軟弱圍巖隧道開(kāi)挖及支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

李桐年

摘要： 文章以平耶四號(hào)隧道工程為例，對(duì)軟弱圍巖條件下，隧道開(kāi)挖及支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。期望通過(guò)本文的研究能夠?yàn)橥惞こ烫峁┙梃b參考。

Abstract： Taking Pingye No. 4 tunnel project as an example， this paper discusses the key techniques of tunnel excavation and support under soft surrounding rock conditions. It is expected that the research in this paper can provide reference for similar projects.

關(guān)鍵詞： 隧道施工；軟弱圍巖；開(kāi)挖支護(hù)；技術(shù)

Key words： tunnel construction；soft surrounding rock；excavation support；technology

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）16-0161-02

1 工程概況

平耶四號(hào)隧道工程隧址所在區(qū)域的地層為志留系，弱風(fēng)化片巖，埋深較淺，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部巖體呈現(xiàn)出破碎狀。隧道施工過(guò)程中，遇到一處軟弱圍巖段，為確保施工安全、有序進(jìn)行，提出有效的開(kāi)挖及合理的支護(hù)方案。下面重點(diǎn)對(duì)該隧道內(nèi)軟弱圍巖段的開(kāi)挖及支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

2 軟弱圍巖隧道開(kāi)挖及支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工方案

該軟弱圍巖的碳化情況比較嚴(yán)重，由于其中含有絹云母，一旦遇水會(huì)出現(xiàn)軟化的現(xiàn)象，由此極有可能引起圍巖變形及坍塌的問(wèn)題。針對(duì)這一情況，在隧道開(kāi)挖施工中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)，及時(shí)了解并掌握軟弱圍巖的情況，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施；為防止軟弱圍巖出現(xiàn)變形，決定采用增大預(yù)留變形量和復(fù)合式襯砌的方法，初期支護(hù)及時(shí)封閉；若是施工過(guò)程中，遇到出露的地下水，則應(yīng)采取排堵結(jié)合的方法進(jìn)行治水。

2.2 隧洞開(kāi)挖施工方法

對(duì)隧洞進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，采用的是三臺(tái)階法，具體的施工工藝流程如圖1所示。

可按照設(shè)計(jì)拱架的間距對(duì)上臺(tái)階的循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行確定，最大不得超過(guò)2榀拱架的間距；上、中臺(tái)階的高度分別為2.0-2.5m；3.0-3.5m；臺(tái)階的長(zhǎng)度為3-5m。具體的施工順序如下：先開(kāi)挖上臺(tái)階，并進(jìn)行初期支護(hù)，隨后開(kāi)挖中臺(tái)階，進(jìn)行初期支護(hù)，再開(kāi)挖下臺(tái)階，進(jìn)行初期支護(hù)，三臺(tái)階全部開(kāi)挖并完成初期支護(hù)后，便可澆筑仰拱，并對(duì)全斷面進(jìn)行二次襯砌。

2.3 支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 噴射砼

①在對(duì)砼進(jìn)行噴射施工以前，為確保并進(jìn)一步提高噴射質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)做好如下準(zhǔn)備工作：對(duì)開(kāi)挖斷面的凈空尺寸進(jìn)行檢查，看是否滿足作業(yè)要求，隨后對(duì)松動(dòng)的巖體進(jìn)行清除，并對(duì)噴射面進(jìn)行沖洗，由于本工程中的軟弱圍巖遇水容易變形，故此，清洗時(shí)應(yīng)采用高壓風(fēng)吹掃的方式；對(duì)所有的機(jī)具設(shè)備及水電線路進(jìn)行檢查，并試運(yùn)轉(zhuǎn)，看是否正常，如有異常應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)整，以免影響施工有序進(jìn)行；若是巖面存在滲漏水的現(xiàn)象，必須在噴射砼之前采取有效的措施進(jìn)行妥善處理。涌水量大的部位可采取注漿堵水的方法，滲漏水則可采用巖面注漿的方法進(jìn)行處理。出水點(diǎn)如果比較集中，可沿著節(jié)理裂隙設(shè)置排水管或排水板，將水引入隧道底部的排水溝，排出洞外。

②在對(duì)砼的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足性能及可噴性的要求，可通過(guò)試驗(yàn)確定最佳的配合比。

③可采取分段、分片的方法進(jìn)行噴射施工，先噴下部，逐次向上，每個(gè)噴射段的長(zhǎng)度應(yīng)控制在6.0m以內(nèi)，可采用螺旋移動(dòng)的方法進(jìn)行噴射，這樣可以使砼更加均勻地散布到巖面上，噴射時(shí)，噴嘴應(yīng)當(dāng)與巖面保持垂直，與巖面之間的距離應(yīng)當(dāng)控制在1.0m左右；首次的噴射厚度可按具體的部位進(jìn)行確定，不得超過(guò)設(shè)計(jì)允許的范圍，初噴時(shí)，厚度以4-6cm為宜，復(fù)噴時(shí)厚度要控制在6cm以內(nèi)，盡量不要超出，邊墻位置可以略微厚一些，但不得超過(guò)10cm；為最大限度地減少回彈，應(yīng)當(dāng)控制好噴射壓力；每層終凝前應(yīng)當(dāng)完成后一層的噴射，否則必須用水對(duì)前一層的表面進(jìn)行潤(rùn)濕后方可進(jìn)行噴射；為提高初期支護(hù)效果，噴射應(yīng)緊隨開(kāi)挖進(jìn)行，下一個(gè)循環(huán)爆破在則可在砼終凝4小時(shí)以后進(jìn)行；有些巖面由于滲水導(dǎo)致表面比較潮濕，這樣會(huì)導(dǎo)致黏結(jié)性變差，對(duì)此可適當(dāng)加大水泥用量；噴完后，要及時(shí)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)砼進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，正常情況下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)不少于7d。

2.3.2 錨桿支護(hù)

錨桿的施作質(zhì)量與支護(hù)效果之間有著極為密切的關(guān)聯(lián)，為此，對(duì)于隧道拱部的錨桿必須使用錨桿機(jī)進(jìn)行施作，側(cè)墻則可用鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔。砼初噴完畢后，便可進(jìn)行錨桿施作，鉆設(shè)孔位前，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備表示孔位，避免偏差過(guò)大影響整體效果；鉆孔的方向要垂直于隧道開(kāi)挖作業(yè)面，若是結(jié)構(gòu)面比較明顯，則應(yīng)形成盡可能大的交角，鉆孔后應(yīng)對(duì)孔位進(jìn)行檢查，看孔徑及孔深是否與設(shè)計(jì)要求相符；錨桿墊板應(yīng)當(dāng)在砼復(fù)噴后進(jìn)行安裝，要保證墊板與錨桿軸線垂直，需要特別注意的是，不得對(duì)安設(shè)好的錨桿進(jìn)行敲擊，更加不可以在錨桿的端部懸掛重物，以免導(dǎo)致錨桿變形，影響效果。本工程中，使用了三種類型的錨桿，一種是水泥砂漿錨桿，另一種是中空注漿錨桿，還有一種是藥包錨桿。前兩種錨桿按照施工標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行安設(shè)即可，由于藥包錨桿比較特殊，所以重點(diǎn)對(duì)其施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析：對(duì)藥包錨桿進(jìn)行施工前，應(yīng)當(dāng)先對(duì)藥包進(jìn)行檢驗(yàn)，可采取泡水的方法，藥包不得存在結(jié)塊的現(xiàn)象，使用前，應(yīng)在清水中浸泡2min左右，遵循隨用隨泡的原則，當(dāng)水中無(wú)氣泡產(chǎn)生時(shí)，便可將藥包取出；首節(jié)藥包可以用木棍直接捅入孔底，當(dāng)裝至孔深的2/3時(shí)，插入錨桿，同時(shí)對(duì)錨桿進(jìn)行緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，使藥包破碎，要控制好轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，最低不得少于1min，當(dāng)攪動(dòng)均勻后，靜置30min左右，將錨桿牢固焊接在支設(shè)好的鋼架即可。

2.3.3 鋼架及鋼筋網(wǎng)

施工中使用的所有鋼架全部在隧洞外按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。在正式拼裝前，應(yīng)進(jìn)行試拼，看誤差是否符合要求；安裝鋼架前，應(yīng)底腳部位的雜物清理干凈，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，當(dāng)鋼架立起之后，應(yīng)檢查其傾斜度，看是否與規(guī)范要求相符；在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常對(duì)鋼架進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保其穩(wěn)定。鋼筋網(wǎng)在加工場(chǎng)集中制作，搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)范要求，應(yīng)當(dāng)在砼初噴后進(jìn)行鋪掛，為盡可能減輕對(duì)鋼筋網(wǎng)的振動(dòng)，要控制好砼的噴射距離和角度。

2.3.4 超前小導(dǎo)管注漿

在本工程中，超前小導(dǎo)管注漿與鋼架聯(lián)合支護(hù)，施工時(shí)，導(dǎo)管從鋼架的腹部穿過(guò)，尾端與鋼架進(jìn)行牢固焊接；小導(dǎo)管安裝就位后，可使用麻絲和錨固劑對(duì)管口周圍的空隙進(jìn)行封堵；注漿前，為避免孔口出現(xiàn)跑漿的情況，可通過(guò)模筑混凝土封閉開(kāi)挖面；當(dāng)所有注漿孔全部達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)檢查無(wú)遺漏的情況，便可結(jié)束循環(huán)注漿。

2.4 隧道開(kāi)挖支護(hù)的安全技術(shù)措施

2.4.1 隧道開(kāi)挖的安全技術(shù)措施

為確保隧道開(kāi)挖安全有序進(jìn)行，應(yīng)采取如下技術(shù)措施：

①嚴(yán)格執(zhí)行交接班制度，交班人要向接班人詳細(xì)交代班組施工情況和安全狀況，并做好相應(yīng)記錄。安全管理人員要經(jīng)常檢查交接班情況。

②在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的人員，必須佩帶齊全安全防護(hù)用具，按照技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行施工，杜絕違規(guī)作業(yè)。在施工過(guò)程中，作業(yè)人員彼此之間要保持一定的安全操作距離。

③在施工之前，作業(yè)人員要先檢查工作面是否安全、支管是否牢固、拱頂是否穩(wěn)定，若在檢查中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)松動(dòng)或裂縫現(xiàn)象，必須及時(shí)采取強(qiáng)支護(hù)措施。作業(yè)人員若在碴堆上進(jìn)行作業(yè)，則必須保證碴堆穩(wěn)定，避免發(fā)生滑坍事故。

④若在不良地質(zhì)進(jìn)行施工作業(yè)，則要采取弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌等施工措施，避免發(fā)生隧道險(xiǎn)情。一旦發(fā)生險(xiǎn)情，應(yīng)立即停止施工，將險(xiǎn)情上報(bào)到有關(guān)部門(mén)，并及時(shí)疏散險(xiǎn)情區(qū)域及周邊地段的施工人員。

⑤在使用風(fēng)鉆之前，做好相應(yīng)的檢查工作，檢查風(fēng)鉆機(jī)身、彈簧、螺栓、鉆桿、支架是否存在異常現(xiàn)象，檢查管子接頭是否有漏風(fēng)情況，避免在風(fēng)鉆作業(yè)時(shí)發(fā)生故障。若出現(xiàn)卡鉆問(wèn)題，則要使用板鉗將鉆桿拔出。

⑥在爆破施工時(shí)要做好技術(shù)交底，樹(shù)立安全第一的思想，不能因盲目縮短工期而無(wú)視風(fēng)險(xiǎn)隱患。在爆破過(guò)程中，將所有人員撤離到安全區(qū)域，安全區(qū)域距離爆破點(diǎn)不得少于400m，避免爆破產(chǎn)生的飛石和有害氣體威脅到作業(yè)人員人身安全。

2.4.2 隧道支護(hù)的安全技術(shù)措施

在隧道支護(hù)施工，為避免發(fā)生安全事故，可采取如下技術(shù)措施：

①在隧道支護(hù)施工之前進(jìn)行施工技術(shù)交底。在施工過(guò)程中，要定期檢查各部位的支護(hù)情況，尤其在不良地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行施工時(shí)，必須配備專人負(fù)責(zé)日常的支護(hù)巡視檢查。若在檢查中發(fā)現(xiàn)支護(hù)損壞，則必須進(jìn)行修整。若支護(hù)損壞極為嚴(yán)重，則先撤離作業(yè)人員，隨后再采取支護(hù)加固措施。

②在隧道洞口與平導(dǎo)的連接部位，必須做好支護(hù)措施，要求支護(hù)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

③在施工期間，如發(fā)現(xiàn)已噴錨區(qū)段出現(xiàn)錨桿失效、圍巖變形等問(wèn)題，必須對(duì)該區(qū)段采取加固措施。若圍巖變形量未超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，則增加長(zhǎng)度為原錨桿長(zhǎng)度1.5倍以上的新錨桿即可。若超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，則應(yīng)采用鋼拱架搭配新錨桿進(jìn)行加固。

④在發(fā)現(xiàn)隧道支護(hù)險(xiǎn)情時(shí)，如洞內(nèi)位移超過(guò)設(shè)計(jì)允許值、噴層出現(xiàn)裂縫、地表面出現(xiàn)裂縫等情況，應(yīng)及時(shí)疏散作業(yè)人員，將險(xiǎn)情上報(bào)主管部門(mén)，待采取有效措施消除險(xiǎn)情之后再恢復(fù)施工。

3 結(jié)論

綜上所述，在隧道工程建設(shè)的過(guò)程中，受到地質(zhì)條件的影響，常常會(huì)在開(kāi)挖時(shí)遇到軟弱圍巖，由于此類圍巖的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，若是以常規(guī)的方法進(jìn)行開(kāi)挖可能會(huì)導(dǎo)致圍巖變形，并且還有可能引起坍塌，由此會(huì)對(duì)隧道的施工安全、進(jìn)度造成影響。對(duì)此應(yīng)當(dāng)結(jié)合軟弱圍巖的性質(zhì)，巖變我變，采取合理可行的開(kāi)挖支護(hù)措施，從而確保隧道施工安全、有序進(jìn)行。

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