关键词：隧道施工；复杂地质；微台阶施工；临时仰拱
引言：近年来，我国交通行业发展迅猛，隧道工程层出不穷，施工中遇见地质情况多种多样，以往的隧道开挖工法对较复杂地质已不再适用。针对此类隧道难题，经现场研究及实践，采用微台阶开挖，然后加上三道临时仰拱，既加快了施工作业进度，又确保了现场施工安全，做到了“早开挖、早支护、早封闭”。
1、工程概况
1.1设计概况
西双版纳隧道位于野象谷站～西双版纳站区间，进口里程为DK348+050，出口里程为DK358+730，全长10680m，为双线隧道，左右线线间距为4.2～5.083m。其中西双版纳隧道进口承担承担DK348+050～DK349+116段1066m施工任务，施工区间全部为V级围岩。
1.2工程地质
测区上覆第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)淤泥质土、粉质黏土、砾砂、卵石土，坡残积层(Q4dl+el)粉质黏土，粗角砾土；下伏基岩为侏罗系中统花开左组上段(J2h2)泥岩夹砂岩、泥灰岩，下段(J2h1)砂岩泥岩互岩、砾岩；三叠系上统小定西组中、下段(T3X1+2)安山岩、安山玄武岩夹凝灰岩、凝灰质泥岩，泥岩夹砂岩，下段(T3X1)泥岩夹砂岩，中统忙怀组上段(T2m2)流纹岩、英安岩、硅质岩；二叠系上统(P2）片岩、炭质片岩、中性火山岩、岩屑砂岩、硅质岩、板岩、千枚岩；断层附近分布断层角砾(Fbr)。
1.3水文特征
1.3.1地表水
隧道地表水主要为隧道进口端龙养河水，洞身地表季节性沟水，属澜沧江水系，流量受季节影响明显，雨季水量较大，旱季相对较小。其中洞身地表季节性沟水对隧道区基岩裂隙水及断层水的补给作用明显，对隧道涌水量贡献较大。地表水主要受大气降水补给，隧址区以光塌山为隧区地表分水岭，DK352+060向小里程往龙养河排泄，DK352+060向大里程往澜沧江排泄。
1.3.2地下水
地下水主要受地表水系、地形地貌和构造行迹的控制。测区地下水类型齐全，根据测区水文地质条件，以赋存运移地下水的岩石类型、地表水动力特征以及储水空间类型，测区含水岩分为第四系松散岩类孔隙水，基岩裂隙水及构造裂隙水三种类型。
1.3.3水化学特征
（1）取地表水实验综合分析。根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005-2010)判定, 在环境作用类别为化学侵蚀环境、氯盐环境及盐类结晶破坏环境时，水中的酸性侵蚀、侵蚀性CO2、S042-、Mg2+、Cl-对混凝土结构无侵蚀性。
（2）取地下水实验综合分析。根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005-2010)判定,隧 道穿越N2底层DK348+050～DK349+280段环境类别为化学侵蚀环境、氯盐环境及岩类破环结晶环境时，水对混凝土结构具有酸性侵蚀和侵蚀性CO2侵蚀，侵蚀环境作用等级为H1。
1.3.4隧道涌水量
全隧预测正常涌水量Q=30×103（m3/d），雨季最大涌水量Q=36×103（m3/d）。
2、技术难点
掌子面开挖至DK348+360后，掘进过程中掌子面地质复杂多变，多以粉质黏土、角砾土、碎石为主，中间夹有砂层及炭质泥岩，围岩岩性不均，整体黏结性极差，无法自稳。若采用三台阶施工，上台阶核心土无法预留，掌子面挤出滑塌严重，现场施工如下图：
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DK348+363掌子面主要为粉质粘土夹炭质泥岩，两种土质间粘结性极差，掌子面无法自稳
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DK348+365掌子面围岩主要为粉质黏土，夹有砂层，上台阶右拱脚有渗滴水，土体成流塑状，立架完成封闭掌子面后掌子面土体挤出，上台阶临时仰拱失效，当日沉降量为117mm
3、复杂地质隧道微台阶施工方法的应用
3.1施工步骤
（1）在上一循环的超前支护的防护下，机械配合人工开挖①部→施作①部周边的初期支护：初喷混凝土并封闭掌子面，架立钢架（设φ76锁脚锚管），铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度→施作上台阶临时仰拱：立设I22型钢钢架，并喷射混凝土封闭临时仰拱。
（2）机械配合人工开挖②-1部→施作②-1部初期支护：初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度→打设Φ76锁脚锚管。
（3）同②-1部施工工序，开挖支护②-2部→根据监控量测情况拆除上台阶临时仰拱→施作二台阶临时仰拱：立设I22型钢钢架，并喷射混凝土封闭临时仰拱。
（4）机械配合人工开挖③-1部→施作③-1部初期支护：初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度→打设Φ76锁脚锚管。
（5）同③-1部施工工序，开挖支护③-2部→根据监控量测情况拆除二台阶临时仰拱→施作三台阶临时仰拱：→立设I22型钢钢架，并喷射混凝土封闭临时仰拱。
（6）机械配合人工开挖④-1部→施作④-1部初期支护：初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度→打设Φ76锁脚锚管。
（7）同④-1部施工工序，开挖支护④-2部→根据监控量测情况拆除三台阶临时仰拱→必要时施作下台阶临时横撑：→立设I22型钢钢架。
（8）机械开挖⑤部→施作⑤部仰拱初期支护：初喷混凝土、架设钢架、复喷混凝土至设计厚度。
（9）灌注VI部仰拱与矮边墙基础；待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充VII部至设计高度。
（10）根据监控量测及初期支护断面情况分析，施作拱墙二衬防排水→利用模板台车一次性灌注VIII部（拱墙）衬砌。
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微台阶开挖加临时仰拱施工横断面示意图
微台阶开挖加临时仰拱施工纵断面示意图
3.2临时仰拱
严格控制各台阶临时仰拱施作，且临时仰拱钢架与拱墙初支钢架采用工字钢斜撑焊接加固，组成较好的受力结构。
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上台阶临时仰拱 二台阶临时仰拱
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中台阶临时仰拱施作 临时仰拱斜支撑
4、监控量测情况及分析
采用微台阶开挖加临时仰拱进行作业后，立即对变形较大段围岩进行监控量测，做好记录，经过为期约一个月的监测记录进行对比分析，数据如下图：
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分析及结论：DK348+360拱顶沉降2017年10月8日初测至2017年11月7日监控量测累计沉降值为489.2mm，11月4日至11月6日进行下部台阶开挖时监控初支沉降明显，2017年11月8日临时仰拱施作完成后以后初支变形速率明显减小，得到有效控制。
根据监控量测DK348+370至DK348+381拱顶沉降速率明显减小，至初期支护封闭成环初支变形稳定后，拱顶累计沉降至均在300mm以内。根据监控量测数据分析，随变更支护措施范围不断增加，初期支护整体受力体系逐步增强，初支变形得到有效控制。
5、复杂地质隧道采用微台阶开挖应用的意义
（1）采用微台阶法开挖施工，减小了各台阶开挖作业临空面高度，有效的增强了初期支护稳定性，并且相比CRD或双侧壁导坑施工工艺更为高效，拆除临时支撑时更加安全。
（2）各台阶支护完成后及时施作一、二、三台阶的临时仰拱，支护及早封闭成环，使沉降收敛变形得到了有效控制，沉降变形速率相对稳定。
（3）收集初支封闭成环后试验段监控量测数据的结果，并对成果进行科学分析，确定支护参数并指导施工，有效的控制初支变形，避免初支持续变形造成初支侵限情况发生，有效的保证了施工安全与质量。
（4）施工中总结经验，微台阶开挖加临时仰拱已运用成熟，在复杂地质情况下，施工速度快，安全性能强，为项目跟进工期以及施工安全做出较大贡献。
（5）我国幅员辽阔，存在多种地形地貌，属于地质比较复杂的国家，其中以西南地区地质情况最为复杂，由于近年来交通行业的迅猛发展，尤其需要大量基础设施的西部地区，且该地区隧道工程较多，遇到各种各式的地质情况已不足为奇，对于如西双版纳隧道进口此类地质复杂、围岩分层明显、岩体自稳能力极差等不良地质隧道，微台阶开挖加三道临时仰拱施工方法的提出与实际应用以及最后的成效，体现出该方法的科学性、合理性，为我国隧道工程的发展又向前迈出一大步。
参考文献
[1]汪德志.复杂地质环境隧道施工技术[D].西南交通大学，2010
[2]黄惠芳.关于临时仰拱形式的探讨[D].中铁四局二公司
[3]《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR 9217-2015）
[4]《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR 9218-2015）
[5]《工程测量规范》（GB 50026-2007）
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第24期
论文发表时间:2020/1/16
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