杨盼盼
(中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃 兰州 730030)
新奥法的特点是通过锚杆和混凝土结合的方式加固围岩，将围岩视作支护体系的一部分，充分发挥围岩的自身承载能力[1]。兴隆山隧道的施工方案就以新奥法为基础进行组织设计。同为新奥法施工，但从现行隧道开挖案例中调查发现，很多隧道施工现场对于施工信息收集反馈方面的工作有所欠缺，兴隆山隧道在组织施工设计时特别注重信息收集反馈方面工作，其工作主要包括两大方面，通过测量手段及时监测围岩的变形和松弛对后续的工程施作给予反馈[2]；通过综合应用超前地质预报与监控量测手段预测围岩和掌子面的地质信息情况，有效的降低地质灾害发生概率和规模[3]。本文基于新奥法原理和信息反馈两方面对兴隆山隧道施工方案进行分析。
1 工程概况
兴隆山隧道是成昆铁路的扩能工程，位于四川凉山冕宁县境内。隧道全长1 923 m，里程起DK387+657～DK385+734。隧道最大埋深312 m。隧道为单洞双线，线路设计为单面纵坡，坡度为12‰。隧道围岩级别随线路变化，DK385+734～DK386+414段Ⅲ级围岩总计680 m，DK386+414～DK386+644为Ⅳ级围岩总计230 m，DK386+644～DK387+657为Ⅴ级围岩总计1 023 m。隧道依傍安宁河，地下水丰富多储。隧道线路段所处地貌大致分为构造剥蚀中高山和河谷阶地两地貌。隧道覆盖层为第四系全新统坡残积层粉质粘土，下伏基岩为第三叠系花岗岩。前期地质勘探发现隧道里程DK385+806～DK385+856段水文地质条件较差，容易出现地质问题。
2 施工设计方案
隧道洞口、洞门的施工方案依照现场情况和规范进行组织设计，明洞和洞身的开挖方案设计依照新奥法施工组织原理，采用光面爆破、锚喷支护、按照少扰动、勤支护、早测量进行。将监控量测及超前地质预报手段作为隧道信息收集反馈的施工工序。
2.1 洞口与洞门施工
洞口施工首先要作好洞顶和边坡的截排水工作，边坡施工同时要做好防护和监测工作，注意边坡过量形变发生坍塌的隐患，对存有位移发生可能的石头要及时清理，高边坡的石方开挖应采用弱爆破的方法减少扰动，坡度削减时由上至下逐次土石方挖除，扰动后的坡面要尽早的进行锚喷支护。
洞门施工，斜切类整体式洞门施作方法采用整体浇筑法；端墙类洞门采取分布施工，先施作洞门端墙再施作洞门翼墙；对于洞门的附属工程，需要等洞门主体结构的混凝土凝结硬化、养护到规范强度后再进行施作。
2.2 明洞施工及洞身开挖
明洞墙顶起坡防护采用钢筋网喷射混凝土防护。明洞衬砌施工方式，纵向由洞内向洞外进行施工，竖向由下部向上部模筑施工，先完成仰拱回填及仰拱、墙脚的模筑，之后完成边墙、拱部模筑。模筑方式：下部构件(仰拱、墙脚)采用人工立模和组合钢模浇筑的方式；上部构件(边墙、拱部)采用模板台车浇筑，浇筑时注意两侧平行施工。施工时要保证明洞衬砌、端墙、洞门之间的整体性，三者间的连接位置要预留钢筋。
合理的钻爆参数选定是洞身开挖首要确定的，并需要在施工的过程中不断的优化。通过调整选取合理的爆破参数，最大限度的减少爆破对围岩的扰动，又同时能满足隧道开挖断面的需要。除了调整爆破参数优化开挖方式，本隧道根据不同的围岩级别，采取不同的开挖方法，如表1所示。
表1 不同围岩开挖方法
2.3 复合衬砌施工及防水措施
复合式衬砌主要构成包括三方面：初期支护、防水隔离层和二次衬砌。本隧道复合式衬砌施工工序如下：
超前支护→掌子面开挖→初喷混凝土→系统支护→复喷混凝土→施作防水层→衬砌台车定位→安装止水带及端头挡板→泵送混凝土→混凝土养护→台车移位→模板清洗→下循环复合衬砌施工。
初期支护按照前后顺序可分为超前支护和系统支护。对于超前支护方案：1)Ⅲ级围岩地段采取超前锚杆；2)对于Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段综合利用长管棚或超前小导管进行超前支护。系统支护在掌子面开挖完成以后进行，围岩稳定性较差地段掌子面开挖完成以后要尽早的完成围岩封闭，采用的方法为挂设钢筋网并喷射混凝土。完成掌子面封闭以后进行系统支护，围岩稳定的地段系统支护主要采取钢筋网、喷射混凝土、砂浆锚杆或组合中空锚杆组合施作，围岩性质较差地段可再加Ⅰ20b型钢钢架进行加固。完成初期支护以后，安装防水层进行二衬结构施工，其结构主要包括两方面曲墙和仰拱，其模筑施工方式采用二衬台车进行。施工时首先完成衬砌台车的定位，之后安装止水带及端头挡板，完成以后调运混凝土使用地泵运送浇筑入模，待衬砌混凝土养护达到规定强度二衬施工方可进入下个循环。
防排水问题按照“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则解决。隧道防水以复合式衬砌自防水为主体，要达到防水可靠，经济合理[1]。对于二衬使用的混凝土，普通地段抗渗等级要大于P10；地下水丰富或有侵性的地段抗渗等级要大于P12。围岩过量富水地段，因衬砌背后水压过必须采取排的方式，设置环向和纵向的盲管进行引流泄压，纵向和环向盲管按10 m一环计列数量。隧道向外排水方式，洞内两侧设置侧沟，便于收集围岩渗流水、盲管排水、衬砌养护及其他施工留下的多余用水；除设置侧沟外，洞内中心要设置中心水沟，以便侧沟收集的水通过管道排至中心水沟，再排至隧道外。侧沟和中心水沟之间每隔30 m布设φ100 mm PVC管进行连接。对于用无砟道床板与侧沟壁之间的水采用φ100 mm PVC管引至中心水沟，纵向每隔100 m设置一道。隧道结构的三缝防水使用堵的方式，一般用橡胶止水带和排水板组合方式，必要时还可添加使用聚乙烯泡沫塑料板及双组分聚硫密封膏嵌缝。隧道洞口及边坡的防排水使用截的方式，在洞口、边坡5 m～10 m之外设置截水沟对自然降水和地上水进行截流收集引排至安全区域，从而保证洞口和边坡的稳定不受水环境影响。
2.4 监控量测及超前地质预报
隧道的围岩变化和水文地质情况对后续的施工都有极大的影响，施工中应将隧道的超前地质预报、围岩监控信息纳入动态管理，将其视为隧道施工的必要工序。关于兴隆山隧道监控测量方案设计如下，监控量测可分为拱顶沉降和水平收敛测量两项[4]。隧道开挖完成以后,应尽快完成监控点标识布设，一般小于12 h。测点布设以后按时进行数据观测。测量断面依据标准规范布置，如图1所示。拱顶的沉降测点、水平收敛点布置在一个断面上，误差小于30 mm[5]。
根据现场的施工情况，观测标必须按照规范进行埋置，观测标的埋置示意图如图2所示。为了避免爆破产生的飞石对观测标产生影响，选择直径22 mm的钢筋，观测标探出初支混凝土距离小于10 cm。观测标深入基岩的深度应大于20 cm。观测标的组成5 cm×5 cm钢板、4 cm×4 cm反光片、直径22 mm的钢筋。安装后的观测标应避免施工干扰，如悬挂电线、水管等。喷射混凝土的时候应对观测标进行包裹，避免水泥对其覆盖，在喷射完成以后将反光贴片粘贴在钢板上。并提醒施作人员和机械手对观测标进行保护。
隧道的监控测量方法以拱顶监控测量为例细述：拱顶的下沉监控T1时间对测点测量3次取其平均值H1，T2时间测点在测3次取其平均值H2，然后将两次高程相减除以两次测量之间的时间间隔，公式如下：
(1)
(2)
ΔH=H1-H2
(3)
v(t)=ΔH/Δt(Δt=T2-T1)
(4)
(5)
对于地质信息预测收集工序，如表2所示。除此以外，对于穿越不良地质带的线路段隧道，由于围岩性质恶化严重，突水突泥风险概率增大，根据现场情况加密超前地质预报。另外现场的技术人员要保证掌子面每次开挖后都要及时的进行地质素描。
表2 超前地质预报计划表
3 施工存在的问题及方案调整
3.1 超前小导管注浆问题及施工方案调整
根据现场小导管注浆施工情况反馈出现了如下问题：1)顶管问题，小导管注浆超前支护时施工首要步骤是用风钻在围岩上形成导孔，再借助风镐或风钻将注浆的钢管顶入，而对于DK385+806～DK385+856段兴隆山隧道地质情况，受围岩风化的影响，风钻成孔困难，施工钻孔时孔深大于4 m时塌孔现象普遍。2)孔口止浆问题，注浆孔采用风钻成孔带来的问题是孔口止浆效果较差，注浆的压力不能达到设计的要求，注浆量小浆液的扩散不理想。3)小导管角度控制问题，由于风钻作业面狭窄及人工控制偏差的原因导致小导管插入围岩的角度的控制效果不好。小导管的数量多作业时间占比隧道开挖循环时间比较大，出现问题对施工进度负面影响较大。根据现场超前小导管注浆加固问题信息反馈，调整后的参数如表3所示。
表3 优化后的小导管注浆参数
经现场试验小导管长度3.6 m较为合理，塌孔问题不再普遍发生。在注浆压力方面，首要解决孔口止浆问题，注浆前用C25喷射混凝土对开挖面封闭，喷射厚度大于10 cm，同时在注浆孔安装橡胶止浆密闭阀，注浆材料选用P.O42.5纯水泥浆，水灰比和水玻璃掺量见表3。注浆压力的范围在1.2 MPa左右，终压持续时间大于3 min。对于小导管安装角度问题多为工人施作原因，需要现场技术人员勤测量勤指导对现场导管施工作业进行监督。
3.2 突泥地段施工方案调整
在进入DK385+806里程之后时有突水突泥现象的发生，此里程以后加密使用地质超前预测，地质信息预测DK385+816～DK385+836里程段突泥现象可能加重，里程DK385+836～DK385+856之间突水突泥现象会逐渐减缓。根据地质超前采集的信息和DK385+806掌子面现场状况对超前支护方案进行修改，采用管棚预支护及小导管注浆的方法对突泥的问题进行解决。
1)初期支护加强，在DK385+806～DK385+856段的围岩采用格栅嵌补Ⅰ20b型钢钢架对支护进行加强。掌子面挂上钢筋网之后喷射10 cm左右的混凝土进行封闭，也为后期的注浆做准备。
2)护拱安装，根据地质预测信息管棚的起始里程为DK385+816，先在DK385+816～819段架设护拱，护拱钢架由6榀Ⅰ20b型钢组成，Ⅰ20b型钢之间的距离为0.5 m。为防止施作管棚时影响后期二衬施工，喷射混凝土之前应预留足够空间，空间不足时应凿出部分初支混凝土，也为后续施工作业提供充分的工作面。在护拱架安装就位后安装棚管导向管，护拱与导向管布置图如图3所示。导向管直径108 mm，管棚设计长度30 m，保证其穿出突泥体进入稳定围岩有一定的安全长度，管棚材料选用无缝钢管，直径89 mm，厚6 mm，设计仰角5°，导向管之间的间距0.5 m。关于护拱与导管的布置示意图见图3。
3)钻孔时，引孔方法采取钻杆上套冲击钻的方法，引孔完成以后采用无水钻进方法，在钢管上安装硬质合金钻头进行钻进。钻孔中要保护好岩芯及时取样调查，可以为后续隧道开挖提供超前地质信息。
4)注浆加固时，将注浆钢管插入管棚钢管壁的预留孔。注浆前可以在钢管内设置钢筋笼以保证钢管的刚度和强度，注浆时特别注意的是要保证注浆管和岩层之间要紧固连在一起。
根据突泥体工况，对超前小导管注浆方案又进一步优化。
1)注浆在围岩中的扩散半径根据原设计参数和现地质条件重新调整，保证相邻导管间的注浆范围有叠压区间，小导管布置参数调整如下，施工间距按照环向25 cm、纵向1.5 m进行控制。
2)调查现场突泥体的状况，天然含水量达到了45%，渗透系数小于10-8m/s，通过现场证明采用高压劈裂注浆的加固方法高效可行，注浆后经凝结硬化水泥和粘泥之间形成相对稳定的胶石结合体。高压劈裂注浆过程中特别要注意浆液损失和浆液凝固时间。同时要保证注浆过程压力从初压、工作压和终压满足设计要求，经现场的实践和查阅资料注浆压力参数修改为初压0.7 MPa左右，工作压力在1.6 MPa左右，终压在3.5 MPa左右。
3)注浆材料选用P.O42.5水泥，因为隧道伴有少量涌水现象，适当提高水玻璃比例，具体比例根据现场注浆情况进行调控，注浆的过程按照先稀后稠的原则，浆液水灰比采用0.5∶1，当有严重失浆的情况出现可以适当的添加速凝剂在浆液中。
4 结语
隧道的新奥法施工虽已在我国隧道施工中处于普及的状态，但在复杂地质环境下如何极大的发挥新奥法的施工特点，保证围岩的稳定性，新奥法还需要优化。隧道最大施工特点是前方地质状况处于盲区，工程问题出现大部分地点也集中在开挖面，因此隧道的稳定性除了要控制初支和衬砌的施工质量，还要对开挖施工动态、围岩变化信息高效收集，并快速反馈于后续施工作业。本隧道的施工注重施工信息收集和反馈，通过监控测量、超前地质手段高效收集围岩变化信息，发现了现场小导管超前注浆的问题以及预判DK385+816～DK385+836突泥、突水概率变高问题。通过信息反馈收集发现和预判问题，通过方案整改优化小导管注浆参数、重新制定突泥地段施工方案，使用管棚预支护及小导管注浆的方法避免了突泥、突水问题发生的风险。通过兴隆山隧道施工方案调整案例，反映了隧道施工信息收集反馈处理在新奥法隧道施工中的重要性，能有效的发现解决隧道开挖时出现的问题和潜在的问题，保证施工安全和进度。
