軟弱圍巖隧道施工技術(shù)分析

周 超

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

軟弱圍巖隧道施工技術(shù)分析

周 超

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

針對(duì)軟弱圍巖隧道，結(jié)合某隧道工程實(shí)際情況，在交代其圍巖為典型軟弱圍巖及施工難點(diǎn)所在的基礎(chǔ)上，深入分析了具體的施工方法，最后通過量測與分析得出本工程所用施工方法合理有效，能保證隧道圍巖穩(wěn)定性與安全性的結(jié)論。

軟弱圍巖隧道；施工技術(shù)；隧道支護(hù)

1 工程概況

某高速公路隧道全長約4.8 km，分左右兩幅，兩幅長度近似相等，相差不超過5m，是該高速公路線路中長度最大的隧道。經(jīng)前期勘察，本隧道地質(zhì)條件較差，處于軟弱圍巖范圍內(nèi)，且開挖斷面偏大，不僅施工較為困難，而且還存在一定危險(xiǎn)性。

2 隧道施工方法

因本隧道圍巖屬于變余砂巖，存在較為嚴(yán)重的炭化現(xiàn)象，并且?guī)r體破碎程度高，部分圍巖滲水。特別是掌子面之前43m范圍內(nèi)是炭質(zhì)巖與主要影響區(qū)，不僅圍巖十分破碎，而且在水的作用下還會(huì)發(fā)生軟化；繼續(xù)向前還存在節(jié)理裂隙段，局部有軟弱夾層，破碎程度很高。圍巖自身穩(wěn)定時(shí)間一般很短，拱頂位置時(shí)常產(chǎn)生掉塊與變形，亟需采取行之有效的支護(hù)保障措施。在軟弱圍巖段進(jìn)行施工時(shí)，通常使用以下施工方法：復(fù)合襯砌法、噴錨構(gòu)筑法。其中，噴錨構(gòu)筑法即利用新奧法的施工原理，將巖土力學(xué)理論作為依據(jù)和基礎(chǔ)，綜合利用圍巖自身承載能力，在開挖作業(yè)中盡可能減少對(duì)圍巖造成擾動(dòng)，然后將圍巖作為隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)一部分。實(shí)際施工中，需嚴(yán)格遵循以下四項(xiàng)基本原則：其一，要想使圍巖保持穩(wěn)定的前期是利用好圍巖自身穩(wěn)定能力；其二，對(duì)圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)而言，應(yīng)將錨桿與混凝土噴射視作核心支護(hù)方式，若有必要還可采用聯(lián)合手段，并在支護(hù)結(jié)構(gòu)中充分考慮圍巖；其三，為確保開挖輪廓滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)盡可能減少實(shí)際開挖量，避免對(duì)圍巖造成較強(qiáng)的擾動(dòng)；其四，初期支護(hù)和圍巖之間保持穩(wěn)定是開展后續(xù)二次襯砌的重要前提。

2.1 圍巖動(dòng)態(tài)量測

圍巖動(dòng)態(tài)量測作用為：第一，通過對(duì)圍巖動(dòng)態(tài)的掌握，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)與預(yù)測；第二，選定適合進(jìn)行支護(hù)的時(shí)間以及適宜的支護(hù)參數(shù)和形式；第三，對(duì)支護(hù)受力情況與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定應(yīng)力基本分布狀況；第四，評(píng)價(jià)所用支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性與合理性。實(shí)際施工時(shí)，通過對(duì)地面下沉量、圍巖收斂量與拱頂下沉量等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集與測量，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)局部位置產(chǎn)生的裂縫等實(shí)際問題，采取修正支護(hù)既定參數(shù)等方法，提高圍巖安全度，避免事故的發(fā)生。

2.2 隧道支護(hù)

(1)輔助施工措施

本隧道預(yù)加固主要使用超前小導(dǎo)管，共布設(shè)兩層，所有小導(dǎo)管的實(shí)際長度為4.5～5.0 m，保持0.4 m的環(huán)向間距。

(2)初支

初支是偏壓隧道施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在進(jìn)行初支的基礎(chǔ)上還需進(jìn)行開挖，開挖一段后立即進(jìn)行等距離支護(hù)，確保支護(hù)效果可以滿足設(shè)計(jì)要求，避免初支浸入二次襯砌的斷面。在對(duì)上導(dǎo)坑實(shí)施開挖時(shí)，可利用φ40 mm小導(dǎo)管進(jìn)行超前注漿、噴錨與掛網(wǎng)等基礎(chǔ)工作。其中，所用鋼格柵主要由螺紋鋼筋通過加工而成，安裝之后，按每米高在兩榀間設(shè)置一道拉結(jié)筋，使格柵形成一個(gè)穩(wěn)定的整體。錨桿主要使用長度為3 m的螺紋鋼筋。掛設(shè)20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片，掛設(shè)后噴厚度為20 cm的混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，保證混凝土可以完全包裹格柵。支護(hù)過程中，應(yīng)適當(dāng)增厚噴漿厚度，保證網(wǎng)片和格柵之間采用錨桿可以形成一個(gè)整體，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮出最大化的作用。

(3)主要控制措施

①嚴(yán)格控制爆破所用藥量，避免對(duì)圍巖造成較大的擾動(dòng)；②盡量早的對(duì)暴露的圍巖進(jìn)行封閉，開挖完洞身之后清除掉洞頂位置上的危石，并使用噴射混凝土的方法進(jìn)行支護(hù)，噴射厚度一般為4 cm；③對(duì)于沉降較大的位置應(yīng)增設(shè)臨時(shí)性套拱與仰拱；④為避免在對(duì)下部進(jìn)行開挖時(shí)產(chǎn)生拱部坍塌等問題，應(yīng)在支撐拱腳的位置沿縱向搭設(shè)槽鋼托梁，同時(shí)采用鎖腳錨桿進(jìn)行固定；⑤洞下開挖完畢以后，按10m的間距對(duì)仰拱處混凝土進(jìn)行澆筑。

2.3 地表排水

根據(jù)本隧道總體進(jìn)度計(jì)劃，在上臺(tái)階的實(shí)際開挖歷程達(dá)到淺埋區(qū)域30 m后，應(yīng)立即做地表排水。具體的排水方法為：第一，現(xiàn)場測量，按照?qǐng)D紙的要求根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，測繪淺埋段橫向與縱向斷面，確定埋深，為方案制定提供依據(jù)；第二，在仰坡和邊坡的外圍修筑排水溝，攔截地表水之后匯集到槽內(nèi)進(jìn)行排出。為避免自然沖溝對(duì)排水造成不利影響，需額外設(shè)置一個(gè)輔助排水溝。

2.4 深孔注漿

在對(duì)隧道進(jìn)行開挖以前，為避免地下水影響正常開挖，需先行處理地下水。在地下水處理方面，本隧道主要采用的是深孔注漿方法，該方法在軟弱圍巖段十分適用，必須注意地下水處理，否則將造成嚴(yán)重的塌方。一般情況下該技術(shù)分成兩類，即劈裂注漿與充填注漿，其流程為：(1)深入分析隧道所處地質(zhì)環(huán)境，收集鉆孔資料，確定前方待開挖隧道的水源、水量、巖性及地質(zhì)構(gòu)造，以此選定適宜的注漿材料；(2)注漿參數(shù)如表1所示；(3)考慮到圍巖十分軟弱，如果注漿壓力過大，則會(huì)使開挖面發(fā)生垮塌，所以應(yīng)按設(shè)計(jì)要求設(shè)置止?jié){墻；(4)鉆孔主要使用錨桿鉆機(jī)、液壓鑿巖車以及地質(zhì)鉆機(jī)，注漿前期設(shè)計(jì)中，需根據(jù)注漿長度與擴(kuò)散范圍等相關(guān)參數(shù)布置注漿導(dǎo)向孔；(5)注漿時(shí)需嚴(yán)格按照從下至上、從外到里的順序。先進(jìn)行洗孔與試壓，清除孔中石渣。對(duì)若軟圍巖，應(yīng)先注入一定量純水泥漿，然后注入雙液漿。如果在注入純水泥漿的過程中出現(xiàn)了泄露的現(xiàn)象，需顛倒以上順序進(jìn)行注漿。

表1 注漿參數(shù)確定

2.5 開挖施工

當(dāng)初支泥漿強(qiáng)度上升至設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%時(shí)開始開挖。因工程自身存在一定特殊性，所以考慮在環(huán)形開挖的基礎(chǔ)上采取留核心土法。在對(duì)外輪廓進(jìn)行開挖的過程中，人機(jī)配合完成，如果局部存在堅(jiān)石，可先進(jìn)行爆破使其振裂，然后再采用機(jī)械進(jìn)行開挖。而核心土主要使用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖施工，如遇堅(jiān)石采用相同方法處理。

2.6 洞口施工

為確保進(jìn)洞的安全性，應(yīng)整體使用套拱。進(jìn)口和出口地質(zhì)條件相對(duì)較好的位置，應(yīng)對(duì)仰坡與邊坡進(jìn)行清理，并采用噴射混凝土的方法進(jìn)行封閉，在拱部外3m，設(shè)置至少3排錨桿；此外，如果洞口處在地表水和地下水較發(fā)育的地帶，應(yīng)使用小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行加固，以保證施工安全和質(zhì)量。

2.7 正洞施工

如果隧道的圍巖為I類和II類圍巖，則需嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測與早成環(huán)”等原則，優(yōu)先考慮超短臺(tái)階法，人機(jī)配合開挖。根據(jù)本隧道圍巖實(shí)際情況，利用超前錨桿可以很好的確保圍巖穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

經(jīng)過動(dòng)態(tài)監(jiān)控與量測，本隧道圍巖穩(wěn)定、整體性好，而且豎向變形處于容許范圍之內(nèi)。施工過程中，地表沉降的最大累計(jì)值不超過12 mm，過渡段收斂不超過8.5 mm，入洞位置變形被限制在12 mm以內(nèi)，說明本隧道所用施工方法合理有效，能從本質(zhì)上提高圍巖的穩(wěn)定性，避免事故發(fā)生。

[1] 李文江，孫明磊，朱永全，等.軟弱圍巖隧道臺(tái)階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，(S1):2729-2737.

[2] 李偉.高原地區(qū)軟弱圍巖隧道施工技術(shù)探討[J].低碳世界，2016，(32):196-197.

[3] 蔡向前.探究軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].山西建筑，2015，(17):177-178.

U455.4

C

1008-3383(2017)09-0159-02

2017-07-04

周超(1985-)，男，貴州人，助理工程師，研究方向：公路工程。