泥灰岩隧道浅埋段下穿居民房屋施工技术研究

刘二明

【摘 要】以阿尔及利亚贝佳亚高速公路连接线 SIDI-AICH 隧道北口施工为例，介绍了泥灰岩隧道在洞口为堆积体、洞顶有居民房屋和浅埋条件下的洞内外预加固技术和 CRD 法施工技术，对其施工工艺和适用条件进行了阐述和分析，并对隧道施工机械化、优化设计等提出了建议。%This essay is based on the excavation of the north exit of SIDI-AICH Tunnel located at the Bejaya Highway in Algeria and introduces the pre-support techniques in and outside the tunnel and the CRD tunneling techniques when faced with accumulation body at the exit and residential buildings on the top of the shallow-burried tunnel in marlite.This essay also analyzes the specifications of those techniques and their applicable conditions,and proposes some ideas on issues such as mechanical tunneling and optimal design. 【期刊名称】《铁道建筑技术》 【年(卷),期】2016(000)003 【总页数】4页(P31-33,69)

【关键词】洞口防护;预加固;玻璃纤维锚杆;管棚室;CRD;法支护 【作 者】刘二明

【作者单位】中铁十二局集团国际工程有限公司 北京 100176 【正文语种】中 文

【中图分类】U455.4

阿尔及利亚北部在大地构造上地处欧洲板块与非洲板块结合部阿斯特拉 -阿尔卑斯褶皱带，工程地质中泥灰质页岩、泥岩非常普遍的存在，泥灰岩具有吸水膨胀失水收缩的特点，对路基、隧道工程造成很大危害，而且由于板块作用引起的高地应力的联动作用［1］，导致路基滑坡和隧道掘进中初期支护严重变形，在东西高速公路和55 km铁路施工中此类地质灾害相当普遍。贝佳亚高速公路 SIDI-AICH隧道北洞口边坡采用抗滑桩预加固，洞顶采用小导管预注浆加固，下穿居民房屋的浅埋段（埋深小于25 m，长度约110 m）采用V1支护［2］：CRD法结合大管棚区段预支护技术和玻璃纤维锚杆预加固掌子面技术控制了围岩变形沉降，实现了安全进洞、平稳施工的目标，是在复杂地质条件下隧道施工的成功案例。 阿尔及利亚贝佳亚港口至阿尼夫高速公路连接线全长100 km，为双向六车道高速公路。SIDI-AICH隧道位于贝佳亚省SIDI-AICH镇，是全线唯一的一座隧道，也是全线的关键性控制工程。原隧道 APS设计穿越SIDI-AICH镇密集的住宅区，为确保洞顶地方城镇居民房屋住宅的安全，通过隧道设计优化采用了绕行方案，绕行后洞顶房屋还剩余 5处。整个隧道穿越SIDI-AICH镇左侧峡谷地带，沟谷狭窄，地形起伏较大，进出口浅埋偏压，最大埋深110 m，隧道左线设计长 1 691 m，右线长1 628 m。如图1所示。

根据地质钻探资料和观察表层出露的土质，隧道北洞口段地表层为浅棕红色黏土，厚度 4～5 m，下层为强（中、全）风化泥灰岩［3］。边仰坡附近表层土多为居民建房弃土，由于洞口处地势陡峻，洞口开挖后边仰坡极易造成堆积土滑溜形成牵引式滑坡，考虑到洞顶和周围住房的安全，隧道的沉降必须得到有效的控制。洞口段地质较差，地下水较为发育，左侧边坡在自然开挖条件下稳定性不满足工程设防要求，为保证该段高速公路施工期及后期房屋、道路安全，必须采用加强防护方案。 （1）h型抗滑桩+挂网喷锚+综合排水设施，如图2。

左侧边坡分两台，一级边坡设置2排抗滑桩，桩长17～24 m，桩直径1.2 m，纵向桩间距2.4 m，纵横向用混凝土系梁连接。上台边坡挂网喷锚。抗滑桩采用旋挖钻机施工，在阿尔及利亚施工抗滑桩多为圆形，考虑到安全问题，人工施工的方形（圆形）抗滑桩很少采用。

施工顺序：开挖第一台边坡→锚喷防护→施工上排抗滑桩→开挖施工平台→施工第二排抗滑桩→施工桩纵向系梁→施工桩横向系梁→坡面防护。

（2）考虑到洞顶有居民道路及下绕的进口临时道路，洞顶及边墙外侧6 m范围内设置长度 12 m，直径 42 mm小导管注水泥浆加固，以改善土体的力学性质。仰坡采用分台阶开挖，坡面挂网喷锚；锚杆为直径32 mm，长度2 m，网片筋直径6 mm，网格10 cm×10 cm。

小导管施工采用意大利 C6-XP多功能钻机施工，注浆压力位0.5 MPa。注浆数量采用流量计控制。见图3。

（3）原设计套拱长度2 m。在隧道施工套拱和边仰坡防护完成准备进洞施工时，发现套拱有位移变形，经优化设计，将套拱加长7 m，基础增加6根抗滑桩，提高洞口处的稳定性。抗滑桩采用旋挖钻机施工。

洞内超前预加固采用连续管棚（15 m×41根），管棚长度每段长度 15 m，搭接7.5 m。CRD法进洞，洞身为锯齿形断面模型，玻璃纤维锚杆（后文简称 BFV）加固掌子面，φ42×4 m注浆钢管（间距 1 m ×1.24 m）加固下导及仰拱。 国内洞口长管棚一般为10～45 m，主要目的是洞口段加固。如果连续长管棚设计（＞45 m）就存在搭接问题，长管棚向上的角度为3.5°，为了保证第二循环的长管棚施工作业面，就要设计管棚室，形成台阶式初期支护，通过二次衬砌的不同厚度进行调整（见图4）。管棚室的设计在欧洲希腊、土耳其等国家的隧道工程中使用过，在阿尔及利亚55 km铁路的单洞双线隧道中也使用过，对特殊软弱围岩、高地应力和严格控制拱顶沉降而使用连续长管棚设计的隧道可以使用，效果较好。

BFV、连续管棚、注浆钢管钻孔均采用意大利C6-XP多功能钻机施工。

管棚室的施工综合考虑衬砌的施工，一板衬砌长度为7.45 m，拱架间距0.62 m，13榀拱架为一个段落，预留沉降量 15 cm。锯齿形管棚室衬砌最薄处衬砌厚度60 cm，最厚处120 cm，在断面变化处采用锚喷过渡为平缓曲线。 4.1 掌子面预加固

掌子面预加固是“新意法”的核心内容［4］，而使用的玻璃纤维锚杆是一种新材料，国内外均有材料供应。

隧道进口V1围岩掌子面设置 40根 φ25的玻璃纤维锚杆，长度10 m，搭接2.5 m。

使用玻璃纤维锚杆注浆对隧道掌子面正前方待挖岩体进行预注浆加固，由于玻璃纤维锚杆注浆是锚注一体工艺，则被加固岩体会因锚杆的锚固作用而形成一个整体，对待挖岩体提供约束反力，抑制其变形，提高了抗侧滑能力。同时，能够使待挖岩体密实，提高其整体性，改善围岩的特性。对于改善不良地质地段掌子面、拱部岩体稳定的问题有明显的效果。

玻璃纤维锚杆采用意大利多功能 C6X钻机施工，玻璃纤维锚杆也可以使用潜孔钻机和简易钻机施工，但是 C6X钻机钻孔效率相对较高。锚杆长度和其搭接长度可以根据需要设计。一般厂家有定尺产品（如10 m、12 m），其施工工艺流程见图5。

4.2 CRD法开挖、支护及二衬施工

隧道CRD法施工适用于围岩比较软弱、结构稳定性差、节理发育、有裂隙水等地质较差的隧道施工。根据现场掌子面的情况分区施工，一般施工顺序为左上→右上→左下→右下，设置有中间的临时仰拱和纵向支撑，围岩条件稍好时可以变为 CD法，分左右两部分施工。优点是施工比较安全，缺点是分区施工，还要拆除临时支撑，工序复杂，施工进度慢［5-6］。

由于北洞口左右洞地质为黏土、碎石土堆积体和风化严重的泥灰岩，有水，开挖采用挖掘机直接开挖，自卸车运输弃土。初期支护采用大管棚、钢拱架、喷射砼联合支护；衬砌采用砼输送泵、液压二衬台车等设备进行砼衬砌施工；隧道通风采用大功率风机，大直径软管，压入式通风；隧道砼全部采用在砼拌和站工厂化生产，砼输送车运输，泵送砼入模施工。在施工中，进行超前地质、水文预报，采用先进的测量、探测技术，取得围岩状态参数，通过数据的分析和处理及时反馈，指导现场施工。不采用爆破［7］。

SIDI-AICH隧道CRD法工序工艺流程见图6。 4.2.1 临时支撑拆除

在 SIDI-AICH 隧 道CRD法施工中，临时支撑（中间横撑和竖向支撑）的拆除是施工中控制的重点。

（1）在 CRD的 4个区开挖支护完成后，开始施工永久仰拱。

（2）永久仰拱钢筋同竖向支撑交叉需要拆除支撑时要尽量少量割除通过，不得全部拆除。

（3）仰拱完成一个循环（管棚室间隔段）后拆除临时支撑。 （4）拆除时先拆除横向支撑再拆除竖向支撑。 （5）拆除的方向从掌子面向洞口方向间隔拆除。

（6）间隔拆除部分后观测初期支护的变形情况，在1～2 d后无明显变化再全部拆除。

施工的目的在于先施工永久仰拱形成闭合环，初期支护拱架可以整体受力，再拆除临时支撑，避免在体系转换时因为受力结构的变化而影响隧道安全。 4.2.2 工程进度

（1）北洞口Ⅴ级围岩初期支护设计采用HEB220钢拱架，间距0.62 m，横向、竖向临时支撑位HEB180钢拱架。

（2）每个区段的日施工进度可以进行1～2个循环，考虑掌子面玻璃纤维锚杆和长管棚的施工时间和4个区段的交错施工，综合月进度约25 m/月。

（1）对于地质条件比较差和对隧道沉降有特殊要求的隧道口，洞口段的设计首先应考虑滑坡治理和边仰坡加固，要考虑在先，在出现病害或问题后再处理，就会造成损失并影响工程进度，SIDI-AICH隧道采用抗滑桩和洞顶边仰坡的预注浆加固是比较成功的。在国内我们常用的“早进晚出”、“零开挖”进洞施工方法，都是比较成熟的好方法，适用于洞口地质较好的情况，国外洞口设计的强支护情况比较多，洞口的投入要大一些。在实际应用中建议根据洞口地质条件对两种方法进行综合比较合评估，确定合理进洞方案。

（2）CRD法开挖法适用于地质条件差、有水、对隧道沉降严格控制的情况。SIDI-AICH隧道浅埋段洞内采用CRD法施工，隧道沉降量控制在2 mm/月［8-12］，对浅埋的洞口段顶房屋没有造成影响，没有出现变形开裂、地表下沉的现象。缺点是施工进度比较慢。

（3）随着劳动力成本的大幅增加，特别是海外项目，机械化的生产是必然趋势，新意法采用的玻璃纤维锚杆加固掌子面施工方法对围岩较差的隧道能够较好地控制围岩变形，实现大断面施工，提高施工进度。隧道施工用的多臂钻孔台车、锚杆台车、喷射混凝土机械手、C6钻机等先进的施工机械如大力使用，可以降低劳动力成本，提高标准化管理水平，施工安全更有保证。

（4）海外项目大都采用设计、施工、采购一体化的EPC模式，在得到APS设计（初步设计）后，如能够加强施工和设计力量的整合，结合现场实际和合同进行优化，采用合理的隧道掘进施工设计和施工技术措施，就能保证隧道施工的顺利进行和得到较好的效益回报。

【相关文献】

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