淺析淺埋偏壓Ⅴ級(jí)圍巖隧道開挖工藝

崔 健 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

把水寺隧道右線S5a段屬于淺埋偏壓Ⅴ級(jí)圍巖及洞身富水性較強(qiáng)的構(gòu)造破碎帶。根據(jù)新奧法原理，采用復(fù)合襯砌。初期支護(hù)由系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、鋼拱架和超前小導(dǎo)管組成。錨桿采用D25中空注漿錨桿L=300cm呈（縱）50cm×100cm（環(huán)）梅花形布置。鋼筋網(wǎng)采用φ8圓鋼制作，網(wǎng)格尺寸為20×20cm。鋼拱架由18工字鋼和A3鋼板鋼筋組成，間距為50cm。小導(dǎo)管采用外徑42mm、壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距以40cm布置。初期支護(hù)為C20噴射混凝土，噴射混凝土厚26cm。二次襯砌拱部及仰拱采用鋼筋混凝土，襯砌厚為45cm的C25模筑混凝土。仰拱回填采用C15片石混凝土。初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)防水板作為防水層邊墻和拱部添加復(fù)合防水劑。

2 施工方案及施工工藝

2.1 施工原則

施工過程中嚴(yán)格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，早封閉，控爆破，勤量測”的施工原則。

①管超前——在圍巖破碎及斷層帶工作面開挖前，沿隧道拱部周邊按設(shè)計(jì)打入超前小導(dǎo)管，以架立的格柵鋼架為支點(diǎn)，起超前作用。

②嚴(yán)注漿——在打投超前小導(dǎo)管后注漿加固地層，使松散、軟弱的圍巖膠結(jié)成整體，增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，和超前小導(dǎo)管一起，形成縱向超前支護(hù)體系，防止工作面失穩(wěn)。

③短開挖——圍巖條件較差時(shí)，每次開挖循環(huán)進(jìn)尺要短，開挖和支護(hù)時(shí)間盡可能縮短，進(jìn)尺小于1m,采用微臺(tái)階開挖。

④強(qiáng)支護(hù)——采用格柵鋼架和噴混凝土進(jìn)行較強(qiáng)的早期支護(hù)。

⑤早封閉——開挖后初期要盡早封閉成環(huán)，以改善受力條件，當(dāng)總收斂值達(dá)80%以上，盡早進(jìn)行二次襯砌，增加后續(xù)工程施工的安全性。

⑥控爆破——開挖過程中嚴(yán)格控制炸藥量，減少爆破震動(dòng)干擾。

⑦勤量測——量測是對(duì)施工過程中圍巖及結(jié)構(gòu)變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤的主要手段，做到隨時(shí)掌握住處及時(shí)回歸分析及時(shí)反饋，以量測指揮施工。

2.2 開挖支護(hù)

①隧道該里程段采用臺(tái)階法開挖，控制爆破，噴射混凝土初期支護(hù)；采用超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，D25中空注漿錨桿，長3m，環(huán)向間距1.0m布置,每隔0.5m設(shè)一環(huán)，水灰比為1：1，注漿壓力為0.5MPa～1.0MPa。鋼支撐拱架全環(huán)設(shè)置，每0.5m為一榀。

②環(huán)向錨桿由人工直接打入，采用濕噴射混凝土。

③為防止拱部下沉，拱部鋼支撐架架立完之后，在拱腳處打鎖腳錨管（20MnSi鎖腳錨桿），長3.5m。下半斷面開挖支護(hù)完后施作仰拱，拱墻襯砌。

④循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5m～2.0m，下臺(tái)階開挖后，墻部和底部鋼架同時(shí)安裝，噴混凝土封閉。

⑤隧道襯砌緊跟開挖，確保施工及結(jié)構(gòu)的安全。

2.3 施工步驟

打超前小導(dǎo)管注漿→上臺(tái)階開挖→立鋼架、環(huán)向系統(tǒng)錨桿→鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)→初噴→第二層鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴→開挖下臺(tái)階→立鋼架→鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)→初噴→第二層鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴→仰拱超前灌注→墻拱混凝土灌注。

2.4 爆破

采用光面爆破，微震控制爆破方法,塑料導(dǎo)爆管非電起爆。隧道開挖施工中根據(jù)光面爆破設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況進(jìn)行爆破試驗(yàn)并不斷修正設(shè)計(jì)參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。成立爆破專業(yè)小組，實(shí)行定人、定位、定標(biāo)準(zhǔn)的崗位責(zé)任制，精細(xì)規(guī)范實(shí)施，其具體技術(shù)措施如下。

2.4.1 測量放線

每次測量放線時(shí)，對(duì)上次爆破斷面進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳的爆破效果。

2.4.2 鉆孔作業(yè)方法步驟

①嚴(yán)格控制炮眼間距，誤差不得大于5cm，方向相互平行，嚴(yán)禁相互交錯(cuò)，硬巖殘眼率達(dá)80%以上，中硬巖70%以上，軟巖開挖輪廓要圓順、符合隧道設(shè)計(jì)輪廓線尺寸的要求。

②嚴(yán)格控制鉆孔外插角度，相鄰兩茬炮之間錯(cuò)臺(tái)不得大于10cm。

2.4.3 微震控制爆破方法

單段最大超爆藥量按下式計(jì)算，并對(duì)相鄰隧道及淺埋段地表構(gòu)筑物進(jìn)行振動(dòng)檢測及時(shí)調(diào)整爆破方案。

V=K（Q1/3/R）a(cm/s)

式中：Q——為單段最大起爆藥量（kg）

R——爆破中心距構(gòu)筑物距離（m）

K——地質(zhì)介質(zhì)系數(shù)，K=50～360

a——地震波衰減系數(shù)，取a=1.5

2.5 初期支護(hù)施工方法

2.5.1 錨桿支護(hù)中空注漿錨桿（WTD25）施工要點(diǎn)如下：成品錨桿管徑偏差不宜超過0.5mm；用于安裝的沖擊器尾部經(jīng)過淬火處理。

2.5.2 掛網(wǎng)

按設(shè)計(jì)要求加工鋼筋網(wǎng)，隨受噴面起伏鋪設(shè)，同定位錨桿固定牢固，鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙以3cm左右為宜，混凝土保護(hù)層大于4cm。

2.5.3 噴射混凝土

按濕式噴射混凝土施工法施工。在有水地段，噴射混凝土采取如下措施：當(dāng)水量不多時(shí)，可設(shè)導(dǎo)管引排水后再噴射混凝土；當(dāng)涌水量范圍較大時(shí)，可設(shè)樹枝狀導(dǎo)管后噴射混凝土；當(dāng)涌水嚴(yán)重時(shí)可設(shè)置泄水孔，邊排水邊噴射混凝土。

增加水泥用量，改變配合比，噴混凝土由遠(yuǎn)而近逐漸向涌水點(diǎn)逼近，然后在涌水點(diǎn)安設(shè)導(dǎo)管將水引出，再向?qū)Ч芨浇鼑娚浠炷痢?/p>

2.5.4 鋼拱架安裝

①安裝前分批檢查驗(yàn)收加工質(zhì)量。

②清除干凈底腳處浮渣，超挖處加設(shè)鋼墊塊，其中間段接頭板用砂子埋住，以防混凝土堵塞接頭板螺栓孔。

③按設(shè)計(jì)焊接定位系筋及縱向連接，段間連接安設(shè)墊片擰緊螺栓，確保安裝鋼架質(zhì)量。

④嚴(yán)格控制鋼拱架的中線及標(biāo)高尺寸。

⑤鋼拱架與巖面間安設(shè)鞍形混凝土墊塊，確保巖面與鋼拱架密貼、牢靠、穩(wěn)固。

⑥確保初噴質(zhì)量，拱架在初噴5cm后架立。

⑦鋼架在工作臺(tái)上加工，按設(shè)計(jì)加工好鋼架的各單元鋼架后，組織試拼，檢查鋼架的尺寸及輪廓是否合格。嚴(yán)格控制節(jié)點(diǎn)板的鉆孔尺寸。

⑧加工誤差：軸線長度+10mm，平面翹小于±20mm,螺栓孔中心距+0.5mm。

⑨鋼架各單元明確標(biāo)注類型及單元號(hào)，分類堆放在干燥處。

說起“現(xiàn)成品藝術(shù)”，很容易讓人聯(lián)想到馬歇爾.杜尚的一系列作品，比如《自行車輪》、《泉》、《大玻璃》、《L.H.O.O.Q》等。但在理論家阿瑟.丹托(ArthurC Danto)的著作《藝術(shù)的終結(jié)》一書中，丹托并沒有將杜尚的《泉》作為一件標(biāo)志“藝術(shù)終結(jié)”的作品，而是選擇了安迪.沃霍爾(Andy Warhol)的《布里洛盒子》。這兩件作品看上去都跟現(xiàn)成品有關(guān)，為什么丹托不選擇更早出現(xiàn)的《泉》呢？

⑩結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)，在工作臺(tái)上將鋼架拼裝成環(huán)，外側(cè)使用油頂，按設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行加壓，使用鋼筋應(yīng)力計(jì)及收斂儀器測鋼架內(nèi)力和變形情況。

2.5.5 超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固

①施工方法：現(xiàn)場加工小導(dǎo)管，插入端加工成錐形,出漿孔用臺(tái)鉆加工。利用鑿巖機(jī)鉆孔或用鑿巖機(jī)直接將小導(dǎo)管打入巖土層，注漿泵壓注水泥漿。

②注漿控制：a.采用注漿壓力和漿液注入量指標(biāo)中單一指標(biāo)控制；b.注漿壓一般控制在0.5～1.0MPa；c.漿液注入量根據(jù)漿液擴(kuò)散半徑（Rk）及注漿長度確定。

④注漿鉆孔做到：孔壁圓、角度準(zhǔn)、孔身直、深度夠、巖粉清洗干凈，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重卡鉆，孔口不出水時(shí)，應(yīng)立即停止鉆孔，并安設(shè)注漿管，迅速注漿。成孔探孔合格后，立即將小導(dǎo)管打入已成孔內(nèi)，預(yù)留20cm，用塑膠泥將導(dǎo)管空隙封堵密實(shí)。

導(dǎo)管沿隧道開挖輪廓線布置，外傾角控制在10°～15°，小導(dǎo)管縱向水平搭接長度不小于1.5m。

3 總 結(jié)

淺埋、偏壓、軟弱圍巖的隧道施工具有一定的特殊性和復(fù)雜性，因此在施工過程中要制訂切實(shí)可行并且要與隧道工程相關(guān)相符的施工方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各項(xiàng)隧道施工作業(yè)，合理處理偏壓問題，保證超前支護(hù)和錨噴支護(hù)的緊密結(jié)合，只有這樣才能充分發(fā)揮支護(hù)的聯(lián)合作用，為隧道施工提供安全保證。