公路隧道軟弱淺埋富水圍巖施工技術(shù)探析

邢長(zhǎng)林 （中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

1 工程概況

1.1 隧道簡(jiǎn)介

移爐隧道位于龍巖市上杭縣古田鎮(zhèn)，是廈蓉高速公路改擴(kuò)建工程重點(diǎn)隧道，為分離式特長(zhǎng)隧道。隧道右洞長(zhǎng)4303m，左洞長(zhǎng)4362m。本隧道由中鐵十六局五公司承建，施工方向位于下坡路段，縱坡為-1.9%。

1.2 地質(zhì)情況

隧址區(qū)位于閩西南坳陷帶之廣平-龍巖坳陷帶中斷，龍巖“山”字型構(gòu)造的西南部，據(jù)物探資料工程地質(zhì)的測(cè)繪成果，隧址區(qū)見(jiàn)有斷裂構(gòu)造通過(guò)，上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、坡積層（Qd1），下伏基巖主要為泥盆系d瓦崠組（D3t）粉砂巖、砂巖和石英巖、燕山晚期花崗閃長(zhǎng)巖和燕山早期花崗巖。

隧道進(jìn)口段圍巖主要為坡積粉狀粘土、全風(fēng)化花崗巖，巖體呈散體結(jié)構(gòu)，[BQ]＜250，土體含水豐富，開(kāi)挖過(guò)程中地下水多呈面狀滲透，自穩(wěn)能力極差，側(cè)壁和拱部易發(fā)生較大塌方。

1.3 水紋狀況

孔隙水、裂隙水較大，土體含水量飽和，開(kāi)挖過(guò)程有股狀流水，圍巖失去自穩(wěn)能力，遇水崩解，導(dǎo)致拱頂及邊墻坍塌，開(kāi)挖面擾動(dòng)后軟化成流塑狀，個(gè)別地段產(chǎn)生涌水、流泥現(xiàn)象[1]。

2 前期施工狀況

2.1 原始設(shè)計(jì)參數(shù)

移爐隧道進(jìn)口軟弱圍巖段落主要采用CDK-1形式，具體參數(shù)如下。

①初期支護(hù)：噴射C25混凝土厚度28cm。

②錨桿：采用φ25mm中空注漿錨桿，L=4.5m，間距1×1m，梅花形布置。

③鋼筋網(wǎng)：采用φ6mm鋼筋，構(gòu)成20×20cm網(wǎng)格。

④型鋼鋼架：系統(tǒng)支護(hù)采用I20b型鋼鋼架（其中，中隔壁臨時(shí)支護(hù)采用I14型鋼），中心間距0.7m，鎖腳錨桿采用φ25中空錨桿，長(zhǎng)4.5m。

⑤超前支護(hù)采用φ50mm小導(dǎo)管，環(huán)向間距50cm。

2.2 施工中存在的問(wèn)題

①揭露出圍巖物理特征及破壞特征：全風(fēng)化花崗巖由于結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體間的粘結(jié)力差，開(kāi)挖洞室后，僅靠顆粒間的摩擦效應(yīng)和微弱膠結(jié)作用成拱，這類(lèi)巖體極不穩(wěn)定，尤其是在淺埋地段容易發(fā)生坍塌冒頂；圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，開(kāi)挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，尤其是深埋地段受高應(yīng)力影響容易發(fā)生塑性變形，初期支護(hù)沉降、收斂較大，造成洞室內(nèi)擠。

②初期支護(hù)極不穩(wěn)定，下沉、收斂不可控。由于全風(fēng)化花崗巖承載力低、富水飽和，開(kāi)挖擾動(dòng)后迅速泥化，導(dǎo)致初期支護(hù)工后沉降、收斂極大（1～2cm/d），且不可控制。

3 綜合施工方案

3.1 開(kāi)挖方法的選擇

依據(jù)新奧法設(shè)計(jì)原理，結(jié)合實(shí)際圍巖狀況，比選了多個(gè)方案，最終確定了CRD法（分3個(gè)臺(tái)階）。

施工順序如下：

開(kāi)挖①部分，初噴混凝土，安裝初支及中隔壁鋼架，打鎖腳錨管注漿，噴射混凝土；

開(kāi)挖②部分，初噴混凝土，安裝初支、中隔壁及臨時(shí)仰拱鋼架，打鎖腳錨管注漿，噴射混凝土；

開(kāi)挖③部分，初噴混凝土，安裝初支鋼架，打鎖腳錨管注漿，噴射混凝土；

CRD法開(kāi)挖

開(kāi)挖④部分，初噴混凝土，安裝初支鋼架，打鎖腳錨管注漿，噴射混凝土；

開(kāi)挖⑤部分，初噴混凝土，安裝初支、中隔壁及仰拱鋼架，噴射初支混凝土，施工仰拱混凝土；

開(kāi)挖⑥部分，初噴混凝土，安裝初支、仰拱鋼架，噴射初支混凝土，施工仰拱混凝土。

為了避免開(kāi)挖對(duì)成型初支的擾動(dòng)，施工中采用小型機(jī)械配合人工的方法，每個(gè)臺(tái)階的步距控制在5m左右。

3.2 支護(hù)參數(shù)加強(qiáng)的措施

初期支護(hù)鋼拱架采用I20b工字鋼，間距為50cm。

系統(tǒng)錨桿采用φ50mm長(zhǎng)度3.5m注漿小導(dǎo)管，間距0.5×2m，與鋼支撐用L型筋焊接，起到加強(qiáng)鎖腳作用。

臨時(shí)仰拱由原設(shè)計(jì)20cm厚C20現(xiàn)澆混凝土調(diào)整為I18工字鋼橫撐+20cm厚C25噴射混凝土，中隔壁鋼支撐由原設(shè)計(jì)的I14型工字鋼調(diào)整為I18型工字鋼，間距為50cm，起到加強(qiáng)整體初期支護(hù)剛度作用。

拱架連接板由設(shè)計(jì)的15×15cm，1.5mm厚鋼板優(yōu)化為15×45cm，增大了拱腳的受力面積，同時(shí)鎖腳錨管可以從鋼板兩側(cè)下穿過(guò)，起到‘抬’、‘撐’的作用。

超前支護(hù)采用φ50mm長(zhǎng)度3.5m注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距30cm，縱向排距1m；個(gè)別段落采用φ89mm長(zhǎng)度10m超前短管棚，環(huán)向間距40cm，排距7m。

預(yù)留沉降量由設(shè)計(jì)的12cm放大到40cm。

3.3 仰拱、二襯施工步距控制

3.3.1 仰拱施工步距

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工總結(jié)和監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反應(yīng)，確定本隧道最優(yōu)仰拱施工步距為12m～15m，也就是每個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)度控制在5m以?xún)?nèi)；步距拉的越大初支周邊圍巖對(duì)隧道產(chǎn)生的壓力越大，尤其反映在拱頂下沉、拱腳收斂的增大，沉降、收斂值從掌子面到仰拱呈遞減趨勢(shì)。每段初支從施工完成到仰拱施工完閉合成環(huán)≤7d，仰拱施工完成后初支的沉降、收斂值趨于穩(wěn)定[2]。

3.3.2 二襯施工步距

在本隧道中已把二襯作為了主要的受力結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)施工反映出，二襯能對(duì)前方初期支護(hù)起到懸臂支撐效果，只有完成二襯施工后，才能真正做到穩(wěn)定。如果二襯施工步距過(guò)大，本隧道在＞35m后，邊墻初期支護(hù)受力加大，反映在邊墻噴射混凝土產(chǎn)生剝落、開(kāi)裂現(xiàn)象，個(gè)別段鋼拱架發(fā)生扭曲變形，所以說(shuō)控制二襯施工步距尤其重要。實(shí)踐總結(jié)出本隧道軟弱圍巖段二襯的合理施工布局為20m～25m。

3.4 監(jiān)控量測(cè)

按照隧道施工‘綱九條’要求，本隧道已經(jīng)把監(jiān)控量測(cè)工作作為施工的一道關(guān)鍵工序來(lái)抓。監(jiān)控量人員在進(jìn)行重要工序施工時(shí)（臺(tái)階落底，仰拱開(kāi)挖），全過(guò)程旁站測(cè)量，量測(cè)數(shù)據(jù)需同步網(wǎng)絡(luò)上傳并及時(shí)通知各方相關(guān)人員，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工工序。同時(shí)，周報(bào)、旬報(bào)、月報(bào)要定期送達(dá)。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)項(xiàng)目部及時(shí)指揮現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整工序，確定合理的仰拱、二襯施工步距。

3.5 其他輔助措施

本隧道為了減少?lài)鷰r土體含水量，降低水位，采用了輕型井點(diǎn)降水的方法。降水井采用地質(zhì)鉆機(jī)打孔，成孔直徑150mm，內(nèi)送110mm打孔PVC管，PVC管周?chē)捎妹资畛洌乐股?、泥堵塞。降水井沿隧道開(kāi)挖線(xiàn)兩側(cè)邊緣線(xiàn)3m處縱向布置，縱向間距10m。降水井孔底標(biāo)高位于仰拱底10m處，采用自動(dòng)抽水設(shè)備。在降水井外側(cè)施工臨時(shí)排水溝，并做硬化處理，排水溝引流排水至井點(diǎn)降水井，集中抽至隧道區(qū)外排水溝。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，移爐隧道是福建廈蓉高速公路改擴(kuò)建工程中難度最大的工程之一，通過(guò)對(duì)軟弱、淺埋、富水圍巖段落采用調(diào)整開(kāi)挖方法、加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)、井點(diǎn)降水的綜合手段，為保障工期、施工及運(yùn)營(yíng)安全奠定了良好的基礎(chǔ)。