淺談軟弱圍巖環境下隧道開挖施工技術

劉燕平

（六枝工礦集團六十五工程建設有限公司，貴州 六盤水市 553400）

公路是國民經濟的重要命脈，由于其特有的靈活性和優越性，發揮著其他運輸方式不可替代的作用。公路隧道是公路工程結構的重要組成部分之一，在隧道施工中遇到軟弱圍巖體,常導致軟弱圍巖大變形、塌方等相關地質災害。合理的開挖施工技術是軟弱圍巖隧道處治中一個不可避免的關鍵技術問題。本文結合某實體工程,對軟弱圍巖隧道開挖施工技術進行研究,以為同類工程施工提供參考。

一、工程概況

某隧道為單向公路隧道。隧道地層主要以石英云母片巖夾炭質片巖為主,具有薄層狀夾中厚層,節理裂隙較發育,片理面光滑,巖質軟,層間結合差,易剝落掉塊,局部夾有破碎夾層等狀態。在實際開挖施工過程中隧道地質情況多變,圍巖破碎,以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主,多為碳質片巖,松散、破碎、且左右側巖質不均,遇水成泥,易塌方,巖體扭曲、揉皺現象明顯,節理發育,巖體節理面光滑亮澤,往往夾雜有石英巖脈侵入體,并伴有地下水滲流,結構面之間結合差,易分離剝落。隧道圍巖大變形破壞都發生在炭質片巖地段,該段隧道最大埋深850m,隧道寬12.56m,高8.48m。

二、開挖施工方法

為解決該軟弱圍巖炭質片巖段的施工難題,確保工程質量、工期和施工安全,經多次論證,最后采用三臺階七步平行流水作業開挖法施工。三臺階七步開挖法就是在隧道開挖過程中,在三個臺階上分七個開挖面,以前后七個不同的位置相互錯開分步平行開挖,分步平行施作拱墻初期支護,仰拱超前施作及時閉合成環,形成支護體系,逐步進尺的作業方法。在碳質片巖破碎、圍巖自穩能力弱的地段,先采用超前小導管預注漿固結、止水等輔助措施,上部弧形導坑法短開挖施作拱部初期支護,再左右錯位開挖及施作邊墻初期支護,仰拱緊跟下臺階及時施作,盡早閉合成環形成支護體系受力。三臺階七步開挖法的初期支護由噴射混凝土、錨桿(管)、鋼筋網和鋼架等組成,各部分聯合受力。初期支護應在開挖后立即施作,以保護圍巖的自然承載力,其施工工藝流程:開挖→清理巖面→初噴混凝土封閉巖面→施作系統錨桿,掛鋼筋網→安裝鋼架→復噴混凝土至設計厚度→量測數據分析、反饋。

1．施工步驟

該方法施工主要步驟為首先進行上部弧形導坑環向開挖,施做拱部初期支護;再進行中、下臺階左右錯開開挖,施做墻部初期支護;最后進行中心預留核心土開挖、隧底開挖,施做隧底初期支護。每步開挖后均應及時支護。其具體七步如下:第一步為上部弧形導坑開挖。在拱部超前支護后進行,環向開挖上部弧形導坑,預留核心土,核心土長度宜為3～5m,寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環進尺應根據初期支護鋼架間距確定,最大不得超過1.5m,開挖后立即初噴3～5cm砼。上臺階長度控制在3.0～5.0m,高度為2.6m，跨度為4.58m，滿足矢跨比H/L>0.3;開挖后應及時進行噴、錨、網系統支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。第二、三步為左右側中臺階開挖。開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左右側臺階錯開1.5～2.5m，開挖后立即初噴3～5cm砼，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。第四、五步為左右側下臺階開挖。開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左右側臺階錯開1.5～2.5m，開挖后立即初噴3～5cm砼，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。第六步為上中下臺階預留核心土。各臺階分別開挖預留的核心土，開挖進尺與各臺階循環進尺相一致。第七步為隧底開挖。每循環開挖進尺長度宜為2～3m開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧底開挖、支護。最后，施工中應注意完善洞內臨時防排水系統，嚴禁積水浸泡拱、墻腳及在施工現場漫流，防止基底承載力降低。當地層含水量大時，上臺階開挖工作面附近開挖橫向水溝，將水引至隧道中部或兩側排水溝排出洞外。

2．施工監測

施工中加強監控量測工作，根據量測結果，按照“石變我變”的思路，及時調整支護參數，進行信息化施工管理。軟弱圍巖炭質片巖段監控量測每3m設一觀測斷面，大變形段每2m設置一觀測斷面，量測斷面布置見圖1，測量頻率為每天測量1次，典型斷面周邊收斂結果見圖2。從圖2可知，該開挖施工方法能有效控制圍巖穩定，支護參數合理。

圖1 測點布置形式

圖2 水平位移收斂和拱頂下沉量測結果

結語

開挖方法是軟弱圍巖隧道施工中的關鍵技術，合理的開挖方法可避免出現大塌方，造成不必要的損失。該隧道軟弱圍段采用三臺階七步開挖法，順利地完成了該軟弱圍巖隧道開挖施工，施工過程中未發生一起塌方事故，表明采用的施工開挖處治技術是成功的，能有效控制圍巖穩定，可供同類隧道工程施工參考。

[1]朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩定與支護技術[M].北京:科學出版社，2005.

[2]卿三惠，黃潤秋.烏鞘嶺特長隧道軟弱圍巖大變形特性研究 [J].現代隧道技術，2005，42(2):7-14.

[3]王世斌，李兵，張學民等.軟弱地層三臺階七步開挖隧道施工圍巖與地表變形現場測試[J].地下空間與工程學報，2008，4