浅谈高速公路大跨度软弱围岩隧道浅埋段施工安全控制
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摘要：本文以天马山隧道进洞施工为例，介绍了高速公路大跨度软弱围岩隧道浅埋段施工安全控制措施，望对类似隧道工程施工有所帮助。
关键词：大跨度软弱围岩；浅埋；安全施工
中图分类号：U455文献标识码：A
一、工程概述
（一）隧道工程概况
天马山隧道为莆永高速公路永春至永定泉州段控制性工程之一，设计为上、下行分离的双向六车道高速公路隧道。A1合同段施工天马山隧道进口端，施工里程为：ZK1+756～ZK3+903.234， K1+745～K3+900，洞口段间距小于25米，设计为Ⅴ级围岩，为小净距隧道。
（二）工程地质概况
（1）地层岩性
隧址内岩体为全—微风化花岗岩，岩层稳定；各组段地层岩性特征及分布如下：
全风化花岗岩，原岩已风化成土状，强度低，工程性质差，受水浸润后极易产生软化、垮塌；作为洞口仰坡岩体，容易在水的冲刷下产生坡面变形破坏，形成浅层滑塌、松动剥落，对洞口安全不利。
强风化花岗岩，风化裂隙极发育，岩体破碎，强度较低，自稳能力差，受地下水影响，易发生软化变形、坍塌、落石破坏。在干燥状态时，有一定的自稳能力。完整系数Kv=0.45,属较破碎软岩。
中风化花岗岩，块状构造，岩质较硬，节理裂隙较发育，岩体结构较破碎，以碎块状为主，自稳能力一般。在开挖震动及地下水渗透左右下，岩体易沿拱形顶板产生松动破坏，进而发生中、小塌方，洞壁易发生落石等危害。岩石单轴饱和抗压强度标准值为RC=34.3Mpa, 完整系数Kv=0.47-0.84,属较破碎软岩-完整的较坚硬岩。
微风化花岗岩，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙发育，岩体结构较完整，自稳能力强，作为洞身围岩可基本保持稳定。岩石单轴饱和抗压强度标准值为RC=62.31Mpa, 完整系数Kv=0.52-0.95,属较破碎软岩-完整的较坚硬岩。
（2）围岩级别划分
隧道围岩级别划分统计表
围岩级别 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 总长（m）
右线围岩长度（m） 1218.234 280 470 174 2142.234
所占比列 56.9% 13.1% 21.9% 8.1%
左线围岩长度（m） 1255 250 420 225 2150
所占比列 58.4% 11.6% 19.5% 10.5%
（3）不良地质及特殊岩土
本隧道不良地质主要为洞口全风化花岗岩段及洞身的构造破碎带。
隧道洞口地层为浅埋全风化花岗岩段；ZK2+480-ZK2+510/K2+450-475处构造破碎带F1, ZK3+570-ZK3+575/K3+560-580处构造破碎带F2。
二、隧道施工安全分析
由于本工程隧址内为全风化花岗岩，原岩已风化成土状，强度低，工程性质差，受水浸润后极易产生软化、垮塌；作为洞口仰坡岩体，容易在水的冲刷下产生坡面变形破坏，形成浅层滑塌、松动剥落，对洞口安全不利，需要采取支护措施保证施工安全。在软弱围岩隧道施工过程中，可采用的施工方法一般有：喷锚构筑施工法和复合衬砌法。喷锚构筑施工法是借助新奥法原理，把岩土力学原理作为基础，再将围岩承载力进行合理利用，并在开挖隧道过程中最大限度地减少扰动围岩，最后使围岩成为支护体系的重要部分。
三、隧道安全施工技术
（一）地表加固措施
挂φ8钢筋网一层,网眼间距20×20cm，和一层φ22钢筋骨网，间距60×40cm，挂双层钢筋网后喷混凝土封闭地表。施设φ42注浆小导管，小导管间距1.0×1.0m，长5~8m。小导管压注水泥-水玻璃双液浆固结覆盖土层，减小由于隧道施工引起的地表沉降，保障施工安全。
（二）洞顶地表下沉量测观测点的埋设
(1)浅埋隧道地表沉降测点必须在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距应按表2—1的要求布置。
表2—1 地表沉降测点纵向间距
序号 隧道埋深与开挖宽度 纵向测点间距(m)
1 2B
2 B< Ho ≤2B 10～20
3 Ho≤B 5～10
注: Ho为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。
(2)地表沉降测点横向间距为2～5m。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B，地表有控制性建(构)筑物时.量测范围应活当加宽。
(3)观测点用螺纹钢端头刻十字丝，用混凝土固定，于开挖洞口仰坡前7天左右埋设，以使混凝土充分凝固。埋设时若为冬季，要先用土覆盖，避免冻坏混凝土。
（三）明洞洞口段施工
1、明洞及边、仰坡开挖施工
施工顺序：测量截水沟明洞、仰坡开挖边、仰坡防护。施工方法：明洞、边仰坡施工前先施做截水沟；明洞及仰坡开挖按设计坡度从上向下分层开挖。开挖时土方用挖掘机开挖，软石用风钻打眼，小药量松动爆破及预裂爆破开挖，每层开挖高度控制在2.0米以内。然后及时施做砂浆锚杆、挂网喷混凝土尽快封闭开挖面。在边坡及仰坡适当位臵（或监理工程师指定位臵）设置位移、沉降量测点，加强边仰坡稳定性观测。
2、明洞及洞门施工
洞口段土石方开挖至上台阶标高时，立即开挖进入正洞施工，待正洞开挖完成一段距离后再进行洞口段结构物的施工。其施工主要内容为：明洞段仰拱、填充、边墙基础、拱墙衬砌、洞门、防排水、拱背回填、坡面防护等。
仰拱及边墙基础混凝土采用组合钢模板人工立模浇筑，边墙及拱部混凝土施工采用12米长整体液压衬砌台车做内模，外模采用组合钢模板或木模。首先施工明洞仰拱（包括填充混凝土）、边墙基础钢筋混凝土，待混凝土强度达到规范要求后，拆模并进行施工缝凿毛，同时绑扎明洞结构钢筋，然后施做边墙和拱部混凝土。混凝土由两侧对称灌注。拱墙混凝土一次整体浇筑成型。待混凝土强度达到设计强度、拱墙背后按设计完成防水层。隧道进洞施工正常后，尽早安排洞门施工。洞门施工完成后进行明洞的回填，施工时注意对称回填。
（四）超前支护
本标段超前支护主要有长管棚和超前小导管两种。其中长管棚主要是在隧道进出口进行隧道洞口超前支护，确保安全进洞而设置的；超前小导管则主要是在Ⅳ、V级围岩暗洞施工中进行围岩加强，保证洞内施工安全而设置的。
1、洞口套拱施工
施作套拱
待洞口边仰披开挖，支护到明洞初砌外轮廓线时，预留核心土，测量人员在坡面上定出中线拱顶高度，套拱位置线，横向十字线，然后开挖两侧套拱位置的土体，边开挖边支护至边墙底高度以后，浆砌套拱基础，施做完后在明暗洞交界处架立四榀U25号工字钢套拱，间距50cm，每榀用拉杆拉紧，防止倾倒，必要时在拱顶拱腰坡面上两侧打锚杆，将最前面一榀拱架焊在锚杆上拉紧，套拱在明洞外廓线以外，紧贴掌子面施作。在钢支撑上以设计大管棚间距安装Φ127mm，长2m的孔口导向钢管，必须用仪器仔细精确无误地检查其中线，方面与水平，确保导向良好，与管棚位置方向一至，用水泥纸或其他东西将孔口管封堵，防止浆液流入将孔口管堵塞，人工立模挡头板用钢筋拉杆拉紧，外模用铁线拉在衬砌拱架上，拱腰以下要用斜掌支于侧面上，完后浇注60cm厚的C25砼包裹钢支撑和导向管。套拱完成后，喷射C20砼10cm厚封闭周围仰坡面，作为注浆时的止浆墙。洞内大管棚施工，将需布设大管棚工作面后3－5米隧道开挖轮廓线扩大1－1.5米，作为管棚注浆工作室，供施工套拱和钻孔操作平台使用，套拱施作和架设方法与洞口段相同。
2、超前小导管设计与施工
超前小导管配合型钢或格栅钢架使用，应用于隧道Ⅳ、V级围岩拱部超前注浆预支护，其纵向搭接长度不小于1.0m。
超前小导管设计参数：
超前导管规格： (ø42×4mm).
小导管环向间距：40cm；
倾角：外插角5°～8°，可根据实际情况调整；
注浆材料：1：l水泥净浆，注浆压力为0.5～l.OMPa；
设置范围：拱部120°范围。
①小导管的制作
小导管前端做成尖锥形，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为8mm，尾部长度lOcm作为不钻孔的止浆段。
②小导管安装
a、测量放样，在设计孔位上做好标记，用风动凿岩机钻孔，孔径较设计导管管径大20mm以上。
b、成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，与钢架共同组成预支护体系
（五）CD法开挖
1、利用上一循环架立的钢架施作隧道拱部180°范围及上到坑中隔壁范围内Φ42超前小导管，进行超前注浆支护；开挖①部并预留核心土；施做①部导坑周边的初期支护及临时支护，即初喷4cm厚混凝土，先安设钢筋网，架立支护钢架及临时支护钢架A，并设锁脚钢管，钻孔设置系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2、在滞后于①部一段距离后，开挖②部并预留核心土，人工整修表面，初喷4cm厚混凝土并安装钢筋网片，接长初期支护钢架和临时钢架B，安装锁脚锚管，钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
3、在滞后于②部一段距离后，开挖③部并预留核心土，施作导坑周边初期支护及临时支护，步骤及工序同①。
4、在滞后于③部一段距离后，开挖④部并预留核心土，施作导坑周边初期支护及临时支护，步骤及工序同②。
5、根据监控量测结果，从B～A依次分段拆除临时支撑，每段拆除长度不超过10m，待监测稳定后先铺设隧道仰拱底部细石混凝土防水保护层及防水卷材，并及时施做Ⅴ部边墙基础与仰拱，仰拱要求整幅灌注。
结束语
本工程通过地表加固、边仰坡开挖、先期支护技术的应用，施工效果良好。对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、锚杆受力、钢筋网应力等进行了全面的监测，监测结果表明：布设监测点的断面基本处于稳定状态，能够满足设计和规范要求。
参考文献
[1] 陈炳祥,易国华.长大隧道快速施工管理技术应用研究[J]. 铁道工程学报, 2008,(03).
[2]招伟,何满潮,肖红渠.浅埋大跨联拱隧道施工与控制措施[J].岩土工程学报,2010(10).