隧道洞口開(kāi)挖穩(wěn)定技術(shù)分析研究

王清江

(重慶廣播電視大學(xué)，重慶 401520)

0 引言

隧道洞口開(kāi)挖施工是隧道工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，洞口地段一般地質(zhì)條件較差，巖層風(fēng)化程度高，受地下水影響大，洞口埋深較淺，地形地貌復(fù)雜，洞口開(kāi)挖施工易造成坍塌等問(wèn)題，如洞口設(shè)計(jì)和施工方案不當(dāng)，隧道將無(wú)法進(jìn)洞。因此，隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定直接關(guān)系著隧道施工的工期和效益。隧道洞口施工方案選取需考慮的關(guān)鍵因素是施工中如何減少對(duì)山體擾動(dòng)和影響，確保洞口山體原有的穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)洞方案的確定，在對(duì)洞口圍巖地質(zhì)條件、地下水形態(tài)、地貌特征等自然條件認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，按“早進(jìn)晚出”的原則比選確定。

1 隧道洞口施工現(xiàn)狀及常發(fā)生的問(wèn)題

目前，隧道進(jìn)洞開(kāi)挖施工方法很多，但概括起來(lái)主要有全斷面法、臺(tái)階法、分部開(kāi)挖法。根據(jù)圍巖地質(zhì)情況，當(dāng)圍巖較好時(shí)，采取全斷面法或臺(tái)階法，當(dāng)圍巖較差時(shí)采取CD法、CRD法或雙側(cè)臂導(dǎo)坑法等分部開(kāi)挖方法。另外，當(dāng)圍巖地質(zhì)破碎，開(kāi)挖后圍巖難以自穩(wěn)時(shí)，可采取地表及超前預(yù)加固措施。施工中，雖然采取了一系列措施，但洞口開(kāi)挖施工過(guò)程中仍會(huì)發(fā)生諸多問(wèn)題，如:邊仰坡崩塌、滑動(dòng)、圍巖失穩(wěn);掌子面失穩(wěn)崩落;隧道洞口地表沉陷等問(wèn)題。這些問(wèn)題的成因主要是隧道開(kāi)挖改變了山體巖層內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，破壞了山體原有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

2 隧道洞口施工穩(wěn)定技術(shù)研究

確定洞口開(kāi)挖施工穩(wěn)定技術(shù)措施應(yīng)針對(duì)引起洞口失穩(wěn)的原因進(jìn)行分析研究，隧道要求按“早進(jìn)晚出”的原則組織施工，其目的也是減少隧道洞口開(kāi)挖施工對(duì)山體原有形態(tài)的改變，充分利用山體的自穩(wěn)狀態(tài)。根據(jù)這一原則隧道洞口施工穩(wěn)定技術(shù)可采取如下措施:

1)減少和避免地表水對(duì)洞口開(kāi)挖施工的影響，開(kāi)挖前首先施作地表截排水工程。

2)避免邊仰坡開(kāi)挖過(guò)程中失穩(wěn)，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況選取邊仰坡開(kāi)挖坡度，盡量減少對(duì)原有穩(wěn)定邊坡的破壞，開(kāi)挖后及時(shí)施工邊坡工程。

3)采取護(hù)拱法進(jìn)洞方案，邊仰坡開(kāi)挖至隧道洞頂標(biāo)高后，掏槽施工護(hù)拱后再進(jìn)洞開(kāi)挖，以減少進(jìn)洞開(kāi)挖對(duì)穩(wěn)定山體的影響。

4)圍巖破碎地段采取洞頂注漿及超前預(yù)注漿等預(yù)加固措施后再進(jìn)洞開(kāi)挖。

3 護(hù)拱法隧道洞口開(kāi)挖施工方案及工藝

3.1 隧道護(hù)拱法進(jìn)洞施工工藝流程

護(hù)拱法洞口開(kāi)挖施工工藝流程圖見(jiàn)圖1。

3.2 護(hù)拱法隧道洞口開(kāi)挖施工

1)隧道洞口截排水溝施工。

測(cè)放隧道洞頂截水溝位置，截水天溝距邊仰坡開(kāi)挖邊緣不小于5 m，溝底坡度根據(jù)地形設(shè)置，且不小于3%，天溝采取人工或人工配合小型機(jī)械開(kāi)挖，開(kāi)挖后砌筑漿砌片石或澆筑混凝土溝壁。

圖1 護(hù)拱法隧道洞口開(kāi)挖施工工藝流程圖

2)邊仰坡開(kāi)挖。

施工前清除洞口與上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石后，土質(zhì)地層采用挖掘機(jī)自上而下逐層開(kāi)挖，人工配合修坡，石質(zhì)地層邊仰坡開(kāi)挖需爆破時(shí)，采取淺眼松動(dòng)爆破開(kāi)挖。邊仰坡較高時(shí)，應(yīng)分層開(kāi)挖，分層防護(hù)，采用坡度尺檢查坡度，及時(shí)施作系統(tǒng)錨桿及防護(hù)工程。

3)護(hù)拱法施工工藝。

a.護(hù)拱結(jié)構(gòu)。

根據(jù)地形情況，護(hù)拱長(zhǎng)為1 m～2 m，厚50 cm，C25混凝土，護(hù)拱內(nèi)設(shè)3榀～5榀高45 cm格柵拱架，格柵拱架間距50 cm，靠近掌子面1榀拱架嵌入巖體內(nèi)。護(hù)拱高度結(jié)合進(jìn)洞施工方法，可分為全斷面或半斷面。護(hù)拱形式見(jiàn)圖2。

圖2 洞口護(hù)拱形式示意圖

b.開(kāi)挖。

施工前，測(cè)量放線，施作完成超前小導(dǎo)管或超前錨桿，拱架安設(shè)部位采取掏槽開(kāi)挖，掏槽高度與初期支護(hù)厚度相同，縱向深度30 cm～50 cm。掏槽開(kāi)挖采用人工鑿槽。

c.拱架加工、架設(shè)。

護(hù)拱段拱架采用格柵鋼架或工字型鋼鋼架，主筋為Φ25鋼筋(或Ⅰ20b工字鋼)，為確保護(hù)拱段的初期支護(hù)凈空尺寸、防止因拱頂下沉及側(cè)墻收斂侵入凈空，拱架尺寸在原設(shè)計(jì)拱架的基礎(chǔ)上加大10 cm。拱架安裝要求:

在拱架架設(shè)前，將拱架腳部鋪墊5 cm厚的早強(qiáng)砂漿找平層，待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，再安裝鋼架，以防拱架下沉，拱架安裝時(shí)嚴(yán)格控制拱架標(biāo)高，拱架安裝時(shí)按設(shè)計(jì)抬高5 cm。

第一榀拱架要鑲嵌于事先挖好的土槽中，與小導(dǎo)管焊接連接。

護(hù)拱段拱架安設(shè)時(shí)要保證中線、法線準(zhǔn)確，保證其不偏、不斜、不前俯、不后仰，鋼架安裝允許偏差為:橫向和高程±5 cm，垂直度 ±2°。

拱架架設(shè)完成后，焊接縱向Φ22連接筋，環(huán)向間距1.0 m，在焊接縱向連接筋的同時(shí)掛雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，網(wǎng)格間距200 mm×200 mm，掛設(shè)時(shí)兩片鋼筋網(wǎng)搭接不得小于200 mm。

打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿采用φ25鋼筋，長(zhǎng)3 m，每榀拱架每側(cè)設(shè)鎖腳錨桿3根。

d.噴射混凝土。

立模，護(hù)拱內(nèi)模板可采用1 cm厚的木板吊在護(hù)拱格柵鋼架的內(nèi)側(cè)。噴射混凝土，采用濕噴工藝，噴射時(shí)從下向上分層進(jìn)行，每層噴射厚度為3 cm～5 cm。噴射時(shí)兩側(cè)對(duì)稱同步進(jìn)行，防止因高差過(guò)大造成拱架移位。

e.洞身開(kāi)挖。

護(hù)拱混凝土噴射完成后，進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。洞口護(hù)拱施工示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 洞口護(hù)拱施工示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外工程界對(duì)隧道工程洞口施工都高度重視，隧道進(jìn)洞方法應(yīng)根據(jù)不同隧道地質(zhì)情況、施工條件、埋置深度、斷面大小、自然邊仰坡及施工環(huán)境，以施工安全為前提，綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)等因素經(jīng)比選確定。護(hù)拱法進(jìn)洞方案旨在最大限度的削弱隧道開(kāi)挖對(duì)山體圍巖穩(wěn)定狀態(tài)的影響，確保了軟弱破碎圍巖洞口施工安全。

［1］ TB 10203-2002，鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.

［2］ TB 10210-2001，鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范［S］.

［3］ 鐵建設(shè)(2005)16號(hào)，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］ 鐵建設(shè)(2005)157號(hào)，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.

［5］ 鐵路橋梁工程施工手冊(cè)(下冊(cè))［Z］.