關(guān)于隧道淺埋及軟弱圍巖輔助措施施工技術(shù)的探討

黃斌才

中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司

關(guān)于隧道淺埋及軟弱圍巖輔助措施施工技術(shù)的探討

黃斌才

中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司

隧道施工中,經(jīng)常需通過淺埋或軟弱圍巖段，施工難度大，技術(shù)要求高，除了按設(shè)計(jì)方法進(jìn)行開挖外，則需通過超前支護(hù)與錨噴支護(hù)施工使圍巖能緊密結(jié)合在一起共同承受應(yīng)力變形,進(jìn)而達(dá)到圍巖穩(wěn)定的效果。淺埋及軟弱圍巖段通過運(yùn)用超前長管棚、小導(dǎo)管均應(yīng)與型鋼鋼架達(dá)成整體,才可有效發(fā)揮聯(lián)合支護(hù)保障作用。

淺埋；軟弱圍巖隧道；輔助措施；探討

1 前言

對(duì)于淺埋及軟弱圍巖隧道施工,除了考慮圍巖較差外，還需做好以下幾點(diǎn):首先施工前應(yīng)制定詳細(xì)可行的施工方案,做到盡量減少因圍巖差而產(chǎn)生坍塌等不良地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，避免對(duì)隧道施工造成不必要的損失。再者隧道開挖要符合一定的原則，需符合超前支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測、強(qiáng)支護(hù)、重排水的要求，以便實(shí)現(xiàn)保護(hù)圍巖,控制圍巖松動(dòng),穩(wěn)定掌子面、根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做到閉合[1]。下面就通過以下施工案例，探索隧道洞口段及淺埋段輔助施工措施怎樣才能更好的為開挖施工服務(wù)。

2 工程概況

廈蓉高速擴(kuò)建工程中九峰隧道位于福建省新羅區(qū)縣曹溪鎮(zhèn)馬坑村西部,隧道進(jìn)口左洞里程ZK136+428,右洞里程YK136+327,出口左洞里程ZK141+103,右洞里程YK141+103,隧道左洞全長4675m,右洞全長4776m，本合同段施工進(jìn)口段，里程為進(jìn)口左洞里程ZK136+428～ZK139+224.44,右洞里程YK136+327～YK139+200,左洞全長2796.44m,右洞全長2873m，-1.06%的下坡施工。隧道所處位置地形環(huán)境較為復(fù)雜，屬構(gòu)造-剝蝕低山地貌,自然坡度大致為25～30°，局部達(dá)到了35～45°,山脊頂較為平整，植被發(fā)育。該隧道為三車道公路山嶺隧道,斷面開挖尺寸寬*高=14.84m*9.26m。

3 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

隧址區(qū)處于我國著名的巨型新華夏系第二個(gè)隆起帶與南嶺緯向復(fù)雜構(gòu)造帶的復(fù)合部位，閩西南拗陷帶東部。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，進(jìn)口及洞身斷層發(fā)育地段建后期侵入的花崗巖體分布。同時(shí)根據(jù)鉆探資料顯示,本合同段內(nèi)左洞里程ZK136+428～ZK139+224.44,右洞里程YK136+327～YK139+200,共存在8條斷裂構(gòu)造帶，斷裂的表現(xiàn)為擠壓破碎，應(yīng)力中心多件糜棱巖化，其中斷層編號(hào)為F4-1、F4-2、F4-3、F4-42 F4-5、F4-5A F4-6、F4-7。淺埋段為洞口段和右洞一與隧道斜交的溝谷,交角為35°左右,其中洞口屬于正交進(jìn)洞，洞口形式采用削竹式，成洞面洞頂最小覆蓋層厚度左洞為1.5m,右洞為1.8m。洞口段及淺埋段位于坡積土、全～強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖，側(cè)壁圍巖為全～中風(fēng)化花崗巖，呈散體狀-破裂結(jié)構(gòu)，地下水主要為基巖風(fēng)化層孔隙裂隙水，富水性一般，水量一般自穩(wěn)能力差,側(cè)壁和拱部易塌方。右洞淺埋段該上覆土層最薄處僅有9m，上方由農(nóng)田，常有山澗水流淌。

4 施工工藝流程

4.1 ZDK-1支護(hù)應(yīng)用案例

九峰隧道進(jìn)口洞口段圍巖較差且處于淺埋覆蓋層中，按設(shè)計(jì)支護(hù)類型為ZDK-1，初期支護(hù)采用噴、錨、網(wǎng)、鋼支撐支護(hù)，采取Φ25中空注漿錨桿，長度4m，環(huán)向間距1.0m,縱向間距1.0m，呈梅花形布置，采用Φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20*20cm,采用I22b型鋼鋼支撐，縱向間距0.50m，二襯采用C30防水砼，為保證施工安全,洞口段施工采用雙側(cè)壁法施工工藝進(jìn)洞同時(shí)輔助措施采用F1(b)型，即采用直徑108mm大管棚施工，總根數(shù)為43根，環(huán)向間距為50cm,施工長度為25米，外插角要求鋼管軸線與襯砌外緣線夾角1～3°。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工，先護(hù)后挖。在爆破時(shí)應(yīng)減小對(duì)周圍巖石的影響，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初次支護(hù)，施工時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)淺埋軟弱圍巖不良地段進(jìn)行分析勘察，以便于對(duì)地表能夠進(jìn)行有效的控制，使掌子面能夠達(dá)到穩(wěn)定，保證施工的安全。

洞口段施工時(shí)，首先在套拱施工前，要求測量人員對(duì)預(yù)埋空位進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并調(diào)整好角度。在不增加施工成本、符合相關(guān)規(guī)范要求的情況下，超前大管棚施工采用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔時(shí)，無孔鋼管鉆孔軸線和襯砌外援線夾角取最小值1°，鋼花管鉆孔角度取最大值3°，通過壓注水泥漿液，使得鋼花管能更好的、更大范圍的與圍巖、無孔鋼管進(jìn)行更加有效的形成一個(gè)整體骨架，增加了開挖過程中施工的安全性。

4.2 Z5-1支護(hù)應(yīng)用案例

九峰隧道進(jìn)口淺埋段施工圍巖較差且處于淺埋覆蓋層中，覆蓋層厚度最大為15m左右，覆蓋層厚度最小為8.5m，施工里程長度為40m。按設(shè)計(jì)支護(hù)類型為Z5-1，初期支護(hù)采用噴、錨、網(wǎng)、鋼支撐支護(hù)，錨桿采取Φ25中空注漿錨桿，長度4m，環(huán)向間距1.0m,縱向間距1.0m，呈梅花形布置，采用Φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20*20cm,采用I22b型鋼鋼支撐，縱向間距0.70m，二襯采用C30防水砼，仰拱采用C30普通砼，為保證施工安全,淺埋段施工采用三臺(tái)階法進(jìn)洞同時(shí)輔助采用F2-1型超前鋼管施工，鋼管長度為5m，導(dǎo)管環(huán)向間距為50cm,水平搭接不大于280cm，外插角為15°，施工長度為整段淺埋段，其中小導(dǎo)管布置圖如圖2所示。采用三臺(tái)階導(dǎo)坑法開挖施工，通常是將斷面劃分為三部分，上中下內(nèi)外側(cè)，方便機(jī)械設(shè)備的施工與支護(hù)措施，因三臺(tái)階導(dǎo)坑法是在上中下臺(tái)階同時(shí)開展施工，能夠確保系統(tǒng)錨桿的質(zhì)量，對(duì)開挖工作能夠進(jìn)行有效的控制，在具體的施工過程中下臺(tái)階與中臺(tái)階需要保持十米左右，中臺(tái)階與上臺(tái)階需要保持在十米距離，運(yùn)用三臺(tái)階導(dǎo)坑法施工范圍較大，較為方便。

圖2 小導(dǎo)管施工圖

淺埋段施工時(shí)，首先在超前鋼管施工前，要求測量人員對(duì)鋼管位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并調(diào)整好角度。在不增加施工成本、符合相關(guān)規(guī)范要求的情況下，超前鋼管施工采用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔時(shí)，編號(hào)為單數(shù)的超前鋼管鉆孔軸線和襯砌外援線夾角取最小值10°，編號(hào)為雙數(shù)的超前鋼管鉆孔軸線和襯砌外援線夾角取最小值15°，通過壓注水泥漿液，使得超前導(dǎo)管能與圍巖進(jìn)行更加有效的形成一個(gè)整體骨架，增加了開挖過程中施工的安全性。

通過以上案列，在參照相關(guān)施工技術(shù)要求的情況下進(jìn)行施工，能更加快速便捷的增加施工進(jìn)度和安全性。在施工中發(fā)現(xiàn)，在淺埋及軟弱圍巖段即破碎松散巖體中超前鉆孔,通過調(diào)整角度打入小導(dǎo)管或管棚并壓注具有膠凝性質(zhì)的漿液,在注漿作業(yè)中，根據(jù)自下而上的基本要求來進(jìn)行，首先應(yīng)將注漿混合器連接到孔口管中開展洗孔試壓，將其中的雜物巖石渣進(jìn)行清理，保證注漿通道的流通，開始注漿的過程中在斷層帶的圍巖周圍首先加入水泥漿，等待五分鐘之后，將雙漿液注入其中，還應(yīng)對(duì)注漿量進(jìn)行控制，開挖過程中不易出現(xiàn)超挖現(xiàn)場，支護(hù)輪廓較圓順，同時(shí)進(jìn)口段屬反坡施工，在施工時(shí)注意排水，減少軟弱圍巖因水的影響而產(chǎn)生圍巖不穩(wěn)現(xiàn)象，減少坍塌等事故的發(fā)生[2]。加強(qiáng)圍巖監(jiān)測，對(duì)地面以及洞內(nèi)進(jìn)行有效的量側(cè)，實(shí)行數(shù)字化監(jiān)督，在開挖工作與支護(hù)工作結(jié)束后，對(duì)拱頂下沉與拱腰等情況及時(shí)做好防控，還應(yīng)對(duì)隧道底層凸起以及格柵鋼架應(yīng)力加強(qiáng)量測。對(duì)地表下沉，物體移動(dòng)做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，加快襯砌施工[3]。該段隧道均采用安置雙層鋼筋,混凝土為C30泵送混凝土,采取行走式全液壓襯砌臺(tái)車襯砌。二次襯砌混凝土澆筑時(shí)間選擇隧道二次襯砌必須在圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，現(xiàn)場情況為洞口段進(jìn)洞50m后開始施做二襯，V及圍巖掌子面距離二襯不超過60m。按照盡早封閉為原則進(jìn)行施工。

5 結(jié)論

在不增加施工成本條件下，通過調(diào)整輔助措施的施工角度，能更加有效、更大范圍的對(duì)圍巖周邊進(jìn)行加固，使得隧道開挖輪廓能夠更加圓順，減少了超欠挖所增加的施工成本，加快施工進(jìn)度。在此提出以下幾條意見供各位同仁參考：1、淺埋、軟弱圍巖施工采取預(yù)留核心土開挖措施,首先應(yīng)沿隧道輪廓線進(jìn)行開挖，待錨噴支護(hù)工作進(jìn)行到一定的程度之后，再對(duì)核心土采取挖掘；2、管棚和導(dǎo)管注漿壓力為0.5～1.0Mpa，當(dāng)壓力穩(wěn)定后需穩(wěn)壓2分鐘；3、隧道支護(hù)完后，需加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測；4、洞內(nèi)排水需及時(shí)排出，減少水對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響；5、待初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，及時(shí)施工襯砌，使應(yīng)力能通過襯砌來減少應(yīng)力變形，加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性。

[1]蘇肖康.基于鐵路隧道軟弱圍巖隧道淺埋段的施工工藝研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2014(30):23～23.

[2]譚崳華.鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝分析[J].黑龍江交通科技,2014(11):135～136.

[3]杜雁鵬.隧道偏壓和淺埋及軟弱圍巖段的施工技術(shù)探討[J].工程技術(shù)(引文版),2017(1):152～153.