袁玲

（貴州橋梁建設集團有限責任公司 貴州貴陽 550000）

淺析軟弱圍巖公路隧道施工方法

袁玲

（貴州橋梁建設集團有限責任公司 貴州貴陽 550000）

本文結合具體的工程實例對軟弱圍巖公路隧道施工方法進行分析，并對超前小導管灌注施工、微臺階法、初期支護、底部仰拱、襯砌、監測等方面做出研究，希望能為相關工作提供借鑒。

公路隧道；軟弱圍巖；支護；襯砌

1 引言

隧道對于公路建設而言是重中之重，不僅因為隧道可以大幅縮短公路的距離，還因為其施工難度很高，所以必須對其施工予以關注。軟弱圍巖大變形段的存在給隧道施工造成了很大的負面影響，尤其是施工安全和施工質量這兩個方面，更是遭受到嚴峻的考驗。因此，必須加強對大變形段注漿加固的研究分析，找準加固半徑和注漿時間，確保加固效果最好。

2 工程概況

本次研究以某段高速公路隧道工程為例，此段隧道穿過山體自然沖溝范圍，處于嚴重淺埋、偏壓段，最小埋深只有0.8m，巖石類型主要為片巖、泥灰巖、頁巖等，并且存在很多裂縫，風化非常嚴重，再加上地下水較為發育，導致隧道圍巖的穩定性非常差，如果不及時采取有效的措施進行固定，特別容易出現掉塊、坍塌等問題，因此在施工的過程中存在極大的風險，對施工技術的要求較高。

3 軟弱圍巖的變形與控制措施

3.1 圍巖的變形

以空間為依據可將圍巖變形情況劃分成三大部分：①掌子面在隧道前方發生水平位移，出現水平鼓起現象；②掌子面前部發生圍巖下沉，隧道淺埋地段地表下沉，出現沉降槽；③隧道剛被開挖，其洞壁就發生收斂變形現象，出現邊墻向內移動，拱頂下沉。上述三種情形通常是在同一時間發生的，由于軟弱圍巖質地松散、軟弱，自穩能力極差，開挖后極易出現變形坍塌，致使洞壁臨空，這時就需要重新調整圍巖應力。開挖隧道時，若圍巖與洞壁在凈空方向處發生變形，且未能進行即刻的支護，或支護不到位，支護結構不穩固，不能抵擋其變形力時，就會破壞圍巖支護結構，引起坍塌。軟弱圍巖通常需要鋼筋網噴混凝土進行處理，以提高其粘附性及抗剪強度。隧道施工過程中若遇到弱圍巖淺埋、偏壓軟弱圍巖淺埋地段則通常難以在拱部正常形成拱形，軟弱圍巖偏壓地段隧道支護結構承載的荷載存在較為明顯的差異性，施工過程中極易導致初期支護縱向開裂、錯臺等現象發生，嚴重時甚至會引起塌方。支護結構尚未封閉前，應合理的對支護結構的下沉情況進行控制。總之，隧道施工中，軟弱圍巖變形特點主要為：變形量大、速度快、時間長、擾動范圍大等。

3.2 控制圍巖變形措施

在施工中一定要在地質資料詳實的基礎上科學分析并加上超前預報，才有可能避免事件發生。在軟弱圍巖中，支護結構和圍巖共同構成了承載的支護體系，而控制圍巖發生形變的關鍵就在于對支護體系的利用。在隧道施工過程中應重視前方封堵及后方加固，以對塌方區域進行合圍，從而有效的避免塌方惡化，提高施工安全性。開挖創造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護變形，隧道開挖后應及時進行初期支護，包括噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等，從而有效的對圍巖變形情況進行控制。另外施工過程中還應盡量減少開挖的斷面及跨度，以有效的對圍巖及支護變形情況進行控制，避免塌方。另外，對于軟弱圍巖地段應保證掌子面有足夠的穩定性，可通過對拱頂超前支護、穩定拱腳的鎖腳錨管等進行維護的方式提高其穩定性。在對支護結構進行設計時應確保其可更好的進行支護結構封閉，且應有利于整體穩定的封閉環狀結構形成，進而盡可能減小支護自身變形。此外，還可利用超前支護方式，這種支護方式主要利用超前小導管，在隧道施工中，支護前方圍巖，加固周邊地層，利用雙層小導管加固松散地段，進而有效擴大加固圈范圍。

4 公路隧道軟弱圍巖的施工方法

4.1 超前小導管灌注施工

由于公路隧道圍巖結構不穩定，形變速度快，壓力大、自穩周期短暫，在施工時或施工后容易造成坍塌等事故。根據隧道工程的實際情況，決定使用超前小導管等方式對圍巖進行灌漿加固。本工程選用長度為3m、外徑保持在42mm的導管進行支護，導管設置間距為0.4m，環形套管中共含有37支導管，每隔1.5m設置一環，縱向連接長度不得低于1m，外插角度保持在10～15°之內，導管末端直接焊接在鋼筋架上。漿液使用水泥砂漿，水泥、石灰用量相同，外摻水玻璃，摻量為5%總重。注漿孔設置完成后方可開始壓漿，漿液受壓可迅速進入巖體，使其破碎結構充分黏結，以形成高強抗滲的整體結構[1]。

4.2 微臺階法

公路隧道開挖施工運用微臺階法，整個斷面按3層進行開挖，上層臺階的長度為4～5m，高度為4.8m，如圖1所示。每開挖兩榀即進尺1.0m；在對下層臺階進行開挖時，先挖出右側雛形，兩榀為一級分級進尺，左側稍落后，約三榀，進尺與右側相同；仰拱開挖緊跟臺階進行。開挖時，應對爆破進尺進行準確控制，將上層臺階進尺情況作為基礎指標；臺階開挖需同步推進；控制交錯距離，確保拱架有一只拱腳觸地，否則會引發掉拱事故。若隧道圍巖破碎情況嚴重，應適當縮減進尺，每次只能開挖出0.5m。

4.3 初期支護

在初期支護階段，采用的支護方式為錨噴支護方式，即將型號為I16的型鋼鋼架使用直徑為22mm鋼筋環相連接，其間距保持在50cm，鋼筋之間的距離為1m。對于系統錨桿來說，采用的鋼筋直徑為22mm，長度為350cm，按照梅花的形式布置，其間距為80cm。鋼筋網采用直徑為8mm的鋼筋組成，其間距為20cm×20cm，然后利用型號為C25的混凝土進行噴射，其厚度為24cm。另外，在隧道施工的過程中，如果發現局部圍巖出現變形的情況，為了增強支護的效果，則需要將出現變形地段靠山體一側的系統錨桿更換，變為系統導管，導管的長度為450cm，并注入水泥、水玻璃雙漿液，為了提高注漿的質量，需要將注漿的壓力控制在0.5～0.8MPa之間。

4.4 底部仰拱

早日成環是運用微臺階法的宗旨，及時對落底進行封閉成環是保證早期結構穩定可靠，避免沉降與收斂的捷徑之一。仰拱初期支護應與開挖掌子面緊緊跟隨，單次開挖長度不宜過大，完成開挖后的路段應立即設置鋼拱架，同時噴上混凝土完成封閉，如果開挖后的路段未得到上述處理，則在長時間的暴露情況下容易出現失穩、沉降或收斂。針對不存在仰拱段的路段，仰拱應低于下層臺階約15～20m，這樣主要是為出渣提供便利條件，滿足車輛活動要求即可，不宜過長。仰拱施工以前，應徹底清除拱底雜物，同時進行排水設置，將隧道中的滲透水引排到仰拱段之外，隨后方可進行澆筑施工。

4.5 襯砌

該隧道運用復合式防水襯砌。襯砌結構由C25防水混凝土澆筑而成，抗滲等級可達S8。防水設計將排水作為核心，充分結合防水與排水，遵循結構自身防水這一基本原則，強化混凝土結構自身的防水、抗滲性能，同時將伸縮縫與變形縫作為主要防范對象，通過加設防水層等方式予以輔助。一襯與二襯之間會存在一定的空隙，在此空隙中設置透水管，并在外墻側鋪設排水管。襯砌施工需要在隧道圍巖保持穩定的條件下進行，襯砌混凝土的澆筑要點為：①各量測內容變化情況趨于穩定，圍巖保持平穩；②已完成位移達到預期限度的90%左右；③襯砌周邊位移速度不超過0.10～0.20mm/d，且拱部沉降速度低于0.07～0.15mm/d，及時進行封閉成環。

5 隧道監控量測

5.1 超前地質預報

隧道開挖前需進行超前地質預測預報，隧道施工過程中加強測量監控，以實時全面掌握圍巖動態和支護工作狀態，并依據檢測結果及時調整隧道的掘進和支護方案，確保圍巖穩定和施工安全。根據不同地質條件，超前地質預報工作按照上下對照、長短結合、定性與定量相結合的辦法來確保預報的準確性。據各種探測方法的特點分長距離控制和短距離驗證預報。長距離宏觀控制預報：采用TSP202超前地質預測預報系統進行距離100～150m的預報。短距離預報：采用地質素描法，在隧道施工中全段進行，地質素描內容主要包括對開挖掌子面和洞身周邊綜合分析圍巖的巖性、結構、構造和地下水情況，分析判斷開挖面前方圍巖的工程地質、水文地質狀況，并據此提出工程措施建議和進一步預報的方案。

5.2 監控測量項目的設置

5.2.1 必測項目

拱頂沉降和周邊收斂是隧道圍巖力學形態變化最為直觀的表現，具有測量結果直觀、測試數據可靠、測量儀表長期穩定性好、抗外界干擾性強等優點，是隧道開挖過程中首選的監測項目。必測項目的測量間距一般為20～50m，但對于洞口段、淺埋地段，特別軟弱地層段等危險條件應小于20m，間距為每5～50個量測斷面。拱頂下沉測點和周邊收斂測點應布置在同一斷面上，測點布置如圖1所示。地表下沉觀測點可直觀了解隧道開挖過程中上方地表的變位情況，并防止邊坡及仰坡的坍塌。地表測點按斷面進行埋設，如圖2所示。

圖1 洞內拱頂沉降及凈空變形測點布置圖

圖2 地表測點埋設示意圖

5.2.2 選測項目

該段施工選測項目有地表下沉、圍巖內部位移、圍巖壓力、錨桿軸力及鋼支撐內力及外力的監測。

6 結束語

在公路隧道的軟弱圍巖中，由于其有沉降量大、形變不規律、穩定性差等問題，使得基于軟弱圍巖展開的隧道施工難度極大，稍有不慎就會造成坍塌等事故。為此，在施工以前必須制定細致且切實可行的方案，開挖過程中需嚴格遵循“導管超前、規范注漿、縮短進尺、加強支護、及時封閉、多次量測”等基本原則，并在施工過程中運用與實際情況相適應的方法，充分發揮出預報系統與監測單元的主要作用，進而從根本上保證隧道施工安全。

[1]張雅鯤.大斷面軟弱圍巖隧道穿越沈閻公路施工淺談[J].山西建筑，2010，36（29）：325～326.

[2]史文杰.三車道斷面公路隧道軟弱圍巖施工方法[J].山西建筑，2010，36（17）：288～289.

[3]于 洪.軟弱圍巖公路隧道開挖施工技術的研究與應用[J].低碳世界，2014（6）：267～269.

U452.1+2

A

1004-7344（2016）13-0136-02

2016-4-20