引言
一般情況下，淺埋隧道洞口圍巖穩定性差，開挖后難于形成自然拱，容易發生嚴重變形甚至坍塌，輕則使工期延長造成經濟上的損失，重則造成人身安全等事故[1~4]。因此隧道淺埋段洞口的穩定關系到隧道能否順利進洞并進行施工，是隧道施工各環節的關鍵[2]。本文根據山嶺隧道的施工經驗，并結合成渝鐵路客運專線龍泉山隧道施工的特點，對隧道進口淺埋段開挖過程中發生大變形后所采取的施工措施進行了研究和總結，以便為今后類似地質條件下隧道洞口段的施工提供參考。
一、工程概況及施工情況
1、工程概況
龍泉山隧道全長7公里，是成渝鐵路客運專線的重點控制工程。隧道進口里程DK22+485，明暗交界里程DK22+527。進口段約300m范圍埋深5m～35m，為淺埋段。巖性主要為坡殘積粉質黏土、膨脹土;下伏基巖為泥巖夾砂巖;龍泉驛斷層與線路于DK22+524相交，隧址區節理裂隙較發育，主要以構造裂隙為主;地表水主要為溝水及較小的常年流水，地下水主要有第四系土層孔隙潛水、基巖裂隙水，屬富水區。
在施工中遇到了變形大、坍塌到等個困難，致使工程進度一度中止，嚴重影響了工期;并威脅到了人身和施工的安全。
2、前期施工情況
龍泉山隧道進口于2011年3月30日進入暗洞施工，埋深5.8m。洞口采用ø108大管棚進行超前支護，管棚鋼管采用熱軋無縫鋼花管，直徑108mm，壁厚6mm，環向間距40cm，長40m，并嚴格按照設計要求進行注漿。
進洞前期采用三臺階七步開挖法，以人工配合機械進行開挖。開挖支護參數： I20b型鋼拱架，間距0.6 m，縱向連接鋼筋ø22，環向間距0.5 m;ø6圓鋼鋼筋網片，網格間距20 cm×20c m;鎖腳錨管ø42無縫鋼花管，壁厚3.5 mm，并注漿，每環拱架12根;拱部140°范圍系統錨桿內采用ø25中空錨桿，邊墻采用ø22砂漿錨桿。
開挖過程中掌子面常滲水，并遇小股狀水等。圍巖遇水強度降低快，巖體穩定性差，在進行中臺階開挖時，洞內初期支護及地表出現較大沉降，洞口仰坡頂面出現多條縱向裂縫，裂縫最大寬度達65 mm;洞頂上方(縱向約35 m、橫向約25 m)地表出現多條不規則縱、橫向裂縫，其中裂縫最長18 m，縫寬30 mm～50 mm。嚴重危及了施工安全，致使開挖工作經常停止。
二、監控量測情況
1、前期洞口施工過程中選取了3個斷面監測點，對水平收斂和拱頂下沉情況進行了監控量測，具體情況如表1所示。對各監測斷面的水平收斂和拱頂下沉情況結合時間軸線進行分析，得到各監測斷面的時態曲線圖。
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斷面編號 |
斷面里程 |
圍巖級別 |
水平收斂 |
拱頂下沉 |
是否預警 |
管理等級 |
|
單位（mm） |
單位（mm） |
是 |
否 |
|
ZD-01 |
DK22+530 |
Ⅴ |
36 |
-255.7 |
√ |
|
I |
|
ZD-02 |
DK22+535 |
Ⅴ |
92 |
-247.1 |
√ |
|
I |
|
ZD-03 |
DK22+540 |
Ⅴ |
28 |
-175.6 |
√ |
|
I |
表1 龍泉山隧道進口水平收斂與拱頂下沉監測統計表
注：1. 水平收斂(全站儀)：“-”表示向內位移(收斂);“+”表示向外擴張;
2. 拱頂下沉數“+”值均表示為上升，“-”表示下沉;
3. 表中拱頂數據為每個斷面各個測點中的最大值。
通過表1得出：開挖支護完成后初期支護結構變形很快，速率較大，初期支護不能穩定。拱頂下沉隨著施工而變化，而且速率非常大，長時間不能穩定。
2、停止掌子面掘進施工后，沉降速率逐漸有所減小，但始終不能趨于穩定。
三、加固處理措施
1、 總體思路
隧道在施工過程中，通過監控量測及導向墻縱向位移觀測點等觀測數據證明，隧道拱頂下沉、水平收斂嚴重超限，且整體向線路縱向往外滑移的趨勢。針對以上情況，經現場勘查和計算，確定采用徑向注漿大管棚，控制拱頂下沉及水平收斂;同時，在隧道量兩側各設置兩根抗滑樁防止隧道背后土體及洞身向外滑移。
2、 側向大管棚施工加固
洞口20m范圍內，自初支鋼架拱腳處左右各施工3排側向大管棚，每排環向間距60 cm，縱向間距與鋼拱架保持一致，鋼管單根長度9 m。采用ø108無縫注漿鋼花管，壁厚6 mm，鋼管與平面呈45～60°夾角，并與鋼架焊接牢固。在鋼管前部鉆注漿孔，孔徑10～20 mm，孔縱向間距20 cm，尾部留不小于100 cm的不鉆孔止漿段。注漿壓力為1.0～1.5 MPa，漿液采用水泥漿，水灰比1:1，每根注漿平均12袋普通硅酸鹽水泥。側向大管棚平面布置如圖5所示。
3、洞口抗滑樁施工加固
在明暗分界洞口處，洞身兩側分別設置2根錨固抗滑樁，樁間距6 m，抗滑樁尺寸為2 m×3 m,樁身長26米，樁身嵌入邊墻底部12 m。抗滑樁樁身采用C35鋼筋混凝土，豎向主筋采用ø25 HRB400鋼筋。
4、后續施工方法
經過側向大管棚及洞頂抗滑樁加固處理后，正洞洞頂沉降和導向墻縱向位移已基本穩定，因此可開挖支護下臺階。施作暗洞第一板仰拱及二襯，然后采用CRD法進行施工。為保證先開挖分部的受力良好，先行施工的臨時支撐(中隔壁、臨時仰拱)均應有向外(下)鼓的弧度。
由于工序多，施工用水和隧道滲水容易在邊墻處匯集，浸泡拱腳基礎，使其變軟，從而造成初期支護和圍巖的整體下沉，因此施工中做好排水工作。
四、加固處理后變形監控量測情況
對隧道進行加固處理后，對所選取的3個斷面監測點，進行監控量測，隧道水平收斂和拱頂下沉情況如表2所示。
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斷面編號 |
斷面里程 |
圍巖級別 |
水平收斂 |
拱頂下沉 |
是否預警 |
管理等級 |
|
單位(mm) |
單位(mm) |
是 |
否 |
|
ZD-01 |
DK22+530 |
Ⅴ |
39.5 |
-255.9 |
√ |
|
I |
|
ZD-02 |
DK22+535 |
Ⅴ |
93.5 |
-252.6 |
√ |
|
I |
|
ZD-03 |
DK22+540 |
Ⅴ |
35.0 |
-182.7 |
√ |
|
I |
表2 龍泉山隧道進口水平收斂與拱頂下沉監測統計表
通過本階段監測時態曲線圖和處理前監測時態曲線圖比較可以得出：各斷面沉降速率逐漸減小，變形趨勢逐漸趨于穩定。說明所采取的加固處理措施對隧道的變形起到了很好的抑制作用。
五、結語
實踐證明，采用上述方法處理效果明顯，整個過程安全、順利，尤其根據開挖過程中揭示的情況更加驗證了側向大管棚、注漿固結體聯合作用形成的加固系統及其他支護措施是保證順利開挖、防止變形繼續擴大的重要手段;四根抗滑樁是防止在暗洞開挖過程中防止土體向外滑移的有效措施。
參考文獻
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2、王國欣，謝雄姐，黃宏偉.公路隧道洞口滑坡的機制分析及監控預報[J].巖石力學與工程學報，2006，25(2):268-274.
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5、孫春森，隧道軟弱圍巖初期支護大變形的處理[B]，西部探礦工程，2006，127(11);147-148.
6、鐵道部經濟規劃研究院，鐵路隧道工程施工技術指南，中國鐵道出版社，TZ204-2008
