高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)探討

金樹坤 李攬?jiān)?/p>

（中交路橋華北工程有限公司 北京 101100）

將高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)靈活運(yùn)用到實(shí)際施工中，能有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量，并且，這項(xiàng)技術(shù)能充分依據(jù)當(dāng)時(shí)的地理環(huán)境和突發(fā)狀況靈活改變，增強(qiáng)了施工的可靠性，也為我國的高速公路事業(yè)建設(shè)建立了好的基礎(chǔ)。對于高速淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)的分析應(yīng)該從各個(gè)方面入手，盡可能的詳細(xì)科學(xué)，努力做到為自己負(fù)責(zé)為他人負(fù)責(zé)。接下來本文將以大坡上隧道管棚施工為例，簡單介紹此項(xiàng)技術(shù)。

1 工程概況

大坡上隧道位于貴州省鏡內(nèi)，是貴陽至黔西高速公路的全線控制性工程，此處地理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整座山呈饅頭狀，山頂較為開闊，呈平臺(tái)狀，兩邊進(jìn)出口則為陡峭的斜坡，且受到嚴(yán)重侵蝕。進(jìn)洞口段表層為灰褐色粉質(zhì)粘土、含碎石亞粘土，洞身的前半段圍巖主要是強(qiáng)、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，圍巖富水；后半段則為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，這種巖層的節(jié)理裂層非常發(fā)育，需要填充泥沙，需要應(yīng)用軟弱手法；到出洞口段時(shí)，巖石主要為弱風(fēng)化泥灰?guī)r及灰?guī)r，屬于較軟巖類，巖體易破碎。并且此地位于一處正在發(fā)育的斷層中，內(nèi)部巖體雜亂，開挖后極易產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象。于是針對此現(xiàn)象，工作人員用大管棚做超前支護(hù)，將隧道設(shè)計(jì)為四車道上、下行分離式高速公路隧道，隧道凈高5.0m，在洞頂處的深埋，最深可達(dá)78m，最淺是22m。搭配合理的施工工藝，有效的防止了山體坍塌和地下水污染，保證了施工安全。

2 高速淺埋軟弱圍巖隧道施工方法分析

考慮到工程的施工周期、資金和當(dāng)?shù)氐膶?shí)際狀況等情況，整個(gè)工程被分為兩小隊(duì)，進(jìn)口處的左右兩端同時(shí)進(jìn)行，出口處從左端先施工，明暗洞的施工分別用明挖和新奧法原理進(jìn)行，同時(shí)由于隧道洞口處為Ⅴ級(jí)圍巖，淺埋手法在實(shí)際應(yīng)用中容易存在偏壓，因此在進(jìn)口左右洞和出口左右洞中使用大管棚進(jìn)行注漿，并且在洞口處立模澆筑混凝土拱圈，另外使用工字鋼拱架進(jìn)行加固，時(shí)刻監(jiān)視測量，以保證過程安全。隨后采用短臺(tái)階七步開挖法開始挖掘，開始向洞內(nèi)施工。這種進(jìn)洞方法是最常用的也是最安全的，利用管棚超前注漿加固周圍圍巖，能夠形成拱環(huán)效應(yīng)，圍巖的整體受力得到有效提高，由此提高了圍巖的強(qiáng)度，這種套拱法不僅能有效抵抗偏壓，還能防止地面下沉、塌方等。

3 大管棚固定工藝

這項(xiàng)工藝通常會(huì)使用在軟弱地層或破碎巖層中，將鋼管打入其中，注入漿液，這里使用的漿液必須帶有一定的壓力，并且具有一定的凝聚時(shí)間，使得漿液能夠擴(kuò)散到鋼管的四周，等到漿液開始膠結(jié)后，管棚周圍軟弱、松散的巖體也會(huì)隨之固結(jié)，進(jìn)而提高了整體巖層的承受力，起到了一個(gè)承重保護(hù)的作用。

在進(jìn)行大管棚施工時(shí)，先在洞口段進(jìn)行套拱施工，隨后安裝導(dǎo)向管確定整體的施工方向，然后就可以搭建鉆孔平臺(tái)，安裝鉆機(jī)，調(diào)整好孔位后開始進(jìn)行鉆孔，鉆孔結(jié)束后要進(jìn)行第一次清孔，隨后將大管棚頂進(jìn)開始安裝的鋼管棚內(nèi)，并且進(jìn)行第二次清空，將注漿的管道線路全部檢查完畢后即可開始灌漿，灌漿的過程中不斷攪拌漿液使其壓力達(dá)到需要的程度，如此一來整個(gè)大管棚的施工就完成了，期間一定要認(rèn)真檢查每個(gè)細(xì)節(jié)確保安全，重點(diǎn)控制管棚的外插角和注漿壓力。

在施工中，管棚的具體使用情況也要根據(jù)實(shí)際來使用，在這項(xiàng)工程中，我們采用φ108×6mm熱軋無縫鋼管，每節(jié)長度為3m、6m，環(huán)向間距40cm呈梅花形分布。在進(jìn)出洞口處采用長30cm的絲扣φ108×6mm熱軋無縫鋼管連接。在與路線縱坡的仰角1°~3°打進(jìn)，預(yù)防管棚下沉。

4 大管棚施工步驟

4.1 確定鉆孔位置

采用兩臺(tái)地質(zhì)鉆井機(jī)同時(shí)作業(yè)，一臺(tái)由拱腳向拱頂施工，一臺(tái)從拱頂向另一邊的拱腳施工。在開始施工之前，工作人員已經(jīng)事先確立了測量放樣點(diǎn)，并且確定了導(dǎo)向管的傾角，鉆機(jī)只需要依照自身的管道的傾斜角度和方向，固定在測量放樣點(diǎn)上，然后依據(jù)導(dǎo)向管的角度確立自己的角度，確保鉆桿線與開孔角度一致，以達(dá)到鉆進(jìn)的導(dǎo)向作用。

4.2 鉆孔

鉆孔時(shí)要采取鉆孔的形式，奇數(shù)孔先偶數(shù)孔后，這樣是為了防止坍塌，保證孔的質(zhì)量。孔的直徑為φ130mm，以便順利安裝φ108×6mm鋼管。鉆孔之前應(yīng)將扶直器套在鉆桿上，防止鉆孔時(shí)上下顫動(dòng)，保證孔的筆直。在連接鉆具的時(shí)候，一定要選取材質(zhì)一樣的工具，這樣能夠保證連接處的強(qiáng)度、剛度和韌性，在這個(gè)工程中，連接套的壁厚應(yīng)≥10mm。

在鉆孔過程中，要小力推進(jìn)，并且每鉆進(jìn)40cm時(shí)，就要推出機(jī)器，清掃一遍孔。當(dāng)鉆進(jìn)2~3m后，要加強(qiáng)壓力全速推進(jìn)，在遇到巖層或孤石時(shí)，可適時(shí)增加鉆機(jī)的給進(jìn)力，降低轉(zhuǎn)速。整個(gè)過程我們要隨時(shí)使用測斜儀測量角度，確保鉆孔方向的準(zhǔn)確性。在清孔時(shí)使用2.5m長的φ43mm巖芯管進(jìn)行掃孔，可以將碎渣清理的非常干凈。

4.3 頂管

頂管施工這項(xiàng)工作必須要及時(shí)進(jìn)行，如果不及時(shí)進(jìn)行頂管作業(yè)就很容易造成崩塌問題。在奇數(shù)孔打好后，及時(shí)安裝鋼花管或無孔鋼管，注入水泥漿，偶數(shù)孔也必須立即安裝鋼管，注入水泥漿。在對偶數(shù)孔進(jìn)行安裝注漿的過程中還可以檢查奇數(shù)孔的泥漿情況，可以及時(shí)補(bǔ)充，對圍巖進(jìn)行加固。因此在施工過程中，采用跟管鉆進(jìn)，使鉆孔與安裝鋼管都在同一時(shí)刻完成。

4.4 管棚注漿

管棚注漿是整個(gè)管棚施工過程中最重要的一項(xiàng)施工內(nèi)容，它直接關(guān)系著整個(gè)巖體能否承受得住。注漿通常是兩端同時(shí)進(jìn)行，開始時(shí)濃度要低一些，然后逐漸增加濃度，其中注漿要采用分段注漿的方式，先對偶數(shù)孔注漿。在注漿前，要先在現(xiàn)場某一處進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，然后根據(jù)實(shí)際效果和之前的數(shù)據(jù)相結(jié)合，調(diào)整以得到最合適的參數(shù)，在注漿后，要及時(shí)檢查結(jié)果，隨時(shí)觀察孔內(nèi)的漿液量和注漿壓力。當(dāng)每一個(gè)的孔內(nèi)注漿都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，管棚注漿才算完成。

以下為注漿的具體參數(shù)：采用普通水泥單液漿，水泥采用32.5（R）普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1：1。注漿初壓力0.5~2MPa。注漿量估算公式：Q=πRk2Lηξ，其中：RK-漿液擴(kuò)散半徑，取 RK=0.6Lo；Lo-鋼管中心間距；L-鋼管長；ξ取 0.85，為注漿飽滿系數(shù)；η-空隙率（%），η 的取值在不同的巖層中有不同的數(shù)據(jù)，例如在風(fēng)化巖層中，η可以取2%~3%，巖石破碎帶中取5%~8%，在溶槽溶隙地層中取10%~l5%，粘土層則取20%~40%，砂土層取40%~60%。

5 資源配置

資源的配置包括設(shè)備和人員兩方面的調(diào)配。在這項(xiàng)工程中，我們主要用到的設(shè)備有地質(zhì)鉆機(jī)、注漿機(jī)，KY-300型鉆機(jī)和YSH-3型雙液注漿泵。由于在管棚施工中，我們采用兩臺(tái)地址鉆井機(jī)同時(shí)作業(yè)，因此，人員的安排也應(yīng)該分為兩部分，例如指揮人員、技術(shù)人員、注漿人員、灌漿人員等等的人數(shù)都是雙數(shù)，每個(gè)部分的人數(shù)都是相同的，以確保兩邊的進(jìn)度相同。在這場工程中，一共用到了25名人員，人力消耗較少。

6 結(jié)語

總體來說，運(yùn)用管棚施工避免了大坡上隧道在修建過程中可能會(huì)遇到的各種困難，在節(jié)省了人力資源的同時(shí)提高了質(zhì)量，間接性的增加了經(jīng)濟(jì)效益，避免了人力財(cái)力物力的損失，同時(shí)這次成功的案例也為接下來我國其他地區(qū)隧道的修建提供了豐富的參考價(jià)值，但是我們不應(yīng)該止步于此，未來的日子里我們還會(huì)遇到各種未知的困難，所以我們要不斷創(chuàng)新，為社會(huì)創(chuàng)造更高的價(jià)值。