個(gè)漸進(jìn)的力學(xué)過(guò)程，總是從小變形開(kāi)始，然后累積到一定的程度，在一處或者幾處關(guān)鍵部位首先產(chǎn)生破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)、崩潰。已完成的初期支護(hù)段落在擱置大約7 d后，其背后的地下水開(kāi)始活躍，初期支護(hù)表面開(kāi)始潮濕，伴隨著變形開(kāi)裂的發(fā)生，圍巖量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，一般情況下，17 d內(nèi)初期支護(hù)一旦無(wú)法成環(huán)，鋼架將產(chǎn)生扭曲折斷直至侵限甚至坍塌。

圖6 變形開(kāi)裂的前兆(初期支護(hù)表面大面積滲水)Fig.6 Portent of tunnel deformation and cracking:large area of water seeping on the surface of the primary support

老東山隧道以泥巖、砂巖和泥巖夾砂巖為主，各個(gè)掌子面的圍巖對(duì)水的敏感性很強(qiáng)，遇水后強(qiáng)度衰減得很快，直接導(dǎo)致的結(jié)果是突水、涌泥或局部的溜塌。掌子面及初期支護(hù)表面出現(xiàn)的滲水主要為基巖裂隙水，由于滇中紅層為軟弱巖類，其孔隙比較大，黏結(jié)力差，地下水容易在其中產(chǎn)生滲流。隧道開(kāi)挖后，在地下水滲流作用下，極易產(chǎn)生滑塌和因軟巖強(qiáng)度降低造成的圍巖變形，對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大壓力;而且地下水對(duì)結(jié)構(gòu)面的軟化、泥化和潤(rùn)滑作用，降低了結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，使圍巖發(fā)生大范圍的剪切破壞，或使巖體沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切滑動(dòng)，從而產(chǎn)生圍巖大變形。由于無(wú)法探明地下水的來(lái)源，施工過(guò)程中對(duì)于水的處理存在較大的盲目性。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造因素

老東山隧道地處3條逆沖斷層夾持的構(gòu)造擠壓帶中，地層巖性復(fù)雜，砂巖和泥巖混雜，小斷層、褶曲、不整合面、順層滑動(dòng)面和巖脈等各種不利結(jié)構(gòu)面交錯(cuò)發(fā)育，各部位巖性和完整性差異大，隧道開(kāi)挖后掌子面極易產(chǎn)生掉塊和塌方。由于各種不利結(jié)構(gòu)面交錯(cuò)發(fā)育的影響，導(dǎo)致初期支護(hù)變形左右不對(duì)稱，使得圍巖變形更加難以控制。

3.4 其他因素

對(duì)變形開(kāi)裂段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，老東山隧道變形還存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

1)對(duì)掌子面揭示的圍巖狀況認(rèn)識(shí)不清，對(duì)滇中紅層地質(zhì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，由此導(dǎo)致施工方案針對(duì)性不強(qiáng)。

2)由于對(duì)滇中紅層地質(zhì)的認(rèn)知不足，對(duì)初期支護(hù)參數(shù)的選擇及支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求無(wú)法及時(shí)做出調(diào)整。

3)在施工工序安排上不夠緊湊。

4 老東山隧道變形控制原則與控制措施

4.1 軟弱圍巖隧道大變形控制方法

隨著軟弱圍巖大變形隧道的不斷增多，對(duì)大變形隧道的認(rèn)識(shí)也不斷深化，提出了多種支護(hù)措施，在施工過(guò)程中采取的支護(hù)措施基本可以分為以下3大類。

1)剛性支護(hù)。這種支護(hù)措施的核心是通過(guò)加大支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度來(lái)抵抗巨大的圍巖壓力。支護(hù)材料一般為鋼材或木材。

2)可縮支護(hù)。這種支護(hù)的理論依據(jù)是當(dāng)開(kāi)挖引起的圍巖擴(kuò)容(剪脹或遇水膨脹)不可避免時(shí)，允許圍巖發(fā)生適度的變形，這樣可以降低作用于結(jié)構(gòu)上的支護(hù)壓力，從而減少超挖量并降低支護(hù)強(qiáng)度。

3)錨、注、噴一體化支護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)可以概括為:①開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)，充分利用圍巖的自承能力。②初期錨噴支護(hù)應(yīng)采用帶止?jié){塞的(鉆)錨、注一體化(自鉆式)注漿錨桿;混凝土噴層可以是素混凝土，也可以是鋼纖維混凝土，根據(jù)實(shí)際情況，還可以設(shè)置可縮式鋼架支撐。③二次襯砌應(yīng)設(shè)置足夠強(qiáng)度的仰拱，并應(yīng)為初期支護(hù)預(yù)留一定的變形量或在初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置變形層。

4.2 老東山隧道圍巖變形控制具體措施

在進(jìn)行充分的文獻(xiàn)調(diào)研和理論分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)老東山隧道的工程特點(diǎn)，確定了“以支為主，以讓為鋪，支讓結(jié)合”的支護(hù)設(shè)計(jì)原則。有針對(duì)性地采取一些控制措施，確保隧道變形開(kāi)裂得到有效控制。

4.2.1 強(qiáng)化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

老東山隧道地質(zhì)條件復(fù)雜多變，為充分了解隧道工作面前方圍巖的變化情況，實(shí)際施工中采取多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合的方法對(duì)老東山隧道的地質(zhì)情況進(jìn)行了探測(cè)。具體包括超前水平鉆探20 000 m、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)3 000 m、TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)5 200 m、高密度電法探測(cè)1 440 m，此外，地質(zhì)素描、超前加深炮眼等按照循環(huán)作業(yè)同步進(jìn)行。

4.2.2 加強(qiáng)超前預(yù)支護(hù)及注漿加固

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，幾乎所有的初期支護(hù)變形開(kāi)裂都伴隨著滲水的影響，因此，為控制圍巖變形，保證施工安全，施工中加強(qiáng)了超前預(yù)支護(hù)及徑向注漿加固(見(jiàn)圖7)，尤其重視注漿的質(zhì)量，對(duì)錨桿(管)的施工從機(jī)具到注錨工藝都給予重視。徑向注漿范圍為開(kāi)挖輪廓線外5 m，注漿采用φ42鋼花管，長(zhǎng)度5.0 m，間距1.0 m，梅花形布置，壓注水泥漿和水泥－水玻璃雙液漿，注漿壓力 0.5 ～1.2 MPa，水灰質(zhì)量比為 1∶1;具體漿液配比和注漿壓力可由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。通過(guò)對(duì)隧道周邊圍巖進(jìn)行注漿加固，一方面可提高圍巖力學(xué)性能，另一方面可阻止地下水滲入隧道結(jié)構(gòu)周邊圍巖區(qū)域，減少圍巖膨脹產(chǎn)生的膨脹壓力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，從而減小圍巖的變形。

圖7 徑向注漿加固Fig.7 Radial grouting

4.2.3 調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)

為了預(yù)防各種初期支護(hù)變形開(kāi)裂險(xiǎn)情，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)狀況，對(duì)原設(shè)計(jì)的初期支護(hù)參數(shù)做了如下調(diào)整:預(yù)留變形量由13 cm調(diào)整為25～50 cm、將I18b或I20b型鋼鋼架在地質(zhì)較差地段調(diào)整為 I22b、I25b、H175或H200型鋼鋼架或4種類型鋼架配套使用(見(jiàn)圖8)、將單層網(wǎng)片調(diào)整為雙層網(wǎng)片、將單層連接筋調(diào)整為雙層連接筋同時(shí)增大連接筋的使用型號(hào)、實(shí)施擴(kuò)大拱腳、將鋼架的14 mm厚連接鋼板調(diào)整為20～25 mm、實(shí)施φ76大鎖腳注漿導(dǎo)管等。

圖8 使用H200和I22b型鋼鋼架配套支護(hù)Fig.8 Installing H200 and I22b steel rib

4.2.4 改變開(kāi)挖方式

在地質(zhì)條件允許的情況下，對(duì)中、下導(dǎo)坑的爆破開(kāi)挖使用液壓錘代替(見(jiàn)圖9)，減少了爆破振動(dòng)，有效地控制了變形開(kāi)裂的不斷延伸，為后續(xù)仰拱和二次襯砌施工爭(zhēng)取了相對(duì)充足的時(shí)間。對(duì)滲水嚴(yán)重的段落，中下導(dǎo)坑分次進(jìn)行落底，有效地降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 使用液壓錘施工Fig.9 Excavation by hydraulic hammer

4.2.5 控制各工序的施工時(shí)間

軟弱圍巖隧道施工中，各工序施工所占時(shí)間的長(zhǎng)短不僅對(duì)施工進(jìn)度有影響，還對(duì)控制變形有相當(dāng)大的影響，施工過(guò)程中對(duì)各道施工工序的時(shí)間安排如下。

1)開(kāi)挖工序時(shí)間安排。開(kāi)挖作為隧道施工的一道工序，它包括超前小導(dǎo)管的施工、鉆眼、裝藥、連線和爆破，實(shí)際施工中，開(kāi)挖一般需要4 h。

2)出碴工序時(shí)間安排。出碴包括上臺(tái)階扒碴和下臺(tái)階出碴2部分。為減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，上臺(tái)階扒碴采用挖掘機(jī)進(jìn)行，因此，上臺(tái)階扒碴時(shí)掌子面是單工序作業(yè);下臺(tái)階出碴時(shí)上臺(tái)階可以進(jìn)行拱部型鋼、鋼筋網(wǎng)、錨桿的施工，下部出碴與上臺(tái)階初期支護(hù)同時(shí)進(jìn)行，因此，下部出碴不占用循環(huán)時(shí)間。出碴時(shí)間(實(shí)際為上部扒碴時(shí)間)在整個(gè)工序循環(huán)中占用時(shí)間較少，一般為1 h。

3)初期支護(hù)時(shí)間安排。初期支護(hù)是軟弱圍巖隧道施工的關(guān)鍵工序，在整個(gè)工序循環(huán)時(shí)間中占有重要比例。實(shí)際施工中，由于噴混凝土量較大，初期支護(hù)一般為7 h左右。

4)仰拱施工時(shí)間安排。仰拱施工是通過(guò)搭設(shè)棧橋進(jìn)行的，雖對(duì)掌子面的開(kāi)挖工序有干擾和影響，但它不占用整個(gè)工序循環(huán)時(shí)間。如果仰拱開(kāi)挖后不及時(shí)封閉，會(huì)使邊墻型鋼長(zhǎng)時(shí)間暴露、懸空，產(chǎn)生較大的拱頂下沉和邊墻收斂。因此，在施工中必須對(duì)仰拱施工的時(shí)間加以控制，一般情況下每循環(huán)仰拱施工時(shí)間控制在20 h左右(包括仰拱混凝土的灌注)。

5)二次襯砌施工時(shí)間安排。襯砌施工雖然不占用掘進(jìn)工序的循環(huán)時(shí)間，但是，由于初期支護(hù)存在大變形，型鋼鋼架、噴錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度畢竟是有限的，不可能等到圍巖基本趨于穩(wěn)定后再進(jìn)行混凝土襯砌。因此，施工中對(duì)混凝土襯砌仍然有施工時(shí)間的要求，這不僅是控制圍巖變形的需要，同時(shí)也是滿足施工進(jìn)度要求的需要。一般情況下，完成一環(huán)(12 m)襯砌的施工時(shí)間為3 d(包括掛防水板、綁扎鋼筋、臺(tái)車對(duì)位、灌注混凝土、拆模等)。

4.2.6 控制各施工工序的間距

1)上、中、下臺(tái)階工序間距。間距的控制主要是根據(jù)在上臺(tái)階進(jìn)行上部施工的安全距離要求決定的，并盡可能將上臺(tái)階縮短，以利于中、下部能盡快施工，在變形出現(xiàn)異常的情況下能及時(shí)將仰拱封閉形成整體受力結(jié)構(gòu)。因此，上、中、下臺(tái)階工序的間距分別控制在5 m范圍內(nèi)，一方面保證上臺(tái)階施工時(shí)拱部有4～5 m的施工操作平臺(tái);另一方面，保證上臺(tái)階開(kāi)挖后3 d左右能夠施工中、下臺(tái)階，此時(shí)初期支護(hù)的變形量可控制在5～10 cm。

2)仰拱與下臺(tái)階間距。間距的控制主要是考慮下部施工要有一個(gè)操作空間和仰拱施工時(shí)能將挖掘機(jī)停放在下臺(tái)階平臺(tái)上，同時(shí)還必須考慮在仰拱施工前初期支護(hù)的總變形量不能太大。因此，仰拱與下臺(tái)階的間距控制在15 m范圍內(nèi)，一方面保證下臺(tái)階施工時(shí)有15 m的施工操作平臺(tái);另一方面，保證下臺(tái)階開(kāi)挖后在7 d左右能夠施工仰拱，此時(shí)初期支護(hù)的總變形量可控制在15～20 cm。

3)二次襯砌與掌子面間距。正常情況下，二次襯砌與掌子面安全距離應(yīng)保持在30～50 m，一方面是保證仰拱施工掌子面到襯砌端頭有15 m左右的距離，可以充分利用這個(gè)空間進(jìn)行防水板和二次襯砌鋼筋綁扎的施工;另一方面，保證上臺(tái)階在開(kāi)挖后15～17 d能夠施工二次襯砌鋼筋混凝土，此時(shí)初期支護(hù)的總變形量可控制在25～30cm。特殊情況下，二次襯砌與掌子面的距離可階段性保持在15～30 m，為此需要拆除防水板鋪掛臺(tái)車。實(shí)踐證明在隧道變形發(fā)展到一定階段，適時(shí)施作二次襯砌對(duì)于控制圍巖變形是有效的。

通過(guò)對(duì)施工方法、施工工藝、施工組織進(jìn)行改進(jìn)，變形量得到了有效控制。

4.3 實(shí)施效果

1)調(diào)整初期支護(hù)輔助措施的應(yīng)用效果。通過(guò)拱腳基礎(chǔ)擴(kuò)大、調(diào)整縱向I14連接鋼架、“L”形鎖腳連接鋼筋和“U”形鎖腳連接卡以及“人”字形斜撐的使用，不僅加強(qiáng)鋼架間的縱向連接剛度，而且經(jīng)過(guò)改造后還可以加強(qiáng)鎖腳與鋼架間的連接，較好地控制了施工變形問(wèn)題。通過(guò)對(duì)監(jiān)控量測(cè)資料的對(duì)比分析，調(diào)整后最大變形量為28 cm，解決了變形侵限問(wèn)題。

2)對(duì)二次襯砌臺(tái)車進(jìn)行改造的應(yīng)用效果。通過(guò)對(duì)二次襯砌臺(tái)車與前方用于鋪掛防水板和施作二次襯砌鋼筋工作臺(tái)車進(jìn)行“二合一”改造，為及時(shí)施作仰拱和二次襯砌創(chuàng)造了空間條件，實(shí)現(xiàn)了“各道工序長(zhǎng)期保持均衡作業(yè)”的目的，有效地控制了隧道變形開(kāi)裂二次襯砌問(wèn)題，大大減少了施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)對(duì)施工完畢的隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控量測(cè)，均未觀測(cè)到變形，表明初期支護(hù)參數(shù)調(diào)整后隧道結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

5 結(jié)論與討論

1)軟弱圍巖隧道施工中，首先要做到“五到位”，即:認(rèn)識(shí)到位，措施到位，管理到位，人員到位，設(shè)備到位。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照“先預(yù)報(bào)、管超前、控爆破、短進(jìn)尺、早支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的21字方針組織施工，它是軟弱圍巖隧道施工成敗的關(guān)鍵。

2)軟弱圍巖隧道地質(zhì)復(fù)雜、變化頻繁，只有做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，準(zhǔn)確掌握地質(zhì)情況，才能正確地選擇施工方案。

3)導(dǎo)致隧道圍巖產(chǎn)生大變形的因素很多，必須充分了解隧道產(chǎn)生大變形的主要原因，才能采取有針對(duì)性的控制措施。對(duì)于處于滇中紅層中的老東山隧道，其大變形是在巖性、地下水和地質(zhì)構(gòu)造綜合作用下，因開(kāi)挖卸荷和圍巖膨脹所導(dǎo)致的，因此注漿堵水對(duì)控制變形會(huì)產(chǎn)生良好的效果。

4)對(duì)于支護(hù)系統(tǒng)，要確保其有效性。應(yīng)嚴(yán)格控制好鋼架的縱向間距，加強(qiáng)鋼架的縱向連接;按要求做好超前支護(hù)和鎖腳錨桿(管)，結(jié)合實(shí)際揭示圍巖的巖層產(chǎn)狀確定鎖腳錨桿(管)的角度，同時(shí)提高安裝焊接的質(zhì)量。噴射混凝土?xí)r要控制好噴射距離和角度，嚴(yán)防出現(xiàn)空洞;總之要確保支護(hù)系統(tǒng)的有效性。

5)無(wú)論采用哪種施工方法，軟弱圍巖隧道施工都應(yīng)嚴(yán)格控制好施工步距，仰拱施工必須先行，要確保二次襯砌適當(dāng)緊跟掌子面施工，安全距離任何時(shí)候不能超標(biāo)。

6)不同的時(shí)空條件、外部環(huán)境、生產(chǎn)要素和管理能力，其所采取的變形控制方法是不同的。在軟弱圍巖隧道施工的過(guò)程中，只要對(duì)出現(xiàn)的各類問(wèn)題采取有針對(duì)性的措施，才能夠確保隧道初期支護(hù)的變形開(kāi)裂長(zhǎng)期處于受控狀態(tài)，避免出現(xiàn)換拱和塌方事故。

7)建議針對(duì)滇中紅層地質(zhì)的獨(dú)特性，開(kāi)展專項(xiàng)地質(zhì)勘察及研究，為工程設(shè)計(jì)、施工提供理論依據(jù)，對(duì)處于滇中紅層的各類工程(如橋梁基礎(chǔ)、高路塹邊坡防護(hù)等)有針對(duì)性地采取工程技術(shù)措施，確保施工及工程竣工后的安全。

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