隧道穿過淺埋破碎帶施工技術(shù)

趙建國

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，公路工程可利用的地質(zhì)良好的走廊帶日趨減少，隧道工程作為地下空間工程，穿過不良地質(zhì)段落的工程狀況時有發(fā)生，尤其以隧道穿過淺埋破碎帶最為常見。目前，國內(nèi)外在隧道穿過淺埋破碎帶處治方面的研究多以隧道超前加固與現(xiàn)場調(diào)整支護(hù)參數(shù)等手段為主[1]。然而，由于洞身穿過斷層軟弱破碎帶時，洞身巖體自穩(wěn)能力較差，對于具體的工程，能否結(jié)合隧道實際圍巖地質(zhì)狀況選取合理的施工技術(shù)方案是保證隧道安全、快速、經(jīng)濟(jì)地穿越斷層破碎帶關(guān)鍵所在，也是目前亟須研究的問題。

1 項目背景

此公路隧道項目的現(xiàn)場地質(zhì)條件較復(fù)雜，其中隧道斷層破碎帶的長度接近為550 m，施工中需要穿過泥盆系(D)，巖層表現(xiàn)為淺灰色、灰白色以及灰綠色，核心成分是角礫(泥巖)與碎石(灰?guī)r)，具體含量為66%。局部段落是炭質(zhì)千枚巖，其特點(diǎn)為低強(qiáng)度、遇水后易軟化，圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能比較差，破碎問題較為嚴(yán)重，還包括落石與掉塊問題。同時破碎帶段上方和兩側(cè)包括數(shù)個落水洞與巖溶洼地，受季節(jié)性氣候的影響地表水匯集之后從落水洞垂直下滲，常見溶洞與地下突水等相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響了隧道施工質(zhì)量及安全性，所以必須結(jié)合隧道項目實際情況科學(xué)采用施工技術(shù)。

2 施工技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報

此隧道項目中超前地質(zhì)預(yù)報選擇的方式是地質(zhì)雷達(dá)、TSP以及紅外探水，通過實時監(jiān)測隧道圍巖變化情況，為隧道參數(shù)設(shè)計、安全防護(hù)以及應(yīng)急預(yù)案等提供參考依據(jù)。在進(jìn)入隧洞之前，必須嚴(yán)格實施地質(zhì)預(yù)報，然后和設(shè)計圖紙內(nèi)容及要求進(jìn)行全面對比，合理優(yōu)化隧道支護(hù)參數(shù)[2]。而進(jìn)入隧洞之后每30 m就要完成1次超前地質(zhì)預(yù)報，針對地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地段則必須加密預(yù)報，結(jié)合現(xiàn)場實際狀況適當(dāng)縮短預(yù)報距離，實現(xiàn)預(yù)報結(jié)果和循環(huán)開挖作業(yè)的有機(jī)整合，從而實現(xiàn)隧道圍巖結(jié)構(gòu)變化與支護(hù)參數(shù)的動態(tài)化掌握。

2.2 地表處理

1)洞頂排水。結(jié)合勘查結(jié)果可知，隧道需要穿過土洞(其上方包括沖溝)，現(xiàn)場地勢低洼，排水難度較大。為了避免雨季期雨水下滲威脅施工安全，應(yīng)選擇砂漿對土洞進(jìn)行回灌處理，同時進(jìn)行緊密夯實，順沖溝向建立混凝土排水溝，選擇現(xiàn)場低洼處構(gòu)建蓄水池，將雨水引至蓄水池，然后通過水泵將積水有效排出。

2)地表注漿。為了能夠有效控制地表水下滲現(xiàn)象，實現(xiàn)土體加固，就需要采取注漿方式處理隧道破碎帶，其中地表注漿選擇的是熱軋無縫鋼管(其直徑φ=2 mm)，以垂直方式插入到地表土體中，同時灌注水泥漿液，實現(xiàn)土體的固結(jié)處理，提升圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減小圍巖的透水性，從而保證安全施工。

2.3 開挖

1)開挖步驟。此隧道項目開挖施工步驟如下：

先行導(dǎo)坑上部開挖與初期支護(hù)→先行導(dǎo)坑中部開挖與初期支護(hù)→后行導(dǎo)坑上部開挖與初期支護(hù)→后行導(dǎo)坑中部開挖與初期支護(hù)→后行導(dǎo)坑下部開挖與初期支護(hù)。

2)爆破施工。此隧道項目中爆破施工詳細(xì)如下：

a.爆破設(shè)計。在鉆眼施工前需要安排專業(yè)人員反復(fù)測量精準(zhǔn)標(biāo)記開挖斷面中線與輪廓線，根據(jù)爆破設(shè)計確定炮眼具體位置，保證誤差不大于5 cm。單次循環(huán)開挖進(jìn)尺控制為0.6 m，周邊眼與輔助眼的深度均控制為0.6 m，而掏槽眼的深度控制為0.75 m。

b.鉆眼。以周邊眼施工為例，需要按照爆破設(shè)計要求設(shè)置周邊眼外插角，確保兩茬炮交界位置臺階不小于15 cm[3]。結(jié)合炮眼處圍巖凹凸情況合理對炮眼深度進(jìn)行調(diào)整，使眼炮底處于同一平面。

c.清孔。采用炮鉤與高壓風(fēng)等方式把炮眼內(nèi)的石屑清理干凈。

d.裝藥。此項目選擇的是乳化炸藥(其規(guī)格為0.75 kg/m，φ32 mm)，以分片分組方式進(jìn)行裝藥，然后根據(jù)圖紙設(shè)計要求確定裝藥量，按照從上至下的順序安裝雷管。各炮眼都要以炮泥為材料進(jìn)行堵塞處理，其中堵塞長度應(yīng)保證不小于20 cm。

e.連接起爆。按照要求安全連接起爆網(wǎng)絡(luò)，必須確保起爆精準(zhǔn)度與安全性。在連接階段導(dǎo)爆管不可發(fā)生打結(jié)與拉細(xì)現(xiàn)象，所有炮眼雷管的連接次數(shù)保持一致，引爆雷管通過黑膠布實施包扎處理，最后安排專業(yè)人員全面檢查[4]。

f.瞎炮處理。若是存在瞎炮則必須調(diào)查具體原因，然后由專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)處理。

3)注意事項。隧道開挖掘進(jìn)尺寸必須嚴(yán)格控制，單次循環(huán)開挖進(jìn)尺確定為0.6 m；仰拱與掌子面之間的距離控制在50 m以內(nèi)；二次襯砌與掌子面之間的距離控制在50 m以內(nèi)；左洞、右洞與二襯之間的距離控制在10 m以內(nèi)。

2.4 隧道襯砌施工

此隧道襯砌施工流程如下：

初噴混凝土→安裝鋼架→超前小導(dǎo)管→中空注漿錨桿→掛設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→防排水→二次襯砌。

1)初噴混凝土。通過噴漿機(jī)對掌子面實施初噴，選擇的材料為鋼纖維混凝土(級別C25)，厚度控制4 cm，以確保無落塊與掉石現(xiàn)象。

2)安裝鋼架。選擇的是 Ⅰ 20a工字鋼，拱架間采用縱向連接筋焊接方式，梅花形布設(shè)，各榀拱架的兩端建立鎖腳小導(dǎo)管，以增強(qiáng)拱架結(jié)構(gòu)的安全性，以及提升垂直度。

3)超前小導(dǎo)管。具體如下：

a.順著拱架輪廓方向設(shè)置小導(dǎo)管。拱架制作選擇從中間腹板的中部實施鉆孔，其中孔徑控制為5 cm，確定的間隔距離為0.4 m，通過雙層小導(dǎo)管進(jìn)行作業(yè)，第一層小導(dǎo)管的管徑φ=42 mm，從拱架的上方呈梅花形布設(shè)，間隔距離為30 cm，然后和拱架以焊接的方式穩(wěn)固連接，上仰角控制為15°～20°；第二層小導(dǎo)管需穿過拱架孔位，將上仰角控制為7°～10°，所有層小導(dǎo)管確定的縱向間隔距離為0.6 m[5]。

b.通過鑿巖機(jī)實施鉆孔，保證孔徑不小于42 cm，待鉆孔結(jié)束后，需及時設(shè)置小導(dǎo)管，以免發(fā)生縮孔問題。

c.插入小導(dǎo)管。其中小導(dǎo)管的長度控制為4.5 m，從小導(dǎo)管中以梅花形方式設(shè)置壓漿孔(其直徑φ=8 mm)，確定的縱向間隔距離為75 cm，其尾部1 m位置無需布設(shè)鉆孔，而端部應(yīng)設(shè)置成尖錐形狀，在小導(dǎo)管插入階段需通過鑿巖機(jī)進(jìn)行輔助頂入。

d.注漿。選擇的注漿液為P.O42.5水泥漿，水泥漿比(質(zhì)量比)是1∶1，注漿施工壓力控制在0.5 MPa～1.0 MPa之間。選擇間斷注漿方式，直至注漿孔溢出新漿液為止，詳見表1。

表1 超前小導(dǎo)管各項參數(shù)

4)中空注漿錨桿。通過搭建簡易施工平臺，首先噴射第一層混凝土，然后實施鉆孔作業(yè)，在成孔后通過高壓風(fēng)將孔內(nèi)的石屑清理干凈，以錨桿的方式把錨固劑慢速頂入到設(shè)計指定部位，從錨桿尾端設(shè)置墊板、止?jié){塞與螺母，其中墊板處需設(shè)置塑料排氣孔，實施注漿前必須認(rèn)真檢查注漿管與排氣管的密封性，保證符合規(guī)定要求方可正式進(jìn)行水泥漿液灌注。

5)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)。針對鋼筋網(wǎng)和錨桿的交叉位置應(yīng)進(jìn)行焊接處理，其中鋼筋網(wǎng)的保護(hù)層應(yīng)大于2.5 cm，掛網(wǎng)后緊接著實施第二層混凝土噴射。

6)噴射混凝土。此項目中混凝土的噴射厚度控制在27 cm以上，若滲漏水較為嚴(yán)重，則必須提前從初支內(nèi)埋設(shè)雙壁打孔波紋管(其直徑φ=110 mm)，實現(xiàn)引流處理，或從集中排水點(diǎn)設(shè)置引排水管[6-7]。

7)防排水施工。具體施工環(huán)節(jié)：初期支護(hù)全面檢查→設(shè)置排水管→鋪設(shè)土工布→安裝防水板。

8)二襯施工。綁扎鋼筋與二襯澆筑，在鋼筋綁扎與焊接階段，必須高度重視防水板保護(hù)處理，可以設(shè)置防護(hù)罩。同時二襯澆筑采用對稱澆筑施工模式。

3 結(jié)語

在隧道工程的建設(shè)中，隧道穿越地質(zhì)斷層的情況非常普遍，斷層破碎帶圍巖是一種軟弱圍巖，也是山嶺隧道施工過程中經(jīng)常遇到的地質(zhì)災(zāi)害。斷層破碎帶穩(wěn)定性較差，經(jīng)常會導(dǎo)致巖體失穩(wěn)，稍有不慎，就會造成事故，給隧道施工帶來非常大的困難，文章結(jié)合隧道工程項目實際情況，合理選擇與調(diào)整超前地質(zhì)預(yù)報實施方案；加強(qiáng)地表截排水設(shè)施，加固地表土體；合理調(diào)整隧道開挖工法，優(yōu)化爆破參數(shù)，控制循環(huán)進(jìn)尺；優(yōu)化隧道初支材料，加強(qiáng)工序控制，提高襯砌施工質(zhì)量；將隧道穿過淺埋破碎帶施工技術(shù)應(yīng)用于項目后，隧道在穿過淺埋破碎帶時，隧道洞身圍巖變形收斂，整體穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。本文研究提出的隧道穿過淺埋破碎帶施工技術(shù)思路具有普遍性，可為類似項目施工提供有意義的參考。