高海拔地區(qū)軟弱圍巖隧道施工工藝

黎 倩

（四川川交路橋有限責任公司，四川 廣漢 618300）

1 工程概況

該隧道位于川西高原山區(qū)，橫斷山脈中斷的大雪山脈與沙魯里山脈之間，屬于構(gòu)造浸蝕高山地貌，地勢起伏較大。平均海拔約4200m，常年溫度偏低且氧氣稀薄，冬季最低溫度約-20℃，隧道全長2831m，屬于高原區(qū)高寒長大隧道。常年受積雪融化入滲和自然降雨影響，地下水豐富。

2 隧道不利地段的施工基本原則

在隧道不利地段施工時，需要遵循以下基本原則：

（1）充分收集并利用圍巖自身的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)勢，爭取在圍巖變形可控的范圍內(nèi)選擇適用性較強且收效顯著的支護類型。

（2）要不間斷監(jiān)測施工過程，以便隨時給施工提供指導(dǎo)；同時，結(jié)合現(xiàn)場實際可考慮先修筑底板、臨時仰拱或仰拱，有利于將斷面盡早封閉成環(huán)。

（3）對重點部位的支護進行加強，防止因部分支撐薄弱引發(fā)隧道塌方、滑坡；還要控制整個施工過程中的設(shè)計、檢驗、地質(zhì)預(yù)測、測量反饋、方案修正等工作。

（4）隧道周圍圍巖松散，結(jié)構(gòu)自穩(wěn)周期短，所以，爆破、排險到位后要以最快速度開展錨、噴、掛網(wǎng)及型鋼等架設(shè)施工，但此施工過程中要注意出渣的同步或交錯進行，尤其對地下水活動強烈區(qū)段，支護施工要及時跟近，便于穩(wěn)定圍巖。

（5）仰拱要跟緊施工進程，對于地質(zhì)條件不良的區(qū)段，在二次襯砌之前需要完成底板施工，在完成拱、墻部的初期支護后緊跟著完成仰拱施工，這樣不僅能方便初期支護盡快形成封閉的受力結(jié)構(gòu)，也能為后續(xù)二次襯砌施工中模板臺車軌道的鋪建提供有利條件，同時方便洞內(nèi)材料運輸。

3 隧道不利地段施工技術(shù)難點

在隧道不利地段施工時，存在施工進度慢、施工方案變更以及隧道塌方及變形超限三個技術(shù)難點。

（1）施工進度慢。由于隧道進出口地質(zhì)屬于呈霹靂面發(fā)育的砂巖或千枚巖，存在產(chǎn)狀紊亂、層間結(jié)合力差等特點，施工時局部會出現(xiàn)韌性剪切破碎帶且此類巖石質(zhì)地較軟，遇水會發(fā)生軟化、層間滑脫情況，這些問題都會在不同程度上延緩施工進度。

（2）變更施工方案。初期支護設(shè)計方案為：選用長4.5m 的A42 小導(dǎo)管加強鎖腳錨桿，同時選取本項目中Ⅴ形加強型襯砌和雙層小導(dǎo)管進行超前支護施工，將預(yù)留變形量增至25cm，保證各項工序緊密銜接，嚴格把控施工程序，對初期支護結(jié)構(gòu)及時封閉。但從施工的情況來看隧道局部仍存在初期支護變形超限情況。

（3）隧道塌方與變形超限。施工中隧道多次出現(xiàn)塌方，存在變形超限問題的共3 段，全長125m，隧道拱腰為超限多發(fā)段，最大超限值達70cm，均由施工控制不當或受隧道地質(zhì)制約原因引起。

4 施工進度緩慢的原因

針對施工進度緩慢的原因，具體分析后確定為以下三方面：

（1）本工程處于高原高寒地區(qū)，氣候惡劣，有效施工時間極短，設(shè)備使用率相對較低[1]。

（2）施工經(jīng)驗不足，施工中因未及時封閉仰拱引起的變形、塌方較多，處理時間過長。

（3）方案設(shè)計不合理，前后工序銜接不緊密，要點把握不到位，造成多段返工。

5 優(yōu)化施工方案

一般情況下，軟弱圍巖地段自支護能力較差，故對軟弱圍巖隧道進行施工時要以提高圍巖自支護能力為主要目的，這樣才能讓初期支護快速封閉成環(huán)。本隧道工程中拱部和仰拱結(jié)構(gòu)處承壓較大，因此出現(xiàn)變形的概率也會增加。

5.1 預(yù)留合適的變形量

隧道凈空間與結(jié)構(gòu)實際尺寸、初期支護變形情況是選定隧道開挖斷面的基本要素，同時結(jié)合圍巖級別、施工方案、斷面規(guī)格、埋深、支護等，通過工程類比法預(yù)留支護變形量。待仰拱布設(shè)完成后，結(jié)合實測數(shù)據(jù)推算出當局部初期支護變形量為預(yù)留變形量的1/3 時，可使用后注漿措施，此時初期支護變形量可被控制在30cm 內(nèi)。因此，在實際施工過程中30cm 為最佳的預(yù)留變形量，此時不僅能有效保證二襯厚度，還可在最大程度上縮減成本[2]。

5.2 結(jié)合初期支護封閉成環(huán)時間優(yōu)化施工方案

為避免初期支護施工中出現(xiàn)下沉、變形、開裂等問題，施工時要控制好中下層臺階間距，保證下層臺階的仰拱布設(shè)緊跟中層臺階完成，從而讓初期支護盡快封閉成環(huán)[3]，可采用“三臺階七步法”施工，并將中層臺階與仰拱的距離控制在18m 之內(nèi)。因上層與中層臺階均會出現(xiàn)初期支護下沉、變形、開裂問題，因此可將上層、中層、下層臺階的垂直高度重新修正為3m、3m和3.5m。為縮減初期支護封閉周期，12d 為中層臺階開挖初期支護到同榀仰拱封閉完成的最長周期。因仰拱使用整體澆筑法施工，為保障施工進度，需將仰拱和填充澆筑頻率控制為6m、4d/次。采用增強的A42 注漿小導(dǎo)管注漿工藝對超前支護、系統(tǒng)和鎖腳錨桿進行施工，注漿時嚴格選取止?jié){閥，認真完成注漿記錄表。圖1 為K85+303、K85+310 段的拱頂下沉和周邊位移情況。監(jiān)測時間均為2019 年。

由上圖可知兩段仰拱施工未及時完成，施工時借助實時監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整該段后注漿施工；同時，拱頂下沉和周邊位移有持續(xù)變形態(tài)勢，最大變形可達50cm，不僅侵線嚴重，存在極大安全隱患，還在一定程度上增加了施工成本。由圖2 可知，因K85+328 段仰拱布設(shè)及時，初期支護封閉成環(huán)迅速，10 天內(nèi)拱頂下沉和周邊位移出現(xiàn)收斂現(xiàn)象并有一定程度持續(xù)。

圖2 K85+328 段的拱頂下沉和周邊位移

結(jié)合圖1 和圖2 可知，仰拱施工時間可利用監(jiān)測數(shù)據(jù)判定，但施工方案需結(jié)合實際調(diào)整。若初期支護變形量較大，不僅要采取有效的補救措施，并停止掌子面施工，盡快完成中、下層臺階，讓仰拱盡快封閉成環(huán)。一般情況下，12～15 天為上層臺階開挖后最佳仰拱施工周期，超過此周期會增大初期支護變形量。由于本工程上層與中層臺階均出現(xiàn)了初期支護下沉、變形、開裂等問題，故施工時選用了三臺階預(yù)留核心法。在自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)進行軟弱圍巖隧道施工時，工人的施工效率低，為提升工人與設(shè)備施工效率，需將上層、中層、下層臺階的垂直高程重新調(diào)整并分別控制在3m、3m 和3.5m，并將中層臺階與仰拱間距控制在18m 內(nèi)。

5.3 優(yōu)化施工措施

（1）因本隧道地處高原地區(qū)，具有惡劣的自然環(huán)境，人工效率較低，現(xiàn)場無法加工工字鋼，因此要提前聯(lián)系工廠定制成品[4]。

（2）本工程的系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿均選用加強型A42 注漿小導(dǎo)管，上層與中層臺階、中層與下層臺階間每側(cè)通過4 根A42 注漿小導(dǎo)管連接，同時將小導(dǎo)管通過A32U 型鋼筋焊接，有效保證鎖腳質(zhì)量。

（3）支護措施開展時間為初期支護變形量是預(yù)留變形量的1/3 時，針對該段選擇后注漿方法處理，嚴格遵照設(shè)計要求控制注漿壓力、注漿孔間距[5]。若當初期支護變形量大于預(yù)留變形量，先進行后注漿處理，再布設(shè)仰拱并注漿，換拱作業(yè)要待整體穩(wěn)定后再進行。

6 結(jié)束語

總而言之，高海拔地區(qū)擁有的惡劣環(huán)境和復(fù)雜氣候，讓軟弱圍巖施工在這種環(huán)境下進行時難度極大。為在最大程度上保證施工質(zhì)量，需監(jiān)測整個施工過程并分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上調(diào)整優(yōu)化施工方案，從而控制好隧道支護存在的變形、開裂等問題。在對本工程的施工方案進行相應(yīng)優(yōu)化和調(diào)整之后，后期施工中未出現(xiàn)塌方、滑坡等事故，且在保證安全的前提下，比計劃節(jié)點提前完工，值得同類工程參考借鑒。