老何家隧道特殊地段施工技術

龍文斌

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008)

1 工程概況

老何家隧道工程位于貴州省六盤水市水城縣長流鄉(xiāng)文筆村境內(nèi)，為路線穿越北西走向山體而建設。擬建隧道進出口附近均無公路通過，僅有簡易鄉(xiāng)村路，交通條件差，隧道建設時需修建便道。隧道左線起訖樁號為ZK108+233～ZK111+270，長3 037 m；右線起訖樁號為YK108+233～YK111+221，長2 988 m。為分離式隧道。隧道左線位于A=520、R=1 500、A=520、R=1 500圓曲線上；右線進口位于R=4 000、R=1 500、A520、R=1 500圓曲線上。隧道采用單向坡，左線縱坡依次為-2%/2 426.344、-0.6%/2 215.684，右線縱坡依次為-2%/2 254.729、-1.1%/1 767.220。

2 隧道施工的常見問題

1)穩(wěn)定性問題。隧道施工中易發(fā)生局部乃至整體失穩(wěn)的情況，并且失穩(wěn)的覆蓋范圍較廣，體現(xiàn)在爆破不穩(wěn)定、隧址區(qū)圍巖不穩(wěn)定、加固結構不穩(wěn)定等方面，而某部分的不穩(wěn)定性均會作用于隧道工程整體，不利于建設進程的順利推進[1]。可見，以有效的方法規(guī)避失穩(wěn)、處理穩(wěn)定問題至關重要。

2)隧址區(qū)巖體的問題。隧道開挖具有擾動作用，易誘發(fā)巖土坍塌、掉落現(xiàn)象，產(chǎn)生穩(wěn)定性不足的巖體斷層，此類斷層的規(guī)模較大時將明顯制約正常施工。針對特殊地段所顯現(xiàn)出的巖體問題，必須從技術可行性、施工安全性等角度出發(fā)合理選擇，維持巖體的原始結構狀態(tài)，規(guī)避巖體問題對隧道造成的危害[2]。

3 斷層破碎帶施工

由于斷層破碎帶地質條件差，圍巖級別一般為V、VI級且通常地下水較豐富，施工中應施作超前鉆孔探測前方地質及地下水情況。根據(jù)地質超前預報成果，首先采用超前小導管注漿、超前帷幕注漿作為施工輔助描施對斷層破碎帶或接觸帶圍巖進行堵水和加固。如發(fā)現(xiàn)承壓性地下水，應采用全斷面超帷前幕注漿堵水方案，并在開挖后沿洞周設置一定數(shù)量的泄水孔。斷層破碎帶或接觸帶地段采用預留核心土的上下臺階分部開挖法施工；其中土質地段以機械開挖為主，并輔以微量的弱爆破進行開挖：巖石地段的上臺階采用控制爆破技術開挖。開挖遵循“短進尺、弱爆破”的原則，二次襯砌與仰拱施做應緊跟開挖面進行。

1)考慮到隧道破碎帶地質條件的特殊性，施工遵循“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”等基本原則，以安全為前提，有序開展建設工作。適配水平鉆機、地質預報儀、地質雷達等，以此為硬件支撐；綜合應用地質法、聲波法、地球物理法，以此為軟件支撐。通過軟硬件的共同應用做好地質超前預報工作，根據(jù)探測的前方地質狀況靈活采取應對措施，提升施工的主動性，例如施作封閉襯砌、修筑排水設施。

2)斷層破碎帶的防水施工要點有：地下水的來源形式主要為地表水補給時，重點從源頭上截流，即在地表設置截排水系統(tǒng)；在處理斷層承壓水時，沿巷道方向鉆鑿深度超4 m的超前鉆孔，用于探明地下水的具體狀況，鉆孔數(shù)量至少為2個；緊密結合工程施工進度，隨工作面的向前推進，適時修筑合適尺寸的排水溝；反坡施工時，一方面配備高性能的機械設備用于快速抽水，另一方面修筑積水坑；部分地層的強度偏低或偏松散、偏脆弱，遇地下水時更易坍塌，出于安全考慮，宜采取先支護后開挖、邊挖邊封閉的方法。

3)斷層帶施工期間，防排水是基礎工作，需要優(yōu)先落實到位，為其他工序的作業(yè)創(chuàng)設良好的條件。合理協(xié)調(diào)工序，盡快封閉全斷面，縮短圍巖開挖后的暴露時間，以免在外部環(huán)境影響下失穩(wěn)。開挖前展開設計與分析，確定炮眼數(shù)量、深度、裝藥量，在保證爆破效果的同時減小對周邊的破壞性影響。遇兩側軟硬不均的地質條件時宜采用偏槽法開挖。

4)斷層破碎帶施工采用中隔壁法，必要時加以調(diào)整，即應用雙側壁導坑法。下臺階施工時，為保證結構的穩(wěn)定和現(xiàn)場安全，采用左、右錯進的方法，有秩序地推進施工進程。

5)開挖后安排混凝土噴射施工，采用此方法有效封閉巖面，起到防護的作用；而后聯(lián)合應用鋼架支撐、錨、網(wǎng)、噴多重方法構成聯(lián)合支護體系。

4 隧道軟巖地段的施工技術

在軟巖地段施工時，適當進行應力釋放，待該值被調(diào)控到特定的區(qū)間后施作初期支護裝置，即綜合采用預支護、噴錨網(wǎng)、鋼架、鋼筋混凝土，通過多類結構的應用共同維持結構的穩(wěn)定性[3]，此外需保證圍巖不侵入凈空。

針對軟巖地段易變形的特點，采取如下應對措施。

1)合理規(guī)劃，分部開挖、隨即支護及封閉，避免開挖面長期暴露于外界。

2)圍巖噴射施工以分層的方法有序完成，此舉在保證噴層結構完整性的同時，還有利于增強支護結構的柔性。

3)塑性圍巖區(qū)施工期間設置合適尺寸的加長錨桿，起到加固的作用。

4)較之于正常段，軟巖地段的位移量較大，考慮到此特點，適當增加預留變形量，以免因變形過大而引發(fā)侵限問題。

5)合理施作二次襯砌，例如選擇標號相對較高的混凝土，加大襯砌結構的厚度。為有效控制初期支護的變形量，在條件允許時盡快設置二次模筑襯砌，此結構與初期支護共同作用，承受圍巖壓力，以防因受力效果差而誘發(fā)變形、失穩(wěn)坍塌等問題。

6)在掌子面設置小導管，依托于此方法達到應力釋放的效果，還可在此基礎上壓注水泥漿，隨著漿液的固結加固掌子面。

5 隧道洞口及淺埋段的施工技術

地質勘察結果顯示，隧道進出口及淺埋段的地質條件特殊，具體體現(xiàn)在巖體完整性差、強度不足等方面，若盲目施工將明顯加大隱患。對此，根據(jù)特殊地段的地質條件選擇相適應的開挖方法，設置足夠強度和剛度的初期支護，利用此結構控制土體的變形量；此外，根據(jù)施工進度及時施作二次襯砌和仰拱，聯(lián)合應用，共同組成完整、封閉的結構[4]。部分地段呈破碎狀，以注漿的方法加固，使原本相對松散的圍巖轉變?yōu)橥暾麪顟B(tài)。施工期間加強監(jiān)控量測，以實測數(shù)據(jù)為指導，動態(tài)優(yōu)化施工方法。

5.1 主要施工內(nèi)容

淺埋隧道施工時，非必要不刷坡，分部開挖，以循序漸進的方法完成開挖作業(yè)。主要的施工內(nèi)容為如下。

1)洞口段加固：洞內(nèi)管棚注漿和小導管注漿兩種方法相結合，其中管棚的規(guī)格為φ108 mm×6 mm,打設施工中將單次打入長度控制在10～40 m，具體視現(xiàn)場實際地質條件而定，確保打設到位的管棚均具有足夠的穩(wěn)定性；聯(lián)合應用注漿方法，在漿液固結作用下提升加固效果。

2)洞身超前支護：基礎裝置為I20b型鋼鋼架支撐，按照縱向2.0～2.5 m的間距依次打設超前小導管，并安排注漿，有效加固洞身。

3)短開挖：開挖施工采取的是預留核心土臺階法，嚴格控制開挖進尺，以1.0 m以內(nèi)較為合適。

4)加強初期支護：支護體系集多類結構于一體，包含鋼拱架、注漿錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土，部分區(qū)段地質條件偏薄弱時額外增設I18工字鋼，增強該處圍巖的穩(wěn)定性，以防坍塌。

5)掌子面加固：施工方法為噴射混凝土和注漿。

6)快襯砌，早成環(huán)：在設置初期支護結構的基礎上，根據(jù)工程進度適時安排二次襯砌施工，及時發(fā)揮出二襯的支護作用，以免因支護的時間滯后而影響整體加固效果。

5.2 關鍵施工技術

1)切實保證初期支護結構的穩(wěn)定性，聯(lián)合應用噴射混凝土、格柵鋼架等方法。以噴射混凝土為例，采取的是分兩次逐步施工的方法，首先噴射厚度為10～20 cm，再繼續(xù)噴射10 cm，直至成型結構的厚度達到要求為止。由于噴層變形后易侵入二次支護凈空，在許可范圍內(nèi)適當加大預留變形量。

2)開挖的破壞性較強，若缺乏有效的防控措施，極易導致周邊無關的結構以及圍巖受損。開挖時，按照“短進尺、弱爆破”的思路施工，控制好炮孔參數(shù)以及裝藥量，在不影響爆破開挖效果的前提下適當減小對巖體的擾動性影響，使圍巖在開挖后具有足夠的穩(wěn)定性。及時施作支護，為了保證支護效果，時間盡可能安排在圍巖剝落松弛前，進而給后續(xù)施工創(chuàng)設良好的條件。開挖施工需具有靈活性，根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇相適應的方法，例如限定進尺、弱爆破，由此保證開挖效果。

3)加強監(jiān)控量測，用實測數(shù)據(jù)指導施工，保證開挖方法、支護方法的合理性。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示某處存在異常時，深入分析原因，采取針對性的處理措施。

6 可能產(chǎn)生突水、突泥地段施工

由于隧道埋深較大，受斷層破碎帶等地下富水帶影響，在隧道施工時局部地段可能產(chǎn)生涌水現(xiàn)象。針對該種情況，本次施工圖設計中考慮了幾種預案與應對措施。

1)施工階段應加強超前地質預報。由于本隧道工程地質及水文地質情況較為復雜，隧道施工階段應堅持全程進行超前地質預報，情況未探明前不得貿(mào)然向前開挖施工。

2)對于已探明的含水體(段)，若水量較大、水壓較高，可采用全斷面(帷幕)注漿方式加固掌子面前方軟弱圍巖和封堵隱伏含水體，然后采用分步開挖方式掘進。

3)對于已探明的小型含水體(段)，經(jīng)評估后可考慮采用局部鉆孔泄水的疏排、降壓方式。

4)承壓性富水地段施工時，不管是超前鉆孔還是系統(tǒng)錨桿及超前錨桿等均應采取可靠的孔口防突裝置，以避免鉆孔安裝時鉆桿或高壓水柱突出傷人。

5)對于承壓性富水地段，在采取上述輔助施工措施的基礎上，可根據(jù)不同情況分別采用全封閉式襯砌結構或半封閉式襯砌結構，以應對襯砌周邊的靜水壓力，保證結構安全可靠。

7 結束語

隧道施工難度大、質量要求高，遇特殊地段時更是如此。本文著重圍繞特殊地段的施工技術、具體優(yōu)化措施等方面展開了分析，提出一些工作要點，希望給類似工程提供參考。

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