谈天池隧道浅埋段隧道支护参数调整方案

宋 浪 胡 鹏 于维刚

(中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 610031)

1 概述

进入十三五规划以来，我国高速公路基础建设持续向地质条件更复杂、施工难度更高的区域深入；近些年来，由于线路设计要求的提升，建设中各种因素制约而需要修建的浅埋隧道也越来越多。浅埋隧道复杂的地质条件给浅埋区段的正常施工增加不少难度[1]。比如浅埋隧道在施工期间容易产生裂缝、沉降及收敛大等施工风险[2，3]。沉降、变形过大将导致洞周侵限或致初支承载力失稳等，后期必须换拱，这样不仅影响工期，施工处置难度大，还增大了潜在的施工安全风险，为正常施工留下风险隐患[4]。因此，十分有必要根据隧道施工现场实际情况，对隧道浅埋段的围岩支护参数进行调整和优化，保障隧道安全、顺利施工[5]。

隧道开挖爆破后，为了保持洞周围岩的稳定，一般要对其施作初期支护和二次衬砌；喷射混凝土、锚杆、钢架和钢筋网等组合构成初期支护的几种主要方式[6]。本文通过对天池隧道浅埋段的施工，总结围岩的变形规律，不断优化和调整初期支护参数，保障隧道浅埋段开挖施工的正常进行，对同类浅埋段隧道的施工具有一定的借鉴意义。

2 工程概况

在建九绵高速项目，是十三五规划四川省重点建设项目，起于九寨沟县川甘界青龙桥，与G8513甘肃省高速公路网规划的武都-青龙桥高速公路衔接，与绵遂高速对接于绵阳市东林乡张家坪，九绵高速主线全长244.97 km。

九绵高速天池隧道左线全长902 m、右线全长894 m，最大埋深约105 m，隧址区跨越江油市太平镇边界沟村及天池村，属于山区，属于构造溶蚀、剥蚀低山地貌区，隧址区地形地貌受地层岩性及区域构造控制明显，天池隧道出洞口段位于江油市大康镇天池村附近的山坡上，斜坡自然坡度角约为18°，左线出口段ZK222+980～ZK223+305段为泥岩、泥灰岩及钙质砂岩段。天池隧道施工最大的不利因素为低山浅埋，出口段最小埋深仅3.31 m(见图1)。

3 施工难点

3.1 地层松散，稳定性差

天池隧道出口段整体位于山坡上，地形起伏较大，地表覆盖层为残积土，厚度不大，下伏基岩为泥灰岩及泥岩等，岩体破碎，隧道出口段施工期围岩稳定性差，若防护不及时则可能会产生滑塌现象。

3.2 隧道极易出现冒顶和地表耕植土易坍塌

天池隧道出口左线ZK223+250掌子面埋深浅，围岩湿软，岩体风化严重，开挖极易发生坍塌；且地表有果园耕植土，施工可能发生冒顶。

3.3 工期相当紧张

九绵高速公路计划2022年年底全线通车运营，在工程实施期间，隧道出口开挖过程中，因出口段ZK223+250掌子面围岩湿软，且埋深浅，地表有果园耕植土，继续施工极易发生冒顶，侵占红线范围外土地等情况。若继续按照原设计思路组织施工，将无法保证总工期。

4 施工方案及方法

4.1 总体支护调整思路

天池隧道出口存在地层松散性、埋深易冒顶，左线ZK223+250掌子面为泥岩，局部夹砾状灰岩，围岩湿软，开挖岩体完整性差，围岩自稳能力差，掌子面围岩总体潮湿(见图2，图3)，同时考虑隧道施工工期紧张，因此在原设计支护参数基础上坚持“管超前、严注浆、强支护、短进尺、弱开挖(爆破)、早封闭”的原则着重从超前支护措施、初期支护强度及施工开挖方面进行调整。

4.2 加强超前支护措施

天池隧道出口左线埋深浅，根据实际测量，ZK223+250～ZK223+220段最大埋深7 m，最小埋深仅3 m多，超前支护强度不到位掌子面易坍塌，控制不好极易发生冒顶；该段原设计为C型φ42单层超前小导管，具体参数为：拱部施作角度120°，循环进尺3 m，环向根数34根，数量51 m，注浆数量0.20 m3；支护参数调整后，变为B型双层φ42超前注浆小导管，具体参数为：拱部施作角度120°，循环进尺3 m，环向双层根数68根，环向单层根数34根，数量102 m，注浆数量0.40 m3；通过调整超前支护参数，强化了近开挖掌子面段拱顶围岩的稳定性，确保施工安全(见图4，图5)。

4.3 加强初期支护措施

天池隧道出口左线掌子面为泥岩，局部夹砾状灰岩，湿软，自稳性差，施工不当极易坍塌，并为了确保初期支护有足够的强度和刚度承担洞顶松散土体荷载，要求ZK223+250～ZK223+220段在原初期支护基础上增设300 cm长φ25药卷锁脚锚杆及临时仰拱支护措施。

4.4 施工工法的调整

原施工工法为上下台阶法，循环进尺100 cm，揭示围岩条件为软弱泥岩，施工扰动范围波及地表时，容易造成坍塌，对工人安全带来威胁，故开挖工法调整为三台阶预留核心土法进行施工，开挖循环进尺不超过60 cm。

5 施工效果评价

5.1 施工过程

掌子面开挖，采用三台阶预留核心土法施工，每开挖循环进尺不超过60 cm，同时增设临时仰拱及初期支护增打锁脚锚杆，有效避免了天池隧道左线出口ZK223+250～ZK223+220段掌子面开挖可能发生掌子面滑塌、拱顶冒顶的开挖风险，加快隧道开挖施工进度，既保障了施工安全又降低了施工风险带来的经济损失。原设计中的单层小导管调整加强为双层小导管施工，保证施工开挖安全。

5.2 监控量测

天池隧道出口左线ZK223+250～ZK223+220段，通过在采取三台阶预留核心土法施工、调整超前支护参数、加强初期支护措施的施工方案调整后，监控量测单位加强ZK223+250～ZK223+220段洞内及地表沉降观测，及时反馈监测信息。通过对天池隧道出口左线ZK223+245监控量测断面监测数据整理，支护参数调整后施工期间该监控断面拱顶最大累积沉降值为8.2 mm，周边收敛最大累积值为6.51 mm；施工期间该监控断面拱顶最大变形速率值为2.0 mm/d，周边收敛最大变形速率值为4.7 mm/d(见图6，图7)；各项监控量测数据均满足隧道施工安全的要求，确保隧道施工安全。

6 结语

1)隧道施工过程中地质条件的突变需要地质人员随时关注，及时会商合理科学的支护调整方案，是确保隧道施工安全的基本保障[7]。

2)天池隧道出口左线施工支护参数调整的成功应用，具有广泛的推广意义，特别是在浅埋暗挖隧道施工过程中，由于征地拆迁重建难度大、线路设计方案优化难度大、可利用红线范围内土地有限，在工期紧的情况下，合理调整隧道施工支护参数，为加快施工进度，保障施工安全，降低施工风险经济损失问题提供了一个途径。