綜合進(jìn)洞施工技術(shù)在大斷面軟弱圍巖隧道工程中的應(yīng)用

徐重陽

（中鐵十六局集團(tuán)鐵運(yùn)工程有限公司，河北 保定 074000）

1 工程概況

某大斷面雙線隧道全長(zhǎng)2424m，洞身高11.56m、洞身寬14.32m，進(jìn)、出口均為斜切式洞門。隧道進(jìn)口114m，洞身30m 內(nèi)的埋深5～13m 不等?，F(xiàn)場(chǎng)施工狀況表明，在完成25m 的大管棚施工準(zhǔn)備進(jìn)洞時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境出現(xiàn)異常，洞口邊仰坡有變形開裂問題，最大達(dá)8cm，因現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的變化，常規(guī)的進(jìn)洞方案缺乏可行性，經(jīng)多方商討后，決定采用洞口降水、邊仰坡開挖、超前大管棚支護(hù)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等多項(xiàng)與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相適宜的技術(shù)手段，以此保證隧道進(jìn)洞的安全性。

2 洞口降水

根據(jù)隧道進(jìn)口段的地質(zhì)勘察結(jié)果可知，下伏基巖為全風(fēng)化花崗巖富水層，該范圍內(nèi)的地下水含量較高，為實(shí)現(xiàn)安全施工的目標(biāo)，首當(dāng)其沖的工作在于有效減小地下水的干擾。對(duì)此，沿洞口兩側(cè)各設(shè)一排降水井，每排4 眼、間距6m，設(shè)備選用的是2.5kW 潛水泵，每井一臺(tái)。

3 邊仰坡開挖

隧道進(jìn)口段分布較多的軟弱圍巖，同時(shí)邊坡土層性質(zhì)較差，以軟塑狀為主，單次開挖量偏大時(shí)易誘發(fā)滑塌事故。對(duì)此，遵循的是分層開挖的原則，層高控制在1～2m。逐層依次施工，每完成一層開挖作業(yè)后，隨即采取錨網(wǎng)噴防護(hù)措施，選用φ8mm 鋼筋網(wǎng)、間距25cm×25cm；拌制混凝土并及時(shí)用于噴射，厚度控制在8cm；并設(shè)置φ42mm 小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)度取4.5m，于管壁上鉆進(jìn)φ8mm 出漿孔；灌注施工所用材料為水泥水玻璃漿液，注漿壓力1.5MPa[1-3]。

4 超前大管棚支護(hù)

4.1 基本參數(shù)

（1）鋼管選用的是熱軋無縫鋼管，壁厚為8mm。

（2）鋼管接頭采用的是絲扣連接的方法，螺紋段長(zhǎng)度至少達(dá)15cm，相鄰接頭錯(cuò)開至少1.0m，同一截面的接頭數(shù)需在50%以內(nèi)。

（3）鋼管上鉆注漿孔，相鄰兩孔間距取15～20cm，但鋼管的尾部以及鏤空部2.0m 處不予以鉆孔。

（4）管棚管距控制過程中，環(huán)向間距取40cm，鋼管總量共41 根，外插角1～3°。

4.2 管棚的套拱參數(shù)

在大管棚超前支護(hù)施工中，固定端為重點(diǎn)內(nèi)容，該部分為3 榀I18 混凝土套拱導(dǎo)向墻。導(dǎo)拱內(nèi)設(shè)長(zhǎng)為2m 的140mm×5mm 導(dǎo)向鋼管，總量為41 根。

4.3 管棚的施工工藝流程

搭設(shè)平臺(tái)→測(cè)量放樣→制安I18 鋼架→固定I40 導(dǎo)向管→澆筑套拱混凝土→鉆孔→制安φ127mm 管棚鋼管→注漿→止?jié){封孔。

4.4 管棚的施工

以I18 鋼架為基礎(chǔ)材料，搭建管棚施作平臺(tái)，為后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)良好的基礎(chǔ)條件，以便高效完成鉆孔、鋼拱架安裝等相關(guān)工作。為充分發(fā)揮出管棚的平臺(tái)作用，在搭建時(shí)需加強(qiáng)質(zhì)量控制，保證其具有足夠的穩(wěn)定性。

4.5 測(cè)量放樣

（1）鋼拱架的測(cè)量放樣。重點(diǎn)內(nèi)容為縱向中軸線的位置、拱架腳的高程、拱架的縱向間距。

（2）導(dǎo)向管的測(cè)量放樣。首要工作在于確定導(dǎo)向管的平面位置，利用坡度板完成對(duì)導(dǎo)向管的傾角設(shè)定工作，期間輔以水準(zhǔn)尺檢驗(yàn)，確保無誤。對(duì)于導(dǎo)向管的外插角，較適宜的是前后差距法，根據(jù)施工要求，以1～3°為宜。關(guān)于超前大管棚的布置情況如圖1 所示。

圖1 超前大管棚的具體布置圖（單位：cm）

（3）I18 鋼拱架的制安。共包含3 個(gè)節(jié)段，在各自的端部焊接鋼板，利用螺栓等相關(guān)零部件穩(wěn)定拼接，以構(gòu)成完整的拱架結(jié)構(gòu)。對(duì)于曲線單元節(jié)段的制作及安裝工作，其對(duì)作業(yè)精度提出更高的要求，宜利用型鋼彎曲機(jī)加工。為保證鋼拱架的穩(wěn)定性，要求其所在位置的基巖面具有平整、穩(wěn)定的特點(diǎn)。

（4）導(dǎo)向管施工。根據(jù)施工要求，選用的是長(zhǎng)為2m 的140mm×5mm鋼管，利用φ22mm 鋼筋將其穩(wěn)定固定在拱架處。

（5）立模澆筑。以模注泵為主要施工設(shè)備，由該裝置組織套拱的混凝土澆筑作業(yè)。立模的關(guān)鍵作業(yè)內(nèi)容為內(nèi)模、外模及端頭模，但在模板安裝期間易產(chǎn)生擾動(dòng)性影響，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)向管堵塞現(xiàn)象。對(duì)此，需要加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)向管孔口處的防護(hù)，以免在立模過程中出現(xiàn)雜物落入管內(nèi)的情況。

（6）管棚鉆孔。以液壓鉆為主要施工設(shè)備，適配φ15cm 的鉆頭，首先以低壓、低速的狀態(tài)鉆進(jìn)1.0m，隨后視實(shí)際情況合理調(diào)整。鉆孔期間加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況判斷，若存在問題則及時(shí)處理。詳細(xì)記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，作為后續(xù)質(zhì)量分析的關(guān)鍵依據(jù)。鉆孔過程中各類殘?jiān)锥逊e在孔內(nèi)，不利于后續(xù)的正常施工，因此鉆孔后需隨即用高壓氣體清理孔內(nèi)雜物，直至孔內(nèi)沉渣被控制在許可范圍內(nèi)為止。

大管棚注漿施工中，所用材料以水泥砂漿為宜，按0.8～1 的水灰比拌制，按自下而上的順序依次注漿，全過程中根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整注漿壓力，初期以0.8～1MPa 為宜，終壓可提升至2MPa，并做到一次注漿成型。為保證注漿施工質(zhì)量，要求壓漿管可有效伸入孔底，以保證壓漿的飽滿性。隨著水泥漿液的逐步凝固，待其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，可以組織洞身拱部的開挖作業(yè)[4]。

5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)洞

隧道進(jìn)洞施工采用的是雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，整個(gè)斷面的施工分為10 個(gè)部分。按照先①②部、后③④部、再⑤⑥部、最后⑦⑧⑨⑩部的順序依次開挖。縱向臺(tái)階長(zhǎng)3～4m，左右側(cè)壁導(dǎo)坑錯(cuò)開5～7m。加強(qiáng)各道工序的銜接，初期支護(hù)緊跟開挖，盡可能做到盡早封閉成環(huán)。關(guān)于具體的施工示意圖如圖2 所示。

圖2 雙側(cè)壁法施工工序橫斷面示意圖

施工工藝流程如下：

（1）組織①部的開挖作業(yè)，在導(dǎo)坑周邊設(shè)置支護(hù)裝置，即初噴4cm 厚的混凝土，將鋼架架設(shè)到位，設(shè)置鎖腳錨桿，按設(shè)計(jì)圖紙要求安裝I18 橫撐。待完成徑向錨桿的鉆進(jìn)作業(yè)后，復(fù)噴混凝土，直至其達(dá)到特定的厚度為主。此后，再組織②部的開挖作業(yè)，噴射8cm 厚混凝土，用于完全封閉掌子面，導(dǎo)坑周邊噴4cm 厚的混凝土。根據(jù)鋼架的實(shí)際情況采取接長(zhǎng)措施，架設(shè)I18臨時(shí)鋼架，將鎖腳錨桿安裝至指定位置，再設(shè)置I18 橫撐。在完成徑向錨桿的鉆孔作業(yè)后，復(fù)噴混凝土，以保證其能夠滿足設(shè)計(jì)厚度要求[5]。

（2）組織③部的開挖作業(yè)，將導(dǎo)坑周邊的支護(hù)裝置設(shè)置到位；再開挖④部，依然設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，具體方法同上，此處不再贅述。

（3）以弱爆破的方式開挖⑤部，在隧底周邊噴4cm 厚的混凝土；適當(dāng)接長(zhǎng)鋼筋，完成混凝土的復(fù)噴作業(yè)，直至其滿足厚度要求為止。滯后于④部一段距離，依然以弱爆破的方式開挖⑥部，在隧底初噴混凝土，此階段厚度按4cm 控制，再進(jìn)一步復(fù)噴，直至滿足設(shè)計(jì)厚度要求為止。

（4）充分利用前一循環(huán)架立的鋼架，于該處開展小導(dǎo)管超前支護(hù)作業(yè)，再開挖⑦部，噴混凝土以達(dá)到封閉掌子面的效果（厚度按8cm 控制）。導(dǎo)坑周邊初噴混凝土的厚度為4cm，架立拱部鋼架，完成錨桿的鉆孔作業(yè)后，進(jìn)一步復(fù)噴混凝土，直至其滿足厚度要求為止；此后，開挖④部，噴射混凝土以封閉掌子面，厚度依然按8cm 控制。

（5）經(jīng)前述施工后，開挖⑨部，噴射8cm 厚的混凝土，用于封閉掌子面，發(fā)揮出防護(hù)的作用；最后，再對(duì)⑩部進(jìn)行開挖，先初噴4cm 的混凝土，按規(guī)范將鋼架安裝到位，此后再?gòu)?fù)噴混凝土，直至其可以滿足設(shè)計(jì)厚度要求為止。

5.2 支護(hù)施工

支護(hù)采用到錨桿、網(wǎng)噴、鋼拱架。在應(yīng)用RD25N 中空錨桿注漿的方法后有效加固圍巖。錨桿長(zhǎng)度4.5m，按照1.0m 的間距有序布設(shè)，為保證錨桿的穩(wěn)定性，將拱墻處的錨桿尾端焊接至鋼拱架上，安排徑向注漿，通過漿液的應(yīng)用改善圍巖的狀態(tài)。鋼拱架以I20a 工字鋼為原材料制作而得，間距50cm，環(huán)向按100cm 的間距設(shè)置φ20mm 鋼筋，鋼拱架底部鋪設(shè)枕木墊塊，增強(qiáng)鋼拱架的穩(wěn)定性，避免下沉。此外，對(duì)鋼拱架做加強(qiáng)處理，即在其兩側(cè)設(shè)置兩排鎖腳錨桿（φ22mm 錨桿、長(zhǎng)5m）。噴射施工材料選用的是C25 混凝土，厚度按25cm 予以控制，采用濕噴法分層施工。首先噴射鋼拱架背后，再轉(zhuǎn)向鋼拱架中間的區(qū)域。

5.3 仰拱施工

開挖后及時(shí)施作仰拱，采用弱爆破的施工方法，以挖掘機(jī)為主要的作業(yè)工具，輔以人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的修整。經(jīng)過開挖后，若形態(tài)、穩(wěn)定性均滿足要求則及時(shí)施作錨桿，再立模、澆注仰拱混凝土。

5.4 襯砌施工

軟弱隧道圍巖的穩(wěn)定性不足、變形量較大，對(duì)襯砌施工的時(shí)間提出較高的要求，必須具有“適中性”。若時(shí)間偏早，圍巖應(yīng)力釋放較小，易導(dǎo)致設(shè)置成型的襯砌結(jié)構(gòu)受損；若時(shí)間偏遲，此時(shí)圍巖已經(jīng)發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間的變形，幅度較大，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。結(jié)合實(shí)際情況來看，需在圍巖變形減緩后及時(shí)施工襯砌，對(duì)應(yīng)于位移-時(shí)間曲線上，則指的是圍巖變形速率從快轉(zhuǎn)至平緩的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，但具體還需結(jié)合監(jiān)測(cè)信息做進(jìn)一步的分析。在選定合適的時(shí)間后，采用封閉整體式臺(tái)車施工。

6 結(jié)束語

綜上所述，隧道洞口段的施工難度較大，具有埋深淺、地質(zhì)條件差等局限性，而隧道施工的破壞性較強(qiáng)，在外部因素的作用下，易誘發(fā)隧道坍塌、邊仰坡失穩(wěn)等問題，且在軟弱圍巖地質(zhì)條件中體現(xiàn)得更為明顯。而在本文所論述的工程中，在合理應(yīng)用綜合進(jìn)洞施工技術(shù)后，能夠有效保證施工的安全性，在相對(duì)良好的環(huán)境下完成隧道的建設(shè)工作，所采取的施工技術(shù)具有可行性，可作為類似工程的參考。