小凈距隧道在軟弱圍巖段施工探究

唐建強

與分離式路基方案相比,小凈距隧道具有占用土地少、環境污染小、植被保護好、減少路線長度、節約總投資、優化線型等優點,因此目前道路建設中小凈距隧道方案出現也逐漸增多,但由于它近些年才發展起來,結構形式有別于連拱隧道和分離式隧道,其相關應用技術,尤其是在各種復雜地質條件下施工方法還處于研究發展階段,學術研究尚不夠深入,所以作為從事地下工程建設的工作者,我們必須要掌握這方面的知識。

1 工程概況

某隧道為濟南—廣州高速公路重要工程,地處大別山腹地,山區地形起伏劇烈,所經區域屬淮河水系。隧址地貌屬褶斷侵蝕低山,海拔200.8 m～330.4 m,相對高差約130 m,山頂渾圓,山勢較緩,地表植被發育;進口段地形坡角25°～35°,出口段地形坡角20°～30°;山脊走向北北西,隧道軸線與山脊近正交,穿過山脊高程最大為310 m。隧道穿越F3斷層,斷層破碎帶內節理裂隙明顯,進出洞口沖溝較發育,地下水集中,圍巖穩定性極差,出口端邊仰坡坡面垂直度較大,山體左側偏壓。

隧道為左右分離式小凈距單向行車隧道,凈距小(左右線凈距最小僅為8 m),地質條件差,施工難度較大。

2 施工方法

該小凈距隧道洞口Ⅴ級圍巖偏壓段采用以注漿中管棚為超前支護,初期支護以錨網噴為主,輔以鋼拱架。Ⅴ級圍巖加強段采用以注漿小導管、超前錨桿為超前支護,初期支護以錨網噴支護為主,輔以鋼拱架。左洞開挖斷面超前右洞開挖斷面應控制在35 m～45 m,施工必須遵循“弱爆破、少擾動、短開挖、快支護”的原則,以降低洞室經多次爆破開挖產生的應力重新分布現象,減少對已支護好的洞室造成破壞,保證洞室結構安全。

Ⅴ級,Ⅳ級圍巖段采用側壁導坑法開挖時,兩側導坑采用上下臺階法開挖,人工配合機械開挖或弱爆破開挖,先行側導坑開挖施作錨桿后,對錨桿進行初次張拉,后行洞開挖暴露錨桿端部后對錨桿施加預拉力至設計值,并對先行洞錨桿補張拉至設計值(設計90 kN),對拉錨桿的施作一定要強調及時性,正常情況下當先行洞開挖后應立即施作。側壁臨時支護拆除在正洞下臺階完成后,二次襯砌開始前進行,臨時支撐拆除后,及時進行仰拱回填和拱墻二次襯砌;Ⅲ級圍巖段采用超前導坑預留光爆層的開挖方法,上半段超前5 m～10 m,兩洞室內側均應采用光面爆破,兩洞室二襯與正洞下臺階開挖面距離不小于35 m～40 m。開挖過程中加強爆破震動量測,并根據量測結果,嚴格控制單段炮眼裝藥量,把振速控制在一定范圍,保證左右洞開挖穩定及安全。

3 監控量測

該隧道按新奧法設計、施工,采用復合式襯砌,監控量測是一項重要的管理工作,也是施工的核心技術之一。

3.1 量測目的

1)監視圍巖應力和變形情況,掌握圍巖和支護系統的力學動態,驗證支護襯砌的設計效果,保證圍巖穩定和施工安全。2)對量測數據分析處理,進行信息反饋,對已開挖、支護段的力學狀態進行評價,對有險情段及病害部位采取必要的補救措施,對下步施工參數進行合理調整,確保信息化手段施工。3)積累量測數據資料,為以后的設計、施工提供類比依據,確保施工安全,節約工程投資。

3.2 數據應用

1)根據現場量測數據及時繪制位移變形曲線,然后進行數據處理或回歸分析,以推算最終圍巖變化規律。當曲線出現反彎點時,表明圍巖和支護處于不穩定狀態,必須停止開挖,對危險地段加強支護,密切監視圍巖動態,確保已開挖段的安全。2)通過量測數據的分析處理,提供判別圍巖和支護系統基本穩定的依據,掌握圍巖穩定性變化規律,提出修改支護、襯砌設計參數和施工方法,確保中間巖柱的穩定及確定二次襯砌和仰拱的施作時間。

4 技術探討

通過本工程的施工實踐,探討幾點技術問題,以供參考。

4.1 施工方案選擇

1)單洞施工:側導坑、主洞上下臺階法,單洞開挖支護及二襯完成后,再行施工另一洞室,此方案進度較慢,質量容易控制,工期得不到保障,對拉錨桿在一側圍巖穩定后才施作,起不到應有作用,二次爆破對中間巖柱及另一側洞室初期支護造成破壞,后面開挖必須采用控制爆破技術。2)雙洞同時施工:先行洞超前35 m～40 m;兩側導坑、主洞上下臺階法,開挖支護超前,仰拱及時封閉,二襯拉開一定距離后緊跟施作,此方案極大提高進度,預應力對拉錨桿及時施作,能有效加固中間巖柱的穩定,也避免洞室多次應力重分布問題,但對拉錨桿受空間限制,不易施作,容易忽視工程質量及施工安全。3)單雙洞交替進行:兩側導坑同時施工,施作對拉錨桿,在完成一側正洞襯砌后,再用臺階法施工另一側正洞,此方案基本可以滿足進度要求,可以降低機械設備成本投入,合理使用資源,保證工程質量。

4.2 洞口施工

該隧道為小凈距隧道,施工工藝比較復雜,且洞口段軟弱破碎,圍巖穩定性極差,設計中要求盡量避免人為因素導致山體病害的產生,采用早進洞、晚出洞的原則,減少深挖路段,保護自然坡體;洞口邊仰坡開挖嚴禁放大炮,并作永久防護;邊仰坡坡率視實際開挖穩定情況進行調整,做好邊仰坡防護,確保其穩定;在施工過程中采用了人工配合機械刷坡處理,但洞口開挖中還是發現較大裂縫,經現場研究設計變更增加了大管棚超前支護措施。通過監控量測觀測數據分析及后期施工過程中發現初期支護及二次襯砌均出現不同程度的開裂,隨即上報經研究變更對洞口、洞臉采用小導管注漿(邊仰坡、地基)加固處理,確保了洞口的穩定及結構安全。

4.3 中間巖柱加固

小凈距隧道受相鄰兩隧道凈距影響,施工過程中應力會發生多次變化,荷載主要作用在中間巖柱,施工中必須保證中間巖柱不產生較大沉降,受力盡量均勻,因此必須對中間巖柱進行加固處理。該隧道采用φ 25中空有壓注漿對拉錨桿加固中間巖柱,通過施加預應力和壓力注漿使未膠結的圍巖形成整體和一定厚度的承載圈以提高自身承載能力。在先行洞側導坑開挖后應及時施作預應力水平對拉錨桿,進行初次張拉,在后行洞開挖后再對預應力水平對拉錨桿再次張拉至設計值。為避免初期支護拱腳下沉,支撐鋼拱架設置鎖腳錨桿,開挖時應少擾動巖體,嚴禁大強度爆破,嚴格控制超欠挖,鋼筋網與鋼支撐緊貼圍巖表面,保證初期支護及時可靠。

5 結語

在實踐中,不斷總結經驗,用科學系統的方法從設計與施工兩方面對技術方案進行研究,采用合理的施工對策,才能取得理想的效果。

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