隧道施工過程中極破碎圍巖整治初步探究

金國東 劉士鋒

云南以地質(zhì)條件復(fù)雜著稱，被稱為地質(zhì)王國。云南公路隧道在施工過程中遇到的各種不良地質(zhì)較多。本文以極其破碎圍巖為例，具體探討在該種地質(zhì)條件下隧道掘進(jìn)出現(xiàn)的問題及處理方法。

1 概述

該隧道位于云南省迪慶州境內(nèi)，屬于高海拔隧道，全長835m。隧道穿越舌狀山脊，位于瀾滄江左岸鄰江陡坡地帶，隧址區(qū)海拔高度為1 846m～2 073m。

隧道覆蓋一層厚3m～5m殘積碎石土或全風(fēng)化層，其下為強(qiáng)～中等風(fēng)化二疊系下統(tǒng)砂質(zhì)板巖夾薄～中厚層砂巖，巖性極為破碎，基巖產(chǎn)狀252°∠76°，在出口段巖層傾向基本與坡向一致(出口段坡面傾向240°～250°)，且呈大傾角，導(dǎo)致巖體深5m～40m范圍沿板巖層面拉張卸荷裂隙極為發(fā)育，導(dǎo)致出口段巖體深20m～40m范圍以碎塊狀破碎巖質(zhì)邊坡為主，巖性極破碎，穩(wěn)定性差，開挖時易坍塌是其主要特征。地質(zhì)橫斷面示意圖見圖1。

圖1 地質(zhì)橫斷面示意圖

2 施工情況

由于圍巖極其破碎，在開挖掘進(jìn)20m過程中，小型坍塌不斷，有記錄大型塌方4次，量最大有150m3，小的也有70m3，造成隧道后側(cè)形成很大空腔，掌子面無法掘進(jìn)，一旦強(qiáng)行掘進(jìn)將會產(chǎn)生更大的塌方。

3 施工方案

3.1 施工方法

在施工過程中，針對該種情況進(jìn)行了多次嘗試。首先針對產(chǎn)生的空腔進(jìn)行處理，方案是:采用18工字鋼和22工字鋼組成的聯(lián)合拱上拱，在原鋼拱架上方對空腔進(jìn)行支撐，對空腔采用泵送混凝土進(jìn)行回填。采用C25噴射混凝土進(jìn)行封閉。由于常規(guī)錨桿無法成孔，塌孔嚴(yán)重，所以所有超前錨桿和系統(tǒng)錨桿均更改為自進(jìn)式錨桿。為了防止下次開挖再次塌方，故采用超前注漿。具體方案為:

1)對塌方產(chǎn)生的危巖現(xiàn)行進(jìn)行清除，確保施工安全，防止施工時落石。

2)對空腔內(nèi)素噴C25混凝土，厚度控制在4cm以上，防止再次塌方。

3)利用18工字鋼和22工字鋼對空腔進(jìn)行拱上拱支撐，其中周邊主要支撐采用22工字鋼，中間桁架采用18工字鋼，間隔40cm設(shè)置一榀，并采用縱向連接筋連接，保證鋼支撐的整體性。

4)支鋼模板，采用輸送泵泵送C20混凝土，泵送混凝土采用間歇式泵送，控制泵送混凝土的數(shù)量，最佳是控制在拱頂上方形成1m～1.5m混凝土殼即可。

5)在已經(jīng)封閉好的掌子面拱頂上方采用小導(dǎo)管注漿，水灰比采用0.5∶1或者根據(jù)擴(kuò)散情況確定。漿液適合采用濃漿并加入適量砂。注漿采用間歇式注漿。

6)超前錨桿采用自進(jìn)式錨桿，進(jìn)行下一個循環(huán)開挖。開挖要求按照鋼拱架間距進(jìn)行開挖，必須留核心土。

3.2 主要施工技術(shù)指標(biāo)

1)拱上拱各榀間距與鋼拱架間距一致，間距40cm。除噴混凝土厚度4cm。

2)小導(dǎo)管超前預(yù)注漿施工工藝。用紅外激光指向儀定位，并劃出隧道開挖輪廓線，在隧道開挖前，于拱部輪廓線外10cm處用YT-28鉆機(jī)鉆孔，人工打入超前小導(dǎo)管，并采用單液水泥漿注漿加固圍巖。超前小導(dǎo)管采用長3.5m的φ42有縫鋼管，壁厚3mm，環(huán)向間距0.3m(原設(shè)計(jì)為 0.6m)，傾角 7°～10°，搭接 1m ～1.5m。

注漿技術(shù)參數(shù):純水泥漿水灰比為0.5∶1;注漿壓力:0.4mPa～0.5mPa;注漿加固范圍:隧道開挖輪廓線外1.5m;注漿段長3.5m;漿液擴(kuò)散范圍:0.4m～0.5m。注入量按下式計(jì)算:

其中，Q為注漿量，m3;R為漿液擴(kuò)散半徑，m;L為注漿段長度，m;N為地層孔隙率;α為有效注漿系數(shù)，0＜α＜1;β為漿液損耗系數(shù)，β＞1。

采用定壓為主、定量為輔的注漿標(biāo)準(zhǔn)，待水泥漿基本凝固(4 h～8 h)后進(jìn)行開挖作業(yè)。

3)開挖及噴錨支護(hù)。采用留核心土法施工:每次開挖循環(huán)進(jìn)尺0.5m以內(nèi)，待鋼拱架支撐好，噴射混凝土后再行開挖中間部分。盡量不要放炮，如果不能避免盡量在拱角位置放小炮。

錨噴支護(hù)體系的施工工藝和主要技術(shù)參數(shù):施作φ25自進(jìn)式超前錨桿和系統(tǒng)錨桿;鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，網(wǎng)格尺寸為0.15m×0.15m，網(wǎng)片尺寸為1.5m×1.0m，搭接1個～2個網(wǎng)格并與隧道開挖周邊靠緊鋪掛;格柵鋼架(φ22)間距1m，圍巖特別破碎段，間距變?yōu)?.5m～0.75m，格柵鋼架和超前小導(dǎo)管及WTD錨桿的尾端焊接在一起;分層噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度(20cm);為確保施工安全，采用短開挖、噴錨緊跟的方法施工，在拱部支護(hù)下沉量過大段增設(shè)鎖腳錨桿。

4 處理結(jié)果

本段平均5m設(shè)一個測量斷面。測量拱頂下沉及拱墻收斂。從測量的結(jié)果可以看出:拱頂下沉的各點(diǎn)R平均變形速度小于0.2mm/d，拱頂收斂數(shù)據(jù)相對位移最大值為0.48(小于規(guī)范要求1.2)，未出現(xiàn)較大塌方，說明所采用的施工方案是正確的，施工支護(hù)是有效的。

5 結(jié)語

從極其破碎圍巖掘進(jìn)隧道施工方案可以得出如下結(jié)論:

1)必須短進(jìn)尺，分步開挖，支護(hù)要跟上，二襯及時施工。

2)塌方一旦出現(xiàn)必須及時進(jìn)行整治，防止塌方連帶其他地方持續(xù)出現(xiàn)塌方。

3)在施工過程中，必須進(jìn)行監(jiān)測。特別針對該種極破碎圍巖，監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測間隔時間，適當(dāng)加密。將觀測數(shù)據(jù)作為隧道安全施工的指導(dǎo)，及時進(jìn)行施工方案調(diào)整。

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