xx專案隧道施工經驗交流材料
一、工程概況
秦安隧道位於甘肅省天水市秦安縣，隧道地處天禮盆地低中山丘陵區西北部，地面高程一般為1228～1620m，相對高差300～400m，通過區地形起伏較大，溝深坡陡，寶蘭客專甘肅段專案經理部三工區承建的秦安隧道劃分為進口、1號斜井和2號橫洞三個施工任務區，全長2.643公里，工期為2013.2.
1～2017.7.31，總工期54個月。
隧道進口端dk813+500～dk814+430段下穿王家墩滑坡前緣。隧道地質為黃土，施工組織難度大、工期長，是本標段高風險重點控制性工程。
秦安隧道施工平面布置圖
二、施工方法與亮點
1、硬質黃土隧道開挖
秦安隧道dk813+500～dk814+430段下穿王家墩滑坡前緣，掌子面開挖揭示為硬質黃土，它具有易塌方，遇水產生濕陷性的特點，施工時預注漿困難，錨桿施作不成功。為此我專案部結合施工現場實際情況進行了詳細的分析，並採取以下措施保證了施工安全質量，並提前安全順利的貫通。
（1）原施工方法（弱爆破開挖法）
施工流程：扒斷面-打鑽-放炮-出渣-立架-噴漿。此方法在打鑽時很容易卡鑽，且超欠挖不易控制，每天平均進尺約為1.2m，每迴圈時間約20-22h。
在施工過程中，掌子面開挖了15m後拱頂下沉接近20cm，且初支表面發現了裂縫。
（2）原因分析
結合監控量測資料結果和現場實際情況進行分析，下沉過大原因主要為爆破震動引起原岩擾動，最後造成拱頂下沉。針對以上情況，經專案部研究決定採用鬆土器進行開挖，從而保證對原岩的擾動基本無影響。
（3）新施工方法（鬆土器開挖法）
圖1 鬆土爪圖2 鬆土器
施工流程：鬆土器鬆土-挖機出渣-立架-噴漿。此方法不用扒斷面，邊鬆土邊出渣，這樣能控制超挖情況，並能保證對原岩的擾動影響，每天平均進尺約為2.
4m，每迴圈時間約12h。掌子面在掘進過程中，經監控量測資料分析，拱頂沉降累計約≤4cm。
（4）優點
①超欠挖控制取得實效，保證了結構安全，減少了噴漿料的浪費，節約了成本；
②減小了對原岩的擾動，確保了施工安全；
③縮短迴圈時間，提高施工進度。
（5）缺點
利用鬆土器，增加了掌子面機械裝置數量，使洞內溫度公升高，施工人員作業環境不理想。
2、黃土古滑坡堆積體滑動面穿越施工
施工開挖過程中在隧道洞身ⅲdk813+794—ⅲdk813+770段發現大的滑動面，滑動面橫穿隧道洞身，沿隧道縱軸線延長約為25m。同時開挖過程中滑動面附近出現了地下水滲出的現象且滲水量較大。經過現場論證，該滑坡體屬於古滑坡體，滑坡體滑動的痕跡清晰可見，滑坡體有復活的可能。
另外由於隧道進口段第四系全新統沖積黏質黃土屬於ⅲ級（嚴重）自重濕陷性場地，溼陷土層厚度15～20m，這更是加劇了古滑坡體復活的可能性。
滑動面示意圖
針對上述發現的問題，專案部立即調整施工方案，從施工進度、隧道洞身支護、開挖方式、拱頂預留變形量、安全步距、地下水及時抽排、監控量測監測頻率等幾個方面著手，確保了隧道穿越滑坡體部位施工的安全，從而成功穿越古滑坡體。
（1）施工方案調整
a、施工進度調整
隧道洞身開挖時應根據圍岩情況、斷面大小、埋深、地表沉降等選擇適宜的施工進度。本次隧道穿越滑動面的部位先前制定的開挖進尺為每迴圈1.2m，施工中發現滑動面以後，為降低古滑坡體對隧道洞身穩定產生的影響就縮短開挖進尺從而減小對圍岩的擾動，所以實際開挖進尺調整為每迴圈60cm。
如此一來最大層次的減小了開挖對圍岩穩定的影響，削弱了古滑坡體對隧道開挖的產生的負面作用，保證了隧道洞身及現場施工人員的安全。
b、隧道洞身支護加強
鋼拱架及鋼筋網調整
鋼拱架是軟弱圍岩隧道支護中較好的支護措施，它可以有效的加強支護剛度,此外鋼拱架還可以向圍岩提供一定的支護抗力,通過調整其受力情況可以使之與圍岩變形相適應。施工中發現滑動面以後，我專案積極採取了隧道洞身支護加強的措施。原來設計要求拱架採用i22a工字鋼，間距為60cm/榀，鋼筋網為φ8 20cm×20cm，調整後鋼架仍採用i22a工字鋼，間距調整為40cm/榀，鋼筋網為φ8 15cm×15cm。
錨桿調整
秦安隧道穿越黃土滑坡堆積體地段，圍岩等級較差，錨桿加強可以有效地提高拱腳的穩定性，保證掌子面開挖過程的安全。施工現場發現滑動面以後，我專案積極採取了錨桿加強的措施，具體為：拱部錨桿設計為φ25×7中空錨桿，長度l=4m,調整後採用l=5m;邊牆錨桿設計為φ22砂漿錨桿，長度l=4m，調整後採用l=5m，鎖腳錨桿先前設計為φ42無縫鋼管，長度l=4m，每節點布置2個，調整後採用l=4m，每節點布置4個。
c、拱頂預留變形量調整
大型黃土隧道拱頂沉降的規律為：在初期支護封閉前拱頂下沉發展較快，當斷面初期支護全部封閉後，仍有小幅度增大，並逐漸趨於穩定。我專案發現隧道開挖正在穿越黃土古滑坡體滑動面地段時，考慮到古滑坡體可能導致拱頂下沉加劇，採取了調整拱頂預留變形量的措施。
具體為：將先前設計的拱頂預留變形量15cm調整為30cm。
d、開挖方式調整
本隧道的開挖方式為三台階七步法。三台階法開挖中，上台階拱部開挖對地層變形的影響較大，是對地層擾動很大的開挖階段，當工程條件較差時應考慮進行必要的超前預支護等綜合措施有效地控制地層沉降和保證施工安全；中台階開挖是整個施工過程中最為關鍵的一步，也是對地層擾動最大的階段，因此在施工中台階應該左右兩側交錯開挖，支護應該及時跟上，才能有效的控制地層變形；**階開挖對地層的擾動相對較小，但是仰拱的施做要緊跟**階，如果仰拱施做不及時也會引起地層較大的變形或下沉。施工現場在開挖上台階發現滑動面以後，經中鐵西北院相關專家論證認為開挖中應盡量減小對上台階土體的擾動以防止古滑坡體復活。
我專案當即決定保持原有的開挖方式不變，但是要盡量減小開挖對上台階圍岩造成的擾動，所以對三台階開挖中的台階高度進行了調整，具體為：上台階高度先前設計為390cm，後調整為280cm；中台階高度先前設計為341cm，後調整為360cm；**階高度先前設計為305cm後調整為396cm。
e、安全步距調整
施工安全步距對隧道施工進度和安全起到關鍵性作用，本施工專案中秦安隧道穿越黃土滑坡堆積體地段，因此必須採取科學的施工方法，有效的技術措施，合理的安全步距，才能確保黃土隧道的施工安全和施工進度，控制拱頂沉降及地表下沉以及周邊收斂等，從而達到防止隧道坍塌等事故的發生。施工中發現滑動面以後，為確保隧道施工過程的安全，我專案對隧道施工的安全步距進行了進一步的調整。將先前的設計仰拱至掌子面安全步距30m調整為20m,安全布距調整後，隧道施工中人員及隧道洞身的安全得到了進一步保障。
f、地下水及時抽排
隧道施工在發現滑動面的斷面，有大量地下水湧出。發現滑動面以後經論證，古滑坡體有復活的的可能性，又由於水的滲透是造成古滑坡體復活相當重要的因素，我專案立即對隧道洞身湧出的地下水抽排，增加洞內抽水機的數量，增加運水車的數量。從而保證了隧道內湧出的地下水及時抽排，盡可能地減小了地下水在隧道土體內的滲透，降低了古滑坡體復活的概率。
g、監控量測調整
在隧道施工中監控量測是一項很重要的任務，它關乎到隧道洞身及施工人員的安全。通過監控量測可以清晰地了解到隧道各施工階段地層與支護結構的動態變化，把握施工過程中地層和支護結構的穩定性狀態。隧道洞身開挖中發現滑動面以後，我專案決定加強隧道洞身的監控量測，增加了拱頂、左右邊牆及仰拱監控點的數量，由原來的5個點增加為7個點，並且將先前每天監控量測一次改為每天早、中、晚各監控量測一次。
並將監控量測的資料及時分析，發現異常情況及時向技術主管通報。
（2）後期效果分析
秦安隧道施工中發現滑動面後，我專案從施工工藝、施工方法等多個方面著手採取措施，確保了隧道開挖過程中隧道洞身的穩定及施工人員的安全。從後期中鐵西北院及我方自身監控量測資料來分析，本專案中隧道穿越古滑坡體地段所採取的施工工藝、施工方法是有效的，這為隧道穿越滑坡地段的施工提供了寶貴的技術和經驗。
a、隧道洞身土壓力資料分析
隧道開挖穿越滑動面以後，我專案對中鐵西北院監測的土壓力盒資料進行了分析。
圖3寶雞方向ⅲdk813+784拱頂土壓力隨時間變化關係
圖4寶雞方向ⅲdk813+784左邊牆中部土壓力隨時間變化關係
圖5寶雞方向ⅲdk813+784右邊牆中部土壓力隨時間變化關係
圖6寶雞方向ⅲdk813+784仰拱土壓力隨時間變化關係
對秦安隧道斷面ⅲdk813+784的土壓力進行分析得：拱頂和左邊牆中部的土壓力隨時間的變化的規律為先期緩慢增大，中期突然減小，後期略微增加並趨於穩定；右邊牆中部的土壓力隨時間的變化規律出為先期先緩慢減小後緩慢增大，中期突然減小，後期保持穩定；拱頂土壓力隨時間的變化規律為先期緩慢增加，中期突然增大，後期保持穩定。四個斷面的土壓力隨時間的變化關係都具有中期突然變化，後期趨於穩定的變化規律。
土壓力中期突然變化的規律呈現了隧道開挖過程中圍岩應力釋放的突然性，後期趨於穩定的規律表明開挖後隧道洞身是穩定的，圍壓的土壓力是恆定。同時這也證明我專案在該斷面所採用的施工工法，施工工藝是正確有效的。
b、隧道淨空收斂資料分析
我專案提取了隧道洞身ⅲdk813+790斷面的隧道淨空收斂資料，並對該資料進行了分析。
圖7寶雞方向ⅲdk813+790拱頂累計值隨時間變化關係
圖8寶雞方向ⅲdk813+790拱頂差值隨時間變化關係
圖9寶雞方向ⅲdk813+790周邊測點1累計值隨時間變化關係
圖10寶雞方向ⅲdk813+790周邊測點1差值隨時間變化關係
圖11寶雞方向ⅲdk813+790周邊測點2累積值隨時間變化關係
圖12寶雞方向ⅲdk813+790周邊測點2差值隨時間變化關係
對秦安隧道斷面ⅲdk813+790的收斂資料進行分析得：拱頂、周邊的的累積值呈現逐漸增大的趨勢，但是增大的幅度越來越小，累積值逐漸趨於穩定；拱頂、周邊的差值呈現逐漸降低的趨勢，中間偶有波動，但最終也是逐漸趨於穩定。該斷面淨空收斂資料表明，隧道洞身的變形逐漸變小，隧道洞身逐漸趨於穩定。
同時進一步驗證了我專案此次採取的調整施工方案的措施是切實有效的，保證了隧道施工的安全及隧道洞身的穩定。
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