淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術(shù)研究

李成濤

（重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司 重慶市渝北區(qū) 401120）

淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術(shù)研究

李成濤

（重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司 重慶市渝北區(qū) 401120）

隧道工程施工難度較大，一旦遭遇風(fēng)化帶、地形偏壓、軟弱堆積物、軟弱圍巖等特殊的地質(zhì)問(wèn)題，極易導(dǎo)致淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過(guò)程中面臨著圍巖變形的困難，出現(xiàn)拱頂下沉或者地表開(kāi)裂等問(wèn)題。本文將分析淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術(shù)。

淺埋；軟弱圍巖；大跨徑；隧道；施工技術(shù)

1 引言

隧道工程分為兩種，分別是深埋隧道與淺埋隧道。而淺埋隧道地質(zhì)相對(duì)特殊，在開(kāi)挖的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)拱頂下沉急劇加大，地表開(kāi)裂等問(wèn)題。在淺埋軟弱圍巖隧道施工的過(guò)程中，要使用正確的方法和技術(shù)，保證施工的安全和質(zhì)量。

2 淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工流程

2.1 關(guān)于施工技術(shù)中的超前支護(hù)

對(duì)于軟弱圍巖，其穩(wěn)定性較差，因此在建設(shè)的過(guò)程中需要做好超前支護(hù)。超前支護(hù)的內(nèi)容包括小導(dǎo)管注漿、管棚、超前錨桿、賬幕注漿等等。①超前錨桿。在隧道開(kāi)挖之前，需要在隧道的周?chē)胖贸板^桿，從而起到預(yù)先加固的效果。超前錨桿的主要參考數(shù)據(jù)包括以下四個(gè)方面：錨桿的長(zhǎng)度I=3.2m～5.2m；錨桿之間的間距d=0.4m=0.6m；錨桿的直徑φ=21～32mm；錨桿的外插角a=12m～17m。在隧道建設(shè)中，一般情況下使用普通的砂漿錨桿；在特殊情況下使用邁式錨桿和藥包錨桿。②小導(dǎo)管注漿。在隧道建設(shè)發(fā)展的過(guò)程中所使用的小導(dǎo)管超前注漿技術(shù)，是在地基灌漿的基礎(chǔ)上所實(shí)施的一種圍巖加固技術(shù)，具有止水的效果。操作方法是在隧道開(kāi)挖的掌子面上，在開(kāi)挖輪廓線的0.3m～0.4m之外，鉆孔并安裝小型的鋼花管，進(jìn)而進(jìn)行高壓注漿的加固工作，要等到所注的漿液達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度之后再進(jìn)行開(kāi)挖。小導(dǎo)管注漿的主要參考數(shù)據(jù)是：小導(dǎo)管的長(zhǎng)度I=3.2m～5.2m；小導(dǎo)管之間的間距d=0.4m～1.2m；小導(dǎo)管的直徑φ=42mm～62mm。

2.2 隧道建設(shè)中的開(kāi)挖施工

隧道圍巖開(kāi)挖的過(guò)程中，為了避免隧道的拱頂出現(xiàn)急劇下沉甚至塌方，必須采取正確的施工方法。例如上半斷面臺(tái)階法、中壁法和雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法。若要增加軟弱圍巖的承壓能力并減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，施工人員要采用全斷面的光面爆破技術(shù)，而對(duì)于地質(zhì)條件更差的地方，必要時(shí)采用半斷面和弱爆破手段進(jìn)行開(kāi)挖。對(duì)于一些大斷面或者特大的斷面，施工人員要采取分部開(kāi)挖法，現(xiàn)在常用的有CD法或者CRD法。當(dāng)遇到一些較大的突發(fā)事件時(shí)，比如涌水，又或者一些特殊的地質(zhì)狀況時(shí)，比如溶洞、斷層等等，就要適時(shí)地改變施工方法和手段，盡量的保證施工安全和隧道質(zhì)量。比較常用的開(kāi)挖隧道的方法有兩種：①非鉆爆措施，比較適合于非常軟弱的圍巖地質(zhì)；②松動(dòng)爆破、微震動(dòng)爆破，這比較適合于平常的軟弱圍巖地段。

2.3 關(guān)于隧道建設(shè)中的監(jiān)控量測(cè)

做好監(jiān)控測(cè)量，能夠監(jiān)測(cè)軟弱圍巖的穩(wěn)定性，以保證隧道的安全和質(zhì)量，為隧道的施工方和設(shè)計(jì)方提供有效的參考數(shù)據(jù)。隧道的兩側(cè)主要分為兩個(gè)方面，分別是施工前的量測(cè)和施工中的量測(cè)。施工前的量測(cè)工作主要有地質(zhì)的調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等，從中了解掌握軟弱圍巖的具體構(gòu)造及特征；施工中的量測(cè)主要以現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)為主，以監(jiān)視施工的狀況和控制變形，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并提出科學(xué)的解決措施。施工中進(jìn)行的量測(cè)工作主要有量測(cè)軟弱圍巖內(nèi)部的松弛范圍，量測(cè)坑道周?chē)奈灰?，量測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的自承能力等（具體淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工的流程如圖1）。

3 大跨隧道主要施工方法分析

目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的大跨隧道施工方法主要有上半斷面臺(tái)階法、中壁法和雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法。本文主要介紹上半斷面臺(tái)階法、雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法的應(yīng)用：

3.1 上半斷面臺(tái)階法

臺(tái)階法一般以臺(tái)階的長(zhǎng)度分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法三種方法。這三種方法中臺(tái)階的長(zhǎng)度是根據(jù)初次支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間來(lái)決定，圍巖越差其對(duì)閉合時(shí)間的要求也越短。通常情況下一般的隧道斷面適當(dāng)選擇臺(tái)階長(zhǎng)度是可以適應(yīng)從土質(zhì)到巖質(zhì)較為廣泛的地質(zhì)。長(zhǎng)臺(tái)階法是將斷面分成上半斷面以及下半斷面兩部分分別進(jìn)行開(kāi)挖，通常情況下一般上臺(tái)階超前50m以上或者大于5倍洞徑，而上端面和下端面相距100～150m左右可以進(jìn)行循環(huán)開(kāi)挖，也可以采取平行開(kāi)挖的方法。短臺(tái)階法的臺(tái)階長(zhǎng)度通常在20～50m左右，臺(tái)階長(zhǎng)度小于5倍但大于1～1.5倍洞徑，兩個(gè)斷面比較近，會(huì)對(duì)作業(yè)造成干擾。由于短臺(tái)階會(huì)縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合時(shí)間并且改善初次支護(hù)的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，因此其使用的范圍比較廣泛。Ⅱ～Ⅵ類圍巖都可以采用，并且尤其適合Ⅱ～Ⅲ類圍巖。采用超臺(tái)階施工時(shí)需要注意以下問(wèn)題：在軟弱圍巖施工時(shí)，需要特別注意開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定性，必要時(shí)需要采取輔助型的施工措施。上半斷面臺(tái)階由于施工空間大且速度相對(duì)較快，比較適應(yīng)大型機(jī)械的開(kāi)挖，在大部分圍巖條件下都可以采用。

圖1 淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工的流程圖

在臺(tái)階法應(yīng)用的過(guò)程中，需要針對(duì)軟巖的特點(diǎn)預(yù)留變形量，對(duì)軟巖洞段周邊進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中，主要監(jiān)測(cè)隧洞內(nèi)壁兩點(diǎn)連線方向的相對(duì)位移或監(jiān)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移量。隧洞周邊位移是圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映，判斷出初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法選取的合理性；采用統(tǒng)計(jì)分析和現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)軟弱軟巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)留變形量的選取進(jìn)行研究。在對(duì)圍巖進(jìn)行合理支護(hù)后，選擇合適的短臺(tái)階法，循環(huán)進(jìn)尺為0.6m，分上、下臺(tái)階預(yù)留“核心土”的方法進(jìn)行開(kāi)挖，上臺(tái)階與下臺(tái)階的距離在5m左右，下臺(tái)階與仰拱的距離在15m以下，下臺(tái)階掌子面與二次襯砌的施工距離在50m以下。

3.2 雙側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖法

側(cè)導(dǎo)坑法通常會(huì)被分為單側(cè)導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁到坑法。一般多應(yīng)用于大段周?chē)鷰r石承受力不好的隧道上，然而正因?yàn)檫@種原因它的施工工藝變得異常復(fù)雜且繁瑣，而且施工進(jìn)度與效率并不是很高。通常情況下，單側(cè)壁導(dǎo)坑法主要是把斷面分成了三個(gè)部分：側(cè)壁導(dǎo)坑1、上臺(tái)階2、上臺(tái)階3。在施工過(guò)程中需要遵循一定的順序：①需要在做好支護(hù)工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行側(cè)壁導(dǎo)坑的施工工作，并且盡可能用最快的速度閉合導(dǎo)坑中的初次支護(hù)；②需要在做好拱部支護(hù)的基礎(chǔ)，進(jìn)行上臺(tái)階2的施工工作，并且需要使兩側(cè)分別支撐在導(dǎo)航初次支護(hù)和上一個(gè)臺(tái)階上；③需要在保證另一側(cè)邊墻的基礎(chǔ)上，進(jìn)行下臺(tái)階3的施工工作，盡可能快速完成底部初次支護(hù)的建設(shè)工作進(jìn)而閉合全斷面。

對(duì)初次支護(hù)導(dǎo)航的臨空部分及進(jìn)行拆除處理，并完成二次襯砌的工作。這一部分的施工流程由于斷面被分成了三個(gè)部分且開(kāi)挖寬度在每一個(gè)細(xì)節(jié)流程中都不大，所以在一定程度上大大減小了側(cè)導(dǎo)初次支護(hù)的承受力。因此，這種側(cè)導(dǎo)坑法主要應(yīng)用在難以控制地表沉降且擁有較大跨度、比較松軟的圍巖上。雙側(cè)導(dǎo)坑法通常被人稱為眼睛法，它一般被應(yīng)用于地表沉降較為嚴(yán)格并且擁有較大隧道跨度的圍巖上，這種導(dǎo)坑法主要把斷面分為大小均為一致的四個(gè)部分，即左右側(cè)壁導(dǎo)坑1、上部核心土2以及下臺(tái)階3。它的施工需要遵循的順序有：①需要在及時(shí)有效閉合初次支護(hù)的基礎(chǔ)上，對(duì)一側(cè)導(dǎo)坑進(jìn)行施工作業(yè)，在一定距離之外進(jìn)行一側(cè)導(dǎo)坑的開(kāi)挖立功，同時(shí)需要建設(shè)初次支護(hù)；②在初次支護(hù)建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行上部核心土的施工作業(yè)，并且需要保證其拱腳在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初次支護(hù)上支撐；③需要在初次支護(hù)建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一次全面的下臺(tái)階施工作業(yè)，并且閉合初次支護(hù)的全斷面；拆除導(dǎo)坑臨空部分的初次支護(hù)處理，進(jìn)而完成二次襯砌的工作。

4 大跨淺埋軟弱圍巖隧道在施工中需要注意的事項(xiàng)

①隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，需要采取網(wǎng)噴支護(hù)以避免隧道以及超前導(dǎo)坑間的土體塌落。②鋼架在加工之時(shí)，要保證它的線形要符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在安裝之時(shí)，要保證每一個(gè)鋼架要安裝在與之相匹配的樁號(hào)上，不能混亂。③在將鋼架連接筋與鋼架進(jìn)行焊接時(shí)，可以把它調(diào)整到工字鋼腹板的地方進(jìn)行焊接，這使得焊接的效果俱佳。④在隧道建設(shè)中，臨時(shí)的排水有兩種方式：a.洞內(nèi)超前排水；b.洞口井點(diǎn)降水。兩種方式均可以把隧道內(nèi)的積水排放干凈。在隧道的洞內(nèi)進(jìn)行排水，需要采取彩色的布鋪設(shè)在隧道洞內(nèi)，施工設(shè)備免于浸泡。⑤進(jìn)入工作面進(jìn)行工作的人員，要嚴(yán)格遵守安全施工的規(guī)章制度，按規(guī)定正確佩戴安全用具。⑥工作人員在施工過(guò)程中要牢記施工技術(shù)規(guī)范，在工作交接之時(shí)做好書(shū)面報(bào)告工作，沒(méi)有完成的工作地段要運(yùn)用示警標(biāo)示進(jìn)行警示。在挖掘機(jī)開(kāi)動(dòng)之后，挖掘機(jī)的臂干、履帶、鏟斗的內(nèi)部禁止站人，以防發(fā)生生命危險(xiǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在隧道工程建設(shè)中，淺埋軟弱圍巖大跨施工十分常見(jiàn)，其不僅有助于為我國(guó)隧道建設(shè)，而且有利于促進(jìn)我國(guó)隧道建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。在實(shí)際隧道工程中，需要結(jié)合實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)，分析施工過(guò)程的難點(diǎn)，采用合理的施工方法，才能杜絕施工質(zhì)量問(wèn)題，保證隧道使用安全。

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U455.4

A

1004-7344（2016）07-0151-02

2016-2-20

李成濤（1963-），男，高級(jí)工程師，研究生，主要從事煤礦礦井施工技術(shù)及管理工作。