论高海拔地区软岩隧道的施工技术——以老折山隧道为例

论高海拔地区软岩隧道的施工技术

----以老折山隧道为例

涂南相

(四川川交路桥有限责任公司，四川广汉618300)

摘要:在高海拔地区进行软岩隧道施工过程中，受不良地

质、恶劣自然条件等因素的影响，导致软岩隧道工程施工效 果比较差，初期支护过程中容易产生变形开裂的情况0为了 格控制在二衬之前开始施工[I] fi拱、墙部的初期支护完成后 需马上开始仰拱施工，便于初期支护尽早成封闭受力结构， 且为后续二衬施工中铺建模板台车轨道提供有利条件，也给

保证隧道工程的施工质量和施工安全，需要将隧道初期支护 变形开裂控制好。本文以实际工程为例，对高海拔地区软弱 围岩的变形机理进行了分析，并合理地安排了施工，保证了 高海拔地区软岩隧道的施工质量。

关键词：老折山隧道；三台阶七步法；超前支护 中图分类号:U455. 4

文献标志码:B

文章编号：1672 -4011(2017)04 -0195 -03

DOI ： 10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2017. 04. 092

1

工程概况

老折山隧道位于国道317线甘孜州色达县和炉纖县境 内，海拔高度为4 300 m，隧道设计施工长度为2 778 m，最大 埋设深度为284 m，隧道进口高程为4 040 m，出口高程为4 050 m，地形地貌受岩性和构造控制的影响比较大，岩体受到 了严重的挤压，结构破碎严重s由于该隧道处于肅寒地K:， 气候非常恶劣，最低气温_ 23°C，年平均气温5. 4°C，每年只 有4〜10月可以进行施工。由于此隧道破碎带角砾胶结效 果差，导致构造中裂隙发育，耑石稳定性差，地下水丰富。

2隧道不利地段的施工基本原则

1)

需选取合理开挖方法，尽可能降低隧道开挖对围岩强 度的损坏#

2) 在围岩可控变形范围内，充分利用M

S G身结构特 点，选取合适的支护结构类型及开挖时机。

3) 施工过程中要实时监测，便于指导施工;可选择先修 筑仰拱、临时仰拱或底板的施工方案，便于断面可以尽早封

闭成环。

4)

对于重点位置需增强支护，避免隧道在某一薄弱位置

出现塌落情况;需在施工中严格把控设计、检验、地质预测、 测量反馈、及时修正方案设计等一体化施工管理。

5)

要严格把控支护时间，因隧道围岩地质特殊，属于松 散堆积体，其结构自稳周期很短，需在爆破、排险后马上开展 各类架设施工，包括锚、喷、挂网及格栅等，需和出碴同时或 交错开展，特别是地下水活动强烈的隧道地段支护施工更要 紧跟，便于围岩稳定。

6) 仰拱紧跟。结合不良地质洞段的地质特点，底板需严收稿日期=2017 -02 -20

作者简介：涂南相（1990 -)，男，四川成都人，本科，助理工程师，主要

从事工程施工管理工作。

洞内材料运输提供方便@通常仰拱需距离正面下部开挖1 m 左右，给开挖、装硫机具等提供活动空间。

3

隧道不利地段施工技术难点

3.1

施工进度慢

老折山隧道进出H施工时，由于地质特点是产状紊乱、

层间结合力差、成霹雳面发育的砂岩或千枚岩，局部呈现韧 性剪切破碎带，且岩石的质地非常软，不超过4 MPa,遇水很 容易出现软化和层间滑脱的问题e该地段的地下水均以淋 雨状或局部股水发育，通常隧道开挖后就会产生地下水@3.2施工方案变更

设计初期支护方案为:选取本项目中V形的加强型衬砌 和双W小导管超前支护等进行施工，并取消了系统锚杆，并 选用长4. 5 m的小42小导管对锁脚锚杆实施加强作业，预留 变形量增加到25 cm,严格把控施工工序的紧密衔接，尽可能 使得初期支护结构及时封闭。但实际施工时隧道局部位置 仍然存在初期支护变形超限、速率快等问题。3.3 隧道塌方及变形超限

因隧道地质制约和施工控制不H等原因，隧道地段出现 多次塌方和变形超限问题，变形超限共计3段，全长125 m， 超限地段多在隧道拱腰，最大超限值达70 cm。工程施工秉

着安全第一的原则，出现塌方后立即要求掌子面施工终止作 业，并将施工机械和作业人员撤到安全地段，观察塌方处的

具体情况，待情况稳定后做出下一步的打算，加强地质超前

预报和预测工作，并根据地质探测结果对开挖方案和支护方

案进行调整。采用上述措施后,至今未造成人员伤亡。

4施工进度缓慢的原因

1)

本工程隧道所位于高原高寒地区，当地气候条件非

恶劣，有效施工时间段很短，施工人员更换速率快，施工设备

使用效率很低。

2) 施工单位缺乏对于复杂地质高原隧道的软弱M施工经验，实际施工中因未及时封闭仰拱造成的塌方和变形 问题较多，且塌方和变形处理周期太长。

3)

施工方案设计不合理，施工单元较长造成前后工序

接不紧密，初期支护暴露周期长，同时施工技术要点把握不 到位，多地段引发返工，使得窝工时间太长。

5施工方案的优化

由于软弱围岩地段缺乏自支护能力，故软弱围• 岩隧道的

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耑

Vol.43,N〇.4 f h丨!讨 第43卷第4期April,2017___________________________Sichuan Building Materials________________________2017 年 4 月

施工最主要長提升围岩自支护能力，促使初期支护可以及 时、快速、有效地封闭成环。图1〜2分别表示了该隧道工程 中计算结构的弯矩图和变形图，巾图可知，隧道的拱部及仰 拱结构处所承受压力较大，出现的变形也相对很大[23 #

顶下沉和周边位移均处于持续变形趋势，最终变形可达到 50cm，严重侵线，潜在很大安全隐患，增加了施工成本。

图1 隧道结构弯矩计算

图2

隧道结构变形计算

5.1预留合适的变形量

隧道开挖断面的选定，需结合隧道净空间和结构的实际 尺寸，以及考虑初期支护变形情况，合理预留支护变形量P 可充分结合围岩级别、断面规格、埋深、施工方案及支护等， 通过工程类比法来预留合适的变形量。待完成及时仰拱布 设，结合实测数据，当局部初期支护变形量为预留变形量1/3 时，可开展后注浆措施，此时控制初期支护变形量在30 cm 内。故实际施工过程中，最佳预留变形量是30 cm,确保二衬 厚度，并有效节约成本。5. 2

结合初期支护封闭成环时间进行施工方案优化为有效避免初期支护施工出现下沉、变形及开裂等问 题，施工过程中要严格控制中下台阶的间距，下台阶需紧随 中台阶完成仰拱布设，促使初期支护封闭成环，严格控制中 台阶和仰拱距离在18 m之内，严格按照“三台阶七步法”进 行施工g由于初期支护的下沉、变形和开裂均出现在上、中 台阶，故可适当修整三台阶高度，上、中、下台阶垂直高程分 别为3、3、3.5 m。为降低初期支护封闭周期^严格控制中台 阶开挖初期支护到同榀仰拱完成封闭等这个施工时间段不 超过12 ‘为保障施工进度，因仰拱选取整体浇筑法进行施 工，故严格控制仰拱和填充浇筑频率为6 m、4 d/次。对于超 前支护、系统和锁脚锚杆均需采用增强的042注浆小导管 注浆工艺进行施工，注浆时严格选取止浆阀，并认真完成注 浆记录表和其他规范要求的填写$

_ 3为K85 +303和

K85 + 310段的拱顶下沉和周边位

移详情图。由图3可知，两段均没有及时完成仰拱施做，施 工时可借助实时监测的数据及时调整该段的后注浆施工;拱

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图3

K85 +303、K85 +310段的拱顶下沉和周边位移情况

图4为K85 +328段的拱顶下沉和周边位移详情图。由图4可知，K85 +328段仰拱布设及时，初期支护封闭成环迅 速，拱顶下沉和周边位移均在10 d内呈现收敛趋势#

K85+328M边位移曲线

图4

K85 +328段的拱顶下沉和周边位移

由图3〜4可知，可结合监测数据来判断仰拱施做时间， 并及时修整施工方案，当初期支护出现较大变形M时，除采 用一定修补措施外，还需马上终止支撑面的施工，尽快完成 中下台阶的施工，使得仰拱尽快封闭成环[3]。通常上台阶开 挖后最佳仰拱施做时间为12 d内，最晚不得超过15 d，否则 初期支护将会形成大变形量s

综上所述，本工程中由于初期支护的下沉、变形及开裂 情况均出现在中上台阶，故选取了三台阶预留核心法进行项 目施结合实际施工条件，尽可能降低施工周期、缩小施 工工程養，对于高原地区相对较恶劣的自然环境下，人工施 工效率较差，为尽可能提升施工机械设备的效率，需将施工 的上、中、下台阶的垂直高程控制在3、3、3. 5 m，中台阶和仰 拱的间距控制在18 m之内Q

(下转第

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察工人的相关专业技术，制定适应当地地形的施工方案和管 理措施，保证各方面都合格，以提商施工成功率。在新奥法 的理论中，为了加强土体强度和对围岩应力重新分布的限 制，就采用了挂网、超前管棚支护、打锚杆等实施短开挖，在 适应各种情况的条件下选用合理的支护体系，如此一来，在 也将各种危险性降到了最低a施工质U有了保障的同时，

3.1

机械设备配置

槽间隔4 m且次数不能超过3次;之后及时清理各类不需要 的杂物，然后尽早将仰拱钢架安装上，根据方案设计中的厚 度喷适量的混凝土，这样能让初期支护尽快成环。在衬砌超 前拱墙时，座先分为几段，每段都要一次性全部浇筑混凝土， 一旦有浇筑不完全的情况出现，就会为后续施工带来麻烦， 甚至有纵向施工缝的产生。在仰拱混凝土终凝后，浇筑仰拱 填充混凝土，在此过程中也要连续浇筑，保证一次成型，填充 表面要利于水的及时排除，设计的坡度要平顺，不能有积水 现象.

6)隧道洞内排水。隧道的埋深比较浅，雨季对涌水量的 大小影响很大，而以往的地面井点降水法对此并没有较为显 著的效果，因此，主要措施只能及时排除地下水0本隧道属

配置合理的机械设备是黄土隧道施工的ffl要前提，出于 对顺利施工的考虑，机械设备要较为先进，能满足各种施工 要求，最大限度降低施工污染，成套的机械设备相互配合，在 节省成本节约时间的基础上提高施工效率。

3.2施工技术要点

于反坡开挖，在开挖中极易出现掌子面的涌水浸泡拱脚，鉴 超前支护。超前支护要按照开挖轮廓线进行施打，按

于此，可以在仰拱前方隧道中线开挖集水坑，设计可以移动 照设计要求，超前小导管长度为2.7 m，在拱部150°范围内

1)

进行施工，环向间距为3根/m，搭接长度至少要有1.5 m。 作为增强支护作用的小导管尾端要焊接在拱架腹部位置处， 钢管内还要填充水泥砂浆。

2) 长3

的临时集水箱，将涌水全部集中在一起，经过?几淀后，可供隊 道施工一些环节的用水使用，不能用的可以及时排除。

上部弧形导坑开挖。弧形导坑进行环向开挖，并留住

4结论

综上所述，该不良地质隧道浅埋富水地段采用三台阶七

m和宽5m的核心土。根据初期支护钢架间距可以确

定开挖循环进行尺为0.75 m，开挖后要进行钢架架设，即在 钢架拱脚部以上30 cm处安下4根倾角25°打设锁脚锚管，

并将锁脚锚管尾部与钢架牢固焊接在一起。

3)

确定开挖尺，为两榀钢拱架长度为1.5 m，开挖高度为3.5

步开挖法进行处理后，取得了良好的处理效果，施工过程中 少了拆除支护的部分，不但减少了施工步骤，也降低了拆除 过程中的危险性，可以及时对闭合时间进行调整，有助于各 是,在施工过程中，要重视核心土的重要性，利用核心土来维 持掌子面受力状态的稳定性，保证隧道安全。每一道施工工 序都要按照标准施工时间进行控制，严格按照工艺要求开展 作业，保证工程施工质。

参考文献：

[1 ]

铁道部经济规划研究院.经规标准[2007] 119号铁路大断面隧 道三台阶七步开挖法施工作业指南（试行）[S].

[2]

TB 10753—2010高速铁路隧道工程施工质量验收标准[SL

中台阶左、右侧错开开挖。根据初期支护钢架的间距 个工序之间进行转换，达到了预期的设计要求。需要注意的

m，并要左、右侧台阶错开大概2〜3 m，再接上长钢架，在钢 架脚部以上30 cm处安下4根倾角25°打设锁脚锚管，并将

锁脚锚管尾部与钢架牢固焊接在一起,#

4)

定开挖进尺，开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，为两 榀钢拱架长度为1.5 m，开挖高度为2.1 m，接长钢架，在钢 架墙脚以上30 cm处安下2根倾角25°打设锁脚锚管，并将 锁脚锚管尾部与钢架牢固焊接在一起

5 )仰拱开挖成环s仰拱开挖要采取短距离跳槽，每次跳(上接第196页）

5.3

施工措施的优化

[ID： 004209]

下台阶左、右侧错开开挖。根据初期支护钢架间距确

[3] TB 10121 —2007铁路隧道监控量测技术规程[S]，

工环境复杂，软弱W耑施工难度比较大D为了保证施工质 量，需要在施工过程中根据监控测量数据对施工方案进行优 行优化后，施工过程中没有出现坍方事故，在保证施工安全

1)

化和调整，控制支护开裂、变形等情况。本工程施工方案进 高原地K自然环境较恶劣，人工效率低，现场加工不

能保障工字钢质量f故需选用工厂化定制和加工成品a

和施工质量的前提下保证了施工进度，值得类似工程借鉴和 2) 本工程的系统和锁脚锚杆均选用加强型小42注浆小

参考。 [ID: 004206]导管。上、中台阶，中、下台阶之间每侧均通过4根妒2注浆 小导管连接，通过抑2U型钢筋将小导管焊接在一起，进而保 障锁脚质

3)

参考文献：

张德华，王梦恕.世界第一高隧—

青藏铁路风火山隧道施工

[1 ]当初期支护变形量为预留变形量1/3时，需马上开展

支护措施，对该段采用后注浆措施进行处理，严格按照设计

要求控制注浆压力，并控制注浆孔间距为1 m x 1 m，以梅花 形进行排布。当初期支护变形量大于预留变形鸶时，必须采 取换拱处理，此时需先进行该段后注浆处理，后及时布设仰 拱，并注楽，待稳定后开始换拱。

新技术[1]，工程地质〒报，2003,11(2) :207 -213.

[2]

齐康平，胡种新.青藏铁路昆仑±隧道综合施工技术[J].现代

隧道技术，2003,40(4):41 -45.

[3]

关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京:人民交通出

版社，2011.

6结论

• 198 •

综上所述，_高海拔地K软岩隧道工程施工中，由于施