淺析軟弱圍巖隧道快速TRANBBS施工TRANBBS技術
摘要：通過對神延鐵路W9標的羊馬河隧道、關路坡隧道 、翅膀溝隧道8690m,軟弱圍巖隧道6175m,土質隧道5190m快速施工范例，總結了軟弱圍巖隧道快速施工的經驗。
關鍵詞：軟弱圍巖；隧道；快速施工
隨著科學技術和生產管理水平的進步，我國修筑長大軟弱圍巖隧道的能力不斷提高。這不但表現在克服各種軟弱圍巖復雜工程地質技術手段上，及在施工軟弱圍巖的成洞速度和工程質量上。現總結神延鐵路W9標段隧道的施工經驗，供同類施工隧道參考。
1 工程式概況
1、1 基本情況
神延鐵路W9標段為三座越嶺隧道：羊馬河隧道長3810m,關路坡隧道長輩3159m,翅膀溝隧道長工1721m,共長8690m.其中：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖共6175m,占隧道總長的71%。Ⅳ類圍巖總長為2515m,占隧道總長的29%。其中土質地段總長度5190m,占隧道TRANBBS設計長度的60%。
1.2 工程地質情況
神延鐵路W9標段位于陜北黃土高原梁峁溝谷區，沖溝發育，植被稀疏，地形起伏較大。出露黃土質砂粘土；風積新黃土，沖積圓礫土、卵石土；老黃土；紅粘土以及砂巖夾頁巖，頁巖夾砂巖。沿線沖溝、陷穴、滑坡溜坍、濕地、斜坡不穩、軟弱地基及煤窯采空等不良地質現象特別發育。黃土隧道開挖后，初期變形大、變形速度快，圍巖自穩時間較短。各巖層界面上、下土的含水量較大。這些對圍巖的穩定性極為不利。
2 施工方法
2、1 洞口段施工
一般來講，洞口段圍巖破碎松散，開挖后，圍巖不能形成自然拱，易導致坍塌。根據各隧道洞口的地質情況，采取了如下措施：羊馬河隧道進、出口及湫溝斜井、關路坡隧道進、出口、翅膀溝隧道進、出口的地質條件較好，清理邊仰坡、進行錨桿掛網和噴砼封閉后直接進洞；關路坡隧道螞蟻斜井洞口位于地下水、地表水發育地段，地層為紅粘土，含水量大，呈軟塑狀。對圍巖采用超前小導管進行預加固。
2、2 正洞施工
本標段三座隧道可分為兩類，即土質隧道和石質隧道。新黃土具Ⅱ級自重濕陷性，紅粘土呈弱膨脹性，砂巖及頁巖互層，風化嚴重，產狀幾乎呈水平狀，且巖層較薄。在各巖層界面，有較豐富的地下水。針對這種情況，我們對土質隧道采用非鉆爆開挖法（即用風鎬配合挖掘機開挖），石質隧道采用了弱爆破開挖法。
2、2、1 土質隧道I、Ⅱ類圍巖的施工
在土質隧道施工中,我們嚴格遵循了“短開挖，禁爆破，快支護，勤量測，緊襯砌，早成環”的原則，采取超短臺階法，用風鎬配合挖掘機開挖的施工方法。
當圍巖軟弱、松散時，圍巖變形快，側壓力大，自穩時間短，初期支護早期強度不能滿足圍巖穩定的要求，甚至開挖后便產生圍巖失穩坍塌。根據本標段三座隧道圍巖情況，一般情況下，采用超前錨桿的辦法，穩定圍巖。當覆蓋層較薄，圍巖松散破碎時，采用超前小導管進行預加固（具體開挖順序見圖1），其工藝流程見圖2。
通過上述分析，土質I、Ⅱ類圍巖地段的施工步驟如下:
a、 開挖（1）部
（1）部開挖非常重要，直接影響其它步驟的正常實施。本部開挖每次進尺不宜超過1.5m,開挖范圍以同時滿足人工開挖（1）部、施作初期Ⅱ部、并正確使用挖掘機開挖核心土（3）的最小尺寸要求，最大限度發揮機械施工效率，減少人工開挖作業量，加快施工速度。（1）部施工時要保留核心土（3）部。（3）部的作業即可作為（1）、Ⅱ的作業平臺，從力學角度講，它可以對II部拱腳形成反壓，穩定拱腳，減小拱部下沉。為（1）部施工方便并考慮后續施工步驟容易實施，（1）部開挖的下部可以最大跨線為限，拱部開挖輪廓考慮預留變形量、鋼架（格柵）的5cm砼保護層為限，并便于鋼架（格柵）的分節安裝。
a. 根據鋼架（格柵）、噴拱部砼.初期支護II部
根據圍巖（新、老黃土，紅粘土）的工程地質特征，為施工安全，開挖后及時初噴砼5cm盡早封閉巖面，并保證鋼架（格柵）的砼保護層厚度。
安裝時，為了盡量減少拱頂下沉，嚴禁基腳處超挖，且將該處進行適當夯實處理，圍巖承載力較小時，加大鋼板或木板，增加承壓面積。鋼架兩基腳處加鎖腳錨桿。鋼架（格柵）不僅是作為初期支護之前的施工支護，而且是復合式襯砌結構的一部分，還應嚴格按設計實施。
噴砼施工：作為噴錨構筑法的一個重要施工環節，還是作為隧道的永久支護，噴砼對隧道的順利施工和運營安全都將起至關重要的作用。本標段三座隧道施工，選用TK—961濕噴機進行濕噴，加入TX—1型液體速凝劑以減少粉塵和回彈。
b. 開挖核心土（3）及落中槽（4）
為了（1）、Ⅱ部的施工方便,(3)部的長度不宜超過3m。
加快施工速度，采用反鏟挖掘機開挖（3）部，但施工時，挖掘機大臂及挖斗嚴禁碰撞II部。
中槽（4）部可用挖掘機或裝載機開挖，開挖長度控制在6m以內,可與(3)部順接,其上、下口寬以保證兩邊墻馬口上、下部寬度≮1.2m,馬口與底部順接。由于黃土隧道開挖后，側壓力較大，所以，中槽開挖不宜過長、過寬，確保馬口穩定。
d、開挖馬口(5)、（7）部及作初期支護Ⅵ、Ⅷ
為保證（Ⅱ）穩定，兩側馬口開挖時，應前后錯開，相距1m。用風鎬開挖，堅持短進尺，每次挖1m，自上而下進行，同時應保證兩榀鋼架（格柵）不能同時懸空，邊挖邊接長鋼架（格柵）。基腳處做歷實處理，以期穩定。開挖完畢，即噴砼封閉巖面。該部施工時，切不可盲目冒進。
e、施作仰拱Ⅸ部
這一步是具體體現新奧法施工的一條重要原則：早日成環。黃土隧道施工，仰拱對襯砌結構的穩定起至關重要的作用。由于黃土隧道開挖后，變形較大，側壓力也較大，為防止邊墻內擠侵限，按“早成環”的原則，應及時施作仰拱，封閉結構。仰拱一般緊跟初期支護，在地下水較多或土層較好時可拉開一定距離，但最大不超過10%，在含水較大的新黃土地段，應先施作仰拱。（4）、（5）、（7）部施工時不要擾動底部（軌面以下），底部隨著開挖既施作仰拱，防止施工用水及地下水浸泡基礎。
f、灌注二次襯砌砼Ⅹ、Ⅺ部
二次襯砌的施作時間，應滿足下列條件：各測試項目所顯示的位移率明顯減緩、各項收斂速度＜0.2mm/d或拱頂位移速度＜0.15mm/d、已發生的各項位移，已達到預計位移總量的80～90%、初期支護表面沒有再發展的明顯裂縫。根據三座隧道的土質情況，既考慮上述條件，又考慮工期緊的具體情況：采取二次襯砌緊跟，即I類圍巖地段襯砌距掌子面5～6m、Ⅱ類圍巖地段襯砌距掌子面8～11m，Ⅲ類圍巖地段襯砌距掌子面13～15m、淺埋地段應及時進行二次襯砌。
2.2.2土質隧道III類圍巖開挖方式
土質III類圍巖地段，在本標段主要為老黃土和紅粘土，其施工方法同I、II類圍巖，但開挖臺階長度可適當增加。由于紅粘土具弱膨脹性，開挖后不宜暴露時間過長，為確保安全，開挖和初期支護參數原則上不能超過I、II類土質隧道開挖和初期支護參數。
2.2.3 石質II、III類圍巖開挖方式
羊馬河、關路坡隧道存在較長地段上部土層、下部石質巖層，部分地段土石界面幾乎與拱部開挖輪廓線重合，土石界面處地下水較大。
石質II、III類圍巖地段，采用三步短臺階法開挖，人工鉆爆，（1）部由人工倒碴至（3）部再由挖掘機扒至（5）部，（3
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）部開挖的碴也扒至（5）部，隨（5）部將碴一起運出。上部土層地段的施工同土質I、II類圍巖的施工，下部巖石采用弱爆破。部分淺埋地段采用超前小導管預支護外，其余均采用超前錨桿預支護。施工工藝與土質I、II、III類圍巖相同，其施工步驟如下（施工順序見圖3）：
開挖（1）部、施作II部初期支護（含鋼架）、開挖（3）部、施作Ⅳ部初期支護（含鋼架）、開挖（5）部、施作Ⅵ部初期支護（含鋼架）、施作仰拱Ⅶ、二次襯砌Ⅶ。
2.2.4 施工機械
主要設備有：挖掘機、裝載機、空壓機、通風機、砼輸送泵、砼輸送車、自卸汽車、砼拌和站、濕噴機、運輸汽車、襯砌臺車、抗干擾工作平臺、變壓器、發電機，由于兩個斜井的坡度較大，各增加一臺20T卷揚機。
2.2.5施工中應注意事項
a 、嚴格執行既定的施工原則，不得為盲目追求進度，蠻干冒進。
b 、為保證襯砌厚度以及襯砌結構不侵限，開挖輪廓應考慮預留變形量。預留變形量初期可按I類圍巖10cm,II類圍巖8cm、III類圍巖6cm考慮。施工過程中，結合測量結果及時修正。
3 施工績效
三座隧道主體工程僅用16個月，提前合同工期15天。實際施工時
間比國家定額工期節省14個月。施工過程中出現土質地段及石質I、II類圍巖地段月成洞85m,8個，土質地段平均單口月成洞60m,最高單口月成洞82m.石質II類圍巖地段月成洞120m14個，石質III類圍巖地段單口月成洞140m6個。三座隧道連續5個月完成成洞850m以上，最高月完成985m,平均月完成543m。被專家們稱贊為“開創了國內軟弱圍巖隧道施工的奇跡。
4 體會和認識
4.1 注重調查研究，優化施工組織，是優質快速施工的前提
（1）施工前應詳細調查研究隧道所通過地段的不良地質現象，準確判斷圍巖類別。特別是在具有II級濕陷性新黃土地段，對地下水情況應做到心中有數。
（2）根據軟弱圍巖的水文地質與工程地質特征，結合工期及質量要求，確定施工方案及施工方法，確定合理的資源配置。
4.2 重視隧道施工現場管理
（1） 長大軟弱圍巖隧道無軌運輸施工，通風工作至關重要。
羊馬河隧道、關路坡隧道共開了5個直徑2m的豎井，從而大大地降低了通風困擾施工的難題。
（2）水是控制土質圍巖類別的一個重要指標，也嚴重影響石質圍巖的穩定性。因此軟弱圍巖隧道施工必須嚴格控制施工用水及地下水，制定切實可行的排水措施。
4.3 嚴格按“新奧法”原則施工
（1） 土質隧道按照“短開挖，禁爆破，快支護，勤量測，緊襯砌，
早成環“的原則施工。石質軟弱圍巖隧道必要時也只能是弱爆破。
（2） 加強量測工作。根據量測數據指導施工、修改設計參數。
關于二次襯砌緊跟原則，應以量測數據為依據，結合有關規范對圍
巖收斂判定標準。W9標三座隧道采取了如下原則：I類圍巖地段襯砌距掌子面（下部）5～6m、II類圍巖地段襯砌距掌子面（下部）8～10m，III類圍巖地段襯砌距掌子面（下部）13～15m；淺埋地段應及時進行二次襯砌。實際施工中可根據量測數據進行調整，合理安排施工順序，決定開挖臺階拉開的距離，指導施工管理。
4.4設計、施工、監理單位密切配合
隧道施工受地質困素影響極大，開挖揭露出的地質情況可能千變萬化，在設計階段也不可能全部預知，因此在施工中要有一個再認識的過程。隧道施工一旦進入正常生產，各工序銜接緊湊，要求各個環節緊密配合，出現問題及時處理。新奧法施工原則強調“信息化設計”程序，施工單位應及時將量測結果向設計部門反饋；設計部門應按反饋的量測信息及時修正設計、調整支護參數；監理部門應積極配合，做到設計、施工、監理一體化。
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