復雜地質條件下隧道開挖施工質量控制

趙曉青

河南省濟源市交通局勘察設計室，河南 濟源 454650

1 工程概況

某高速公路隧道：左線隧道長360m，右線隧道長310m。項目區處于中朝準地臺的山西隆起區的南緣，地質構造特點是各時代以高角度正斷層為主，其它為元古代短軸褶皺中生帶的平緩開闊褶皺構造，沿線出露的地層主要為第四系全新統沖洪積層和上更新統風積層等。區域內主要不良地質為濕陷性黃土、水流沖刷不良地質情況。

2 方案設計

2.1 鉆爆設計

根據開挖方法分別采用半斷面及全斷面兩種爆破方式，采用非電毫秒雷管爆破網路。對Ⅴ級和Ⅳ級圍巖采用半斷面臺階方式爆破，為減輕爆破對圍巖的擾動，開挖斷面采用多段位非電雷管進行網路設計。

2.2 炮孔布置

炮孔布置可根據開挖方式進行布孔，擬采用直眼掏槽環狀布置。

2.3 鉆爆參數的選擇

通過爆破試驗確定爆破參數，試驗時參照規范《光面爆破參數表》。

2.4 裝藥結構及堵塞方式

裝藥前，須先清孔并對炮孔的參數進行檢查驗收。符合設計后，按設計仔細進行裝藥和堵塞，避免錯裝雷管段位和損壞光爆孔的裝藥結構。周邊孔眼采用不偶合裝藥，周邊眼藥串預先在加工房按設計全部加工成型備用。

2.5 鉆爆作業

鉆爆作業必須按照鉆爆設計圖進行。當開挖條件出現變化時，爆破技術隨圍巖條件變化而作相應改變。

鉆眼前繪出開挖斷面中線、水平和斷面輪廓，并根據爆破設計圖，用紅油漆將炮孔布置在齊頭面上；鉆孔滿足精度要做到“準、平、直、齊”四要素，并滿足以下要求：

掏槽孔開孔定位誤差不大于±3cm；其余各孔不大于±5cm。

鉆孔方向（不平行）誤差：掏槽孔不大于±3cm/m，其余各孔不大于±5cm/m。

各炮孔底部應盡量在同一平面內，參差誤差不大于炮孔深度的5%。

鉆眼完畢，按炮眼布置圖進行檢查并做好記錄，有不符合要求的炮眼重鉆，經檢查合格后裝藥爆破。

3 Ⅴ級圍巖開挖

Ⅴ級圍巖采用采用三部臺階法進行施工。拱部預留核心土，周邊采用風鎬開挖，核心土及中槽運用挖掘機開挖。 開挖進尺確定為l榀型鋼鋼架的間距，即0.75m，邊墻按鋼架的兩個單元分兩個臺階施工，上下臺階相距2m，左右邊墻錯開2m。

4 Ⅳ級圍巖開挖

4.1 施工方法

Ⅳ級圍巖采用短臺階法分部開挖，臺階長度10m～15m。

施工順序：

1）開挖上半斷面；

2）施作上半斷面初期支護；

3）開挖下半斷面（左右交錯開挖）；

4）邊墻初期支護；

5）防水層施工，二次襯砌的澆注；

6）仰拱開挖、支護、襯砌。

4.2 鉆爆作業

采用鉆爆作業臺架，人工手持風鉆鉆眼，爆破設計采用低震速控制爆破技術，周邊采用光面或預裂爆破。

上半斷面每個洞口安排6臺YT28風鉆鉆眼，下半斷面安排8臺YT28風鉆鉆眼，上下斷面放炮時間應錯開。Ⅳ級圍巖每循環進尺1.5m～2.0m，下半斷面進尺取3.0m左右。

4.3 施工注意事項

1）洞身Ⅳ級圍巖地段采用短臺階法施工，臺階長度應嚴格控制在10m～15 m范圍內；

2）在上部斷面初期支護基本穩定后，才能進行下半斷面的開挖；

3）仰拱開挖前，架設臨時橫撐頂緊兩側拱腳，防止邊墻內擠，待仰拱砼強度達到70%才能拆除；

4）量測工作必須及時，隨時觀察拱頂、拱腳和邊墻中部的位移值，當發現速率增大時，應立即澆筑二次襯砌，或先行構件支頂；

5）當圍巖壓力極大，地質圍巖與設計有出入時，應報監理工程師提出變更設計。

5 噴射砼施工

1）明洞邊仰坡臨時防護采用C20噴射砼，暗洞采用C25噴射砼；

2）C25噴射砼滿足以下要求：水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，粗骨料粒徑在5mm～10mm以內按連續級配法選定配合比，水泥：砂石按設計選定，含砂率55%。施工前先試驗確定出最佳施工配合比。

5.3 噴射砼采用TK961噴漿機進行噴射砼作業

1）噴射作業應分段、分部、分塊，按先墻后拱、自下而上地進行噴射；

2）噴射混凝土前，埋設標志或利用錨桿外露長度以控制噴射混凝土的厚度；

3）后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行，若終凝后間隔1h以上再次噴射時，受噴面應用風、水清冼；

4）噴嘴應與受噴面保持垂直，同時與受噴面保持一定的距離，一般取0.8m～1.0m左右；

5）施工中經常檢查出料彎頭、輸料管和管路接頭，處理故障時斷電、停風，發現堵管時立即關機停風；6）新噴射的混凝土按規定灑水養護。

6 錨桿施工

本隧道洞內Ⅴ級圍巖均采用φ25先錨后灌式注漿1.0m×0.75m，長3.5m錨桿，Ⅳ級圍巖均采用φ25先錨后灌式注漿1.0m×1.0m，長3.0m錨桿，Ⅴ、Ⅳ級圍巖地段錨桿孔均采用手工手持YT28風鉆鉆眼；Ⅳ級圍巖錨桿孔均采用臺車鉆眼。注漿錨桿采用注漿泵注漿。

6.1 施工方法

施工順序：測量放線→鉆孔→清孔→插入錨桿→安裝止漿塞、墊板、螺母→漿液制備→注漿

采用多功能作業臺車手持風鉆鉆孔，注漿泵注漿。

6.2 施工技術措施

按設計要求，在初噴面上準確畫出須設的錨桿孔位。

1）鉆孔：采用YTMZ25錨桿鉆鉆孔；

2）插入錨桿：插入前必須先用高壓風清孔，錨桿必須裝好錨頭，邊旋轉邊將錨桿送入眼孔，然后安裝止漿塞、墊板、螺母；

3）注漿：注漿壓力控制在0.5MPa～1.0MPa，終壓控制在2MPa～2.5MPa，排除孔內氣體，確保孔內漿液飽滿；

4）錨桿規格、長度、直徑符合設計要求，錨桿桿體除銹除油；

5）錨桿布置形式符合設計要求，按要求定出錨桿位置，錨桿間距允許誤差±150mm。錨桿與巖面垂直。

7 隧道開挖和襯砌施工技術保證措施

1）隧道開挖和襯砌施工方案及施工方法和措施詳見前節相關內容。

2）隧道軟弱破碎圍巖段施工：

（1）施工原則：早預報、先治水、管超前、短進尺、弱爆破、強支護、緊封閉、勤量測、步步為營，以防為主，穩步前進；

（2）加強超前預報工作，開挖前切實掌握軟弱破碎帶段圍巖的情況，包括寬度、填充物及地下水等地質特性，以便采取相應措施；

（3）施工方法：針對軟弱圍巖可能發生大變形，采用增大預留變形量和噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和可縮性的U型鋼拱架復合式襯砌手段，采用分部開挖方法，初期支護及時封閉，噴射混凝土分2～3次施工，加強監控量測，利用反饋信息指導施工；

（4）通過軟弱破碎帶段富水段時，先治水，采用排堵結合等治理措施。開挖過程中配備有經驗的地質工程師24小時輪流值班，及時監控地質變化情況，指導現場施工；

（5）加強監控量測，當初期支護變形異常且無收斂趨勢時，調整支護參數，必要時施做二次襯砌。在二次襯砌中，采取增設鋼筋和提高混凝土強度等措施。

8 結論

通過對某高速公路隧道施工中的各項工程控制措施進行理論和實踐上的初步探討，總結隧道工程施工中在施工方案、施工工藝、質量控制方法、保障措施等的成功的經驗，為以后的施工實踐提供了有益的借鑒。目前該隧道已經安全貫通，各項指標均達到了優良。