隧道施工技術(shù)方案探析
——以上料隧洞段為例

彭厚偉

(中鐵十八局軌道交通工程有限公司，天津 300230)

隧道施工技術(shù)方案探析
——以上料隧洞段為例

彭厚偉

(中鐵十八局軌道交通工程有限公司，天津 300230)

隧道工程質(zhì)量好壞直接對(duì)交通運(yùn)輸和人身財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了直接的影響，做好隧道施工技術(shù)方案的比較，提出相應(yīng)的建議，就成為隧道施工必不可少的前提條件。本文以上料隧洞段為例，首先分析了其工程地質(zhì)基本情況，然后進(jìn)行了原方案和改線方案之間的相互比較，希望能夠做出最科學(xué)的比較分析，再配合相應(yīng)的變更設(shè)計(jì)，從而為隧道施工選擇合理的施工技術(shù)方案。

隧道；施工；方案；變更設(shè)計(jì)

作為構(gòu)筑鐵路和公路的主體結(jié)構(gòu)之一，隧道施工技術(shù)方案的選擇同道路建設(shè)存在相輔相成的聯(lián)系。為了更好地保證隧道順利施工，就需要了解隧道區(qū)域內(nèi)具體的工程地質(zhì)條件，能夠合理分析施工技術(shù)方案，最終促進(jìn)隧道施工的全面發(fā)展。

一、上料隧洞段工程地質(zhì)

1.概況

上料隧洞從下游向上游方向掘進(jìn)施工。2014年3月26日，上料隧洞掘進(jìn)施工至B35+066，掌子面開挖揭露溶洞，溶洞橫向延伸至隧洞左側(cè)輪廓線外，溶洞內(nèi)充填流塑狀粘土含砂礫并夾有孤石涌出。溶腔周邊極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，溶蝕嚴(yán)重，穩(wěn)定性差[1]。

2.工程地質(zhì)條件

(1)地形地貌。測(cè)區(qū)位于興賓區(qū)良塘周圍山區(qū)，區(qū)內(nèi)群峰簇立，其間星羅棋布著各種洼地，山峰多為圓錐狀，兩峰間有基座相連，呈馬鞍型，地貌主要為峰叢洼地；測(cè)區(qū)內(nèi)巖溶較發(fā)育，巖溶個(gè)體形態(tài)主要表現(xiàn)為土洞、溶洞及溶斗等；樁號(hào)B34+762至B35+112段軸線及附近為山峰邊緣，地形起伏、險(xiǎn)峻，大部分高程在230～350m。

(2)地層巖性。測(cè)區(qū)內(nèi)覆蓋層為第四系殘坡積層的粘土、含碎石粉質(zhì)粘土，厚薄不一。下伏基巖主要為灰?guī)r、含燧石灰?guī)r，中厚層狀。

(3)地質(zhì)構(gòu)造。測(cè)區(qū)內(nèi)局部為第四系地層覆蓋，下伏基巖為石炭系灰?guī)r、含燧石灰?guī)r及含硅質(zhì)灰?guī)r等，弱～微風(fēng)化。沿線巖層產(chǎn)狀變化比較大，走向總體呈北東40°～50°，傾角在24°～45°之間變化，隧洞進(jìn)口一帶傾向北西，35+000一帶(山頂區(qū)域)傾向北東，35+160沖溝邊一帶傾向北東。因此該段洞線一帶洞室圍巖褶曲較發(fā)育，總體走向?yàn)楸睎|向。在山頂?shù)乇沓Ｒ姳睎|向張裂隙發(fā)育。

二、上料隧洞段方案比較

具體的方案比較圖如圖1所示：

圖1 方案比較示意圖

1.原方案

B34+692～34+790m：灰?guī)r、弱～微風(fēng)化，巖體較完整。洞室圍巖以Ⅲ類為主。

B34+790～34+898段相對(duì)電阻率變化比較大，推測(cè)為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，其中已發(fā)育的一些小型溶洞中推測(cè)溶洞內(nèi)含充填粉質(zhì)粘土或粉土，容易發(fā)生涌泥現(xiàn)象。開挖過程中注意進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以采取適當(dāng)支護(hù)措施。Ⅲ類為主，溶洞發(fā)育段為Ⅴ類。

B34+898～35+024一帶隧洞圍巖為石灰?guī)r，弱風(fēng)化，相對(duì)電阻率比較低，根據(jù)物探推測(cè)，可能為構(gòu)造破碎帶，充泥溶洞、裂隙發(fā)育，容易發(fā)生涌泥現(xiàn)象。開挖過程中注意進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以采取適當(dāng)支護(hù)措施。洞室圍巖以Ⅳ類為主，巖溶發(fā)育段為Ⅴ類。

B35+024～35+066m段為溶洞，充填松散狀粉質(zhì)粘土、粉土夾孤石，其中35+055～35+066段出現(xiàn)涌泥現(xiàn)象，呈空腔狀，空腔大小約14×13×20m，部分充填粉質(zhì)粘土、粉土及塊石。建議溶洞充填物物理力學(xué)參數(shù)如下：飽和密度1.7～1.9g/m3，凝聚力=17/KPa，內(nèi)摩擦角=14°，泊松比=0.35,變形模量=3.2MPa，彈性模量=6MPa，單位彈性抗力系數(shù)=0.1MPa/cm，堅(jiān)固系數(shù)=0.6。35+055～35+066段空洞周圍圍巖不穩(wěn)定，需要采取有效的處理措施[2]。

2.改線方案

根據(jù)地表測(cè)繪成果及物探成果分析推測(cè)物探低阻區(qū)發(fā)育走向?yàn)镹40°E，發(fā)育寬度約65～160m，與改線方案仍相交，相交寬度約110m。由于該110m段據(jù)物探推測(cè)，可能為構(gòu)造破碎帶，充泥溶洞、裂隙發(fā)育，容易發(fā)生涌泥現(xiàn)象。

3.方案比較

原方案與該線方案的比較如表1所示

表1 方案比較

4.結(jié)論與建議

第一，通過本次補(bǔ)充勘察，基本查明該洞周圍物探低阻帶發(fā)育范圍及延伸方向，但還需要在洞挖過程中逐一驗(yàn)證物探低阻帶的物質(zhì)組成，并不斷調(diào)整隧洞圍巖類別，以利于采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方案；第二，該區(qū)域巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育帶走向與構(gòu)造線基本一致，發(fā)育寬度60～160m，洞挖過程中，穿越巖溶發(fā)育帶過程中均有可能發(fā)生涌水或涌泥現(xiàn)象；第三，改線方案工程地質(zhì)條件與原方案工程地質(zhì)條件沒有明顯的區(qū)別，在洞挖過程中均有可能發(fā)生涌水或涌泥現(xiàn)象。單從工程地質(zhì)角度比較而言，改線意義不大，建議設(shè)計(jì)從水工布置、經(jīng)濟(jì)角度等進(jìn)行綜合比較，以選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)處理方案；第四，洞挖過程中，應(yīng)注意進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以探查前方洞室圍巖特征，避免出現(xiàn)較大規(guī)模的涌水涌泥現(xiàn)象，造成嚴(yán)重安全事故[3]。

三、上料隧洞段變更設(shè)計(jì)變更方案

根據(jù)補(bǔ)充勘探成果，并結(jié)合當(dāng)前施工的現(xiàn)狀，經(jīng)分析，認(rèn)為隧洞改線同樣存在風(fēng)險(xiǎn)，故擬維持原設(shè)計(jì)隧洞軸線方案。現(xiàn)將隧洞樁號(hào)B34+782～B35+074段設(shè)計(jì)方案進(jìn)行如下調(diào)整[4]：

1.對(duì)樁號(hào)B35+074～B35+066段斷面進(jìn)行修整，由原設(shè)計(jì)城門洞型斷面漸變至圓形斷面，初期支護(hù)采用掛鋼筋網(wǎng)φ8@200×200+噴砼C25(1)厚200+鋼格柵(H=200)@500+全斷面設(shè)φ25砂漿錨桿@1000×500，二次襯砌為全斷面厚500的鋼筋混凝土。

2.在樁號(hào)B35+066處設(shè)置C15(2)擋墻將掌子面封閉(并預(yù)埋泵送混凝土及注漿管)，利用開挖洞渣回填形成工作平臺(tái)，采用編織袋裝粘土，對(duì)掌子面處泵送混凝土入口進(jìn)行封堵，防止充填空腔的泵送混凝土突涌；然后采用泵送C20(2)混凝土充填樁號(hào)B35+066～B35+055處的溶洞空腔，局部空腔泵送混凝土無法充填時(shí)，可采用灌注1:2水泥砂漿充填，灌漿壓力控制在0.3～0.5MPa之間，至填滿整個(gè)空腔為止。

3.待泵送混凝土及水泥砂漿的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)，即可進(jìn)行隧洞掘進(jìn)，對(duì)樁號(hào)B35+066～B35+055(空腔段)的初期支護(hù)如下：采用掛鋼筋網(wǎng)φ8@150×150+噴砼C25(1)厚250+H型鋼拱架(H=200)@500+全斷面φ42管式注漿錨桿@1000×500(δ=3.5，L=4000)，二次襯砌為厚500的鋼筋混凝土。

4.混凝土開鑿掘進(jìn)至B35+050預(yù)留5m作為止?jié){墻，對(duì)掌子面前方的圍巖進(jìn)行超前預(yù)注漿固結(jié)加固。注漿的樁號(hào)為B35+050～B35+020(溶洞段)，范圍為開挖輪廓線外5m內(nèi)，注漿長(zhǎng)度為每循環(huán)25m。掘進(jìn)施工預(yù)留5m作為下循環(huán)注漿止?jié){墻。

5.對(duì)樁號(hào)B35+055～B35+020(溶洞段)的初期支護(hù)如下：采用掛鋼筋網(wǎng)φ8@150×150+噴砼C25(1)厚250+H型鋼拱架(H=200)@500+頂拱180°范圍設(shè)φ42超前注漿小管棚@300×1000(δ=3.5，L=4000)，全斷面φ42管式注漿錨桿@1000×500(δ=3.5，L=4000)，二次襯砌為厚500的鋼筋混凝土。

6.樁號(hào)B35+055～B35+020及其它溶洞段施做超前注漿小管棚，按照上下臺(tái)階預(yù)留核心土法盡量人工進(jìn)行分部開挖掘進(jìn)，條件允許時(shí)可采用機(jī)械配合，進(jìn)尺控制在0.8～1.2m，隨挖隨護(hù)，保證開挖面穩(wěn)定。核心土大小以方便人工作業(yè)為準(zhǔn)預(yù)留，但軸線方向厚度不小于1.5m。

緊跟核心土開挖應(yīng)及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)仰拱施工，盡快使支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)。臨時(shí)仰拱應(yīng)與邊墻拱架連接牢固，保證隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

隧洞下臺(tái)階應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)。一般在上臺(tái)階掘進(jìn)開挖15m～20m時(shí)進(jìn)行下臺(tái)階及仰拱開挖施工，左、右側(cè)交錯(cuò)開挖支護(hù)，左右側(cè)距離3m～5m，嚴(yán)禁左右側(cè)同時(shí)開挖，避免上臺(tái)階拱架底腳懸空。循環(huán)進(jìn)尺控制在1.2m～1.6m。若圍巖自穩(wěn)能力差時(shí)，可采用跳槽法組織施工。下臺(tái)階及仰拱初期支護(hù)完成后，即可拆除上臺(tái)階臨時(shí)仰拱，由全斷面初期支護(hù)承受圍巖應(yīng)力。

完成掘進(jìn)開挖施工后，對(duì)隧洞底板以下圍巖進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘探，根據(jù)勘探結(jié)果再確定底板以下的處理方案。

7.樁號(hào)B35+020～B34+898(IV類圍巖段)的初期支護(hù)如下：采用掛鋼筋網(wǎng)φ8@200×200+噴砼C25(1)厚150+φ25砂漿錨桿@1000×1000(L=4000)，二次襯砌為全斷面厚400的鋼筋混凝土。

8.樁號(hào)B34+898～B34+790(III類圍巖段)的初期支護(hù)如下：采用掛鋼筋網(wǎng)φ8@200×200+噴砼C25(1)厚100+φ18砂漿錨桿@1000×1000(L=3000)，二次襯砌為全斷面厚300的鋼筋混凝土。

9.樁號(hào)B34+790～B34+782段進(jìn)行修整，由圓形斷面漸變至城門洞型斷面，初期支護(hù)采用掛鋼筋網(wǎng)φ8@200×200+噴砼C25(1)厚100+φ18砂漿錨桿@1500×1500(L=3000)，二次襯砌為全斷面厚300的鋼筋混凝土。

10.樁號(hào)B34+790～B34+996段為物探低阻帶或電阻率變化較大段，施工過程應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用加深炮孔和φ75超前地質(zhì)鉆孔探測(cè)前方地質(zhì)情況。加深炮孔不小于6m，3m/循環(huán)，每循環(huán)加深炮孔不少于5個(gè)；φ75超前地質(zhì)鉆孔不小于35m，30m/循環(huán)，每循環(huán)不少于3個(gè)。

四、小結(jié)

由于隧道工程施工相對(duì)復(fù)雜，并且對(duì)于質(zhì)量、安全和施工周期都會(huì)提出相當(dāng)嚴(yán)格的要求，并且施工中容易存在高風(fēng)險(xiǎn)、多可變因素等情況。所以，如果無法正確合理地選擇施工技術(shù)方案，那么就可能導(dǎo)致大虧小盈的局面出現(xiàn)。因此，合理選擇施工技術(shù)方案，才是隧道安全的前提保障。

[1]申俊超.高速公路隧道施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2011，(8)：78～79.

[2] 章英文.關(guān)于公路隧道施工技術(shù)的淺析[J].科技致富向?qū)В?012，(15)：85～86.

[3] 朱曉光,孟凡玉.公路隧道施工技術(shù)分析[J].黑龍江科技信息，2011，(5)：45～46.

[4] 陳昌玉.有關(guān)高速公路隧道施工技術(shù)的研究[J].黑龍江交通科技，2012，(7)：125～126.

2095-4654(2015)03-0180-03

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