1）工程概况

雁口山隧道位于青海省玉树州称多县歇武镇东北方向约10 km处，设计为分离式双线隧道，全隧左线长4 032 m，右线长4 000 m，最大埋深361 m。隧址区属冰缘水流构造侵蚀中山地貌，山体平均海拔高度大多在4 000 m以上，隧址区主要位于青藏系头部主体和外围褶皱带，北部重接复合巴颜克拉—松潘弧形构造带，地层岩性上覆第四系全新统坡积层、洪积层，下伏中生界上三叠统巴颜克拉山群灰黑色页岩和砂岩互层。年平均气温－1.7℃，极端最高温度24℃、极端最低温度－33℃，寒长暑短，四季不分明，昼夜温差较大，空气稀薄，气压低，含氧量少，大气含氧量比平原低40%，缺氧严重，冬季气候寒冷漫长，多风雪，夏季气候凉爽短促，最大冻结深度3.08 m，全年冰冻期长达7个月。雁口山隧道进口200 m范围内埋深不足30 m，最浅的地段只有2.19 m，是目前国内隧道最长的浅埋段之一。围岩为全风化页岩，粉质黏土夹碎石，稳定性极差，且地下水位高，冻融渗流严重，在开挖施工过程中遭遇了涌水、地表开裂、钢架初支变形等各种问题。

2）施工中遇到的困难

雁口山隧道进口左线200 m的浅埋段，设计地质为粉质黏土、强风化页岩夹砂岩，开挖后实际地质为黏土夹碎石，稳定性极差。其次，拱部有冻土层，存在冻融渗流现象，开挖后在无任何外作用力的情况下流塌严重，遇水呈泥浆状（图7—64），工人进入掌子面施工作业也比较困难。根据围岩量测监控数据显示，左线拱顶下沉量累计达30 cm以上，初支严重侵入二衬，拱顶地表开裂严重（图7—65、图7—66）。

3）软弱围岩大变形机理

图7—64　掌子面围岩遇水呈泥浆状

图7—65　地表开裂

图7—66　进行地表注浆

隧道地质环境不同，围岩发生大变形的时间、位置、破坏程度、影响范围也会不同。大变形发生的岩性、环境及约束条件，大、小变形的区别及力学机理对于分析和控制隧道同岩大变形至关重要。围岩大变形是指在软弱围岩隧道采用常规支护围岩发生塑性破坏，变形得不到有效约束，变形量超过了规范允许的变形量，或有超过规范允许变形量的趋势，或在隧道完成二次衬砌较长时期后，边墙、拱顶和拱角破裂、隆起等现象。

围岩大变形根据不同的受控条件可以划分为：受围岩岩性和构造控制及受人工采掘扰动影响，其中受围岩岩性控制的大变形主要包括岩性软弱的泥质页岩和砂质泥糟、泥灰岩，以及具有膨胀性的软岩等。对于软弱浅埋隧道，由于松散周岩形成的松散压力直接作用在地下工程支护上，隧道开挖后围岩应力重新分布，部分围岩或其结构面失去强度，成为脱离母岩的分离块体和松散体，在重力作用下，克服较小的阻力发生塌滑，软岩在形变应力较大时，将进入塑性或流变变形阶段，因而形成较大的围岩变形。

4）施工方案选择及实施

软弱围岩沉降处理措施通常采用的施工方法有：

①架设钢拱架，形成双层钢拱架受力。隧道在浅埋、软弱围岩地段，开挖后拱顶及局部应力集中过大，隧道结构极易失稳，给施工带来极大困难，采用双层钢拱架支护可以增加钢架支护的受力结构，加快隧道施工进度，增加隧道施工期及运营后的安全系数。

②架立临时钢支撑，增大受力点，减轻已损坏初期支护的受力。隧道在软弱围岩、浅埋地段施工时，无法及时施做仰拱以使隧道成环，采用此种加固处理措施，可以使初支钢架在未施工仰拱无法成环的情况下将断面分块支撑，以起到分散围岩应力、遏制围岩变形的作用，使初支结构在未施工仰拱前处于稳定状态。

③增加临时仰拱，提早形成封闭环。增加临时仰拱，可以使已开挖的上台阶封闭成环，使开挖部分围岩处于稳定状态，然后再开挖中台阶施做临时仰拱，最后再开挖下台阶施工仰拱，使已开挖部分逐步封闭成环，形成一个个自稳体系，增加隧道的安全系数。

国内常用的浅埋大断面隧道施工方法主要有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，上述施工方法限制了大型施工机械的使用，需要投入大量的人力，进度慢，工效低，增加了安全隐患；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分保证；拆除临时支护时因受力转换突然，易出现大的变形，存在安全风险；临时支护反复拆除，成本投入大等。

针对雁口山隧道进口的地质条件，借鉴近几年国内大断面浅埋、软弱隧道施工的成功经验，规避传统施工方法的局限性，以加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量为目的，经过一段时间的摸索、研究，提出了地表注浆加固、超前施做小矮墙、加强超前及初期支护参数等辅助措施配合三台阶开挖法施工的一整套施工方法。

5）拱脚小矮墙处置技术

超前拱脚小矮墙是将隧道仰拱分两次施做，并做适当调整。先施工两边墙，2～3 m宽的小矮墙紧跟下台阶施工，以制止隧道初期支护的进一步变形。然后施做中间预留的仰拱部分，使初期支护钢架成环，增加钢架的支撑能力。及时施做小矮墙，稳定拱脚，遏制初支变形，仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。

（1）小矮墙施工方法(www.daowen.com)

针对雁口山隧道地质情况，通过业主、监理、设计代表、技术咨询、纪检监察及项目部等六方现场勘察，并对多种方案比较后，提出采用小矮墙施工方法。小矮墙施工流程如图7—67所示。

图7—67　小矮墙施工流程图

（2）小矮墙施工注意事项

①每次施做小矮墙长度控制在2 m左右，以便能够及时控制围岩变形，以免下接长度过长使下导钢架悬空，人为造成不必要的损失。

②控制小矮墙距下导在2 m以内，以便更好地控制围岩变形。

③每施做6 m小矮墙，要及时施做仰拱，使初支彻底封闭成环，彻底控制围岩变形。

④及时施做二衬，二衬距仰拱的距离要保持在6 m以内。一旦出现围岩变形过大，可以及时采取相应措施进行处理。

（3）小矮墙施工示意

小矮墙示意如图7—68所示。小矮墙施工如图7—69所示。

图7—68　小矮墙示意图

图7—69　小矮墙施工

（4）方案实施效果

在没有采取该措施施工前，隧道内初支开裂严重，拱顶下沉较大，且下沉速率很大，地表开裂十分严重。而在采取了该施工措施后，隧道下沉量明显变小，变形趋于稳定，有效地增加了隧道施工的安全系数。首先确保了隧道施工的安全，其次在施工中采用该处理措施可以加快施工进度，保证了工期的要求，最后虽然该施工方法工序增加，隧道初支工程量增大，但它可以有效地保证隧道施工的质量，为隧道施工及后期运营提供了保障。

（5）实践中的应用价值

雁口山隧道左线浅埋、软弱围岩段成功运用该方案，有效地扼制了围岩变形，并在雁口山隧道右洞进行了推广，取得了很好的效果。目前，围岩变形稳定受控，施工进度有所加快，二衬紧跟掌子面，保证了施工安全。在今后的隧道施工中，如遇到类似浅埋软弱围岩，可以采用该方法进行施工，以确保安全，加快进度，保证质量。当然在施工中不能盲目照搬，需要遵循以下原则，以保证方案运用得当。

①施工开挖必须坚持“短进尺、强支护、早封闭、早成环”的原则。

②施工过程中要加大监控量测的频率，及时掌握围岩的变换情况，分析洞身结构的稳定状况，为支护参数的调整提供可靠依据。

③施工工序的衔接必须紧凑，各工序之间搭接的技术参数和时间系数必须调整为最佳状态。

④施工中必须加强巡查力度，以便随时掌握施工动态，保证施工安全和质量。