高原高寒地區軟弱圍巖隧道施工探討

王傳虎

中鐵十五局集團第四工程有限公司 河南 鄭州 450000

正文：

如今，高原地區的隧道工程數量越來越多，這些隧道不僅氣候條件極端，而且圍巖大多為軟弱圍巖，這就對施工，尤其是圍巖支護提出了很高的要求，必須對此引起重視，采取有效的支護措施。

1 工程概況

省道217線石馬公路改建工程Sm4標段海子山隧道長1397m始止里程為k189+803～k191+200，海子山隧道隸屬德格縣窩公鄉管轄，隧道軸向近NW向展布。隧址區為構造剝蝕中高山地貌，最高點為海子山海拔4634m，呈梁狀，呈EW向展布，為兩側溝道發源山脊，區內最低點為隧道進口外側的丹日溝，海拔4283m，相對高差351m，切割劇烈。隧道原設計地質條件主要為三疊系上統曲嘎寺組下段板巖夾變質砂巖。層理較明顯，節理裂隙極為發育，巖體破碎，板質巖軟，巖石遇水易軟化，抗風化能力弱，穩定性差。在施工過程中，水量較大，巖石呈粉末狀和表面極其光滑的碳質板巖，節理裂隙紊亂，自穩能力極差，發生大塌方和變形侵限次數較多，帶來了很大的施工難度。

2 隧道開挖

2.1 工藝流程

本隧道開挖主要采用CD法，其工藝流程為：采用導管注漿的方法對導洞和部分主洞進行超前支護；對導洞的上半部分斷面進行開挖；對導洞和部分主洞進行初期支護；對導洞的下半部分截面進行開挖；對導洞和部分主洞進行初期支護；采用導管注漿的方法對主洞拱部進行超前支護；對主洞的上半部分斷面進行開挖；對主洞的上半部分斷面進行初期支護；對主洞的下半部分斷面進行開挖；對主洞的下半部分斷面進行初期支護；仰拱澆筑與填充；排水施工，并利用臺車在全斷面開展二襯施工。

2.2 注意事項

（1）在施工過程中應對導洞及主洞上臺階實際長度進行嚴格控制，同時以監測結果為依據，對主洞與導洞之間的距離進行調整，若拱頂發生下沉，則需要進行臨時仰拱的施工。

（2）在初期支護時，應每開挖完一榀桁架就支護一榀，將循環進尺控制在50cm以內，同時盡可能早的進行初支與仰拱施工，確保支護系統可以盡早封閉成環，隧道的二襯需要以監控結果為依據做綜合分析，并根據分析的結果適時施做。

（3）在開挖施工中必須嚴格遵循“超前支護、短進尺和強支護”等基本原則，將震動速度始終限制在15cm/s以內。

3 圍巖超前支護

3.1 大管棚施工

待右線出口上段邊仰坡安全防護施做完成，且掌子面的上部也已經成型，同時用混凝土做好封閉處理后，與掌子面緊貼開始導向墻的施工，然后用長度為30cm的管棚按照40cm的間隔距離設置鋼花管，通過注漿對圍巖進行加固，以此形成穩定的支護體系，為后續的開挖進洞創造良好條件。

3.2 超前小導管

（1）先封閉工作面，并將其清理干凈，然后對機械設備進行檢查，確認是否正常，對于注漿機需要在使用前做好壓水試驗。

（2）小導管為熱軋無縫鋼管，其長度和規格都要按照設計要求確定，其中一端為尖頭，5mm長，另外一端在1m范圍內不可鉆孔，并焊接鐵箍，管壁上的注漿孔按梅花形進行布置，間隔距離為150mm。

（3）在小導管注漿中使用使用的漿液，其水灰比為1：1，在0.5-1.0MPa的壓力條件下連續注漿，經開挖以后，拱部應沒有坍塌和滲水的現象。

（4）將小導管制備好后按照設計要求開始布孔，同時用紅色的油漆對每個孔位做出標記。

（5）布好孔后，用鑿巖機進行鉆孔，將鉆頭對準鉆孔中心，鉆孔實際直徑應大于鋼管。鉆進到要求的深度后，拔出鉆桿與鉆頭。然后開始清孔，將孔內的巖屑和積水都清除干凈。

（6）向孔中插入鋼管的前端，由人工使用錘擊的方法頂入，實際頂入的長度應達到鋼管總長90%以上，同時還要使用空壓機清理鋼管中進入的砂石巖屑。

（7）將鋼管安裝好后進行封堵，并在鋼管的周圍噴射一層混凝土，避免漿液冒出。

（8）漿液嚴格按照生產配合比進行配制，在注漿時需要使用專門的注漿機。

（9）待確認實際注漿壓力與注漿量都達到要求后，完成注漿。

4 圍巖初支

4.1 錨桿

這是隧道施工中保證圍巖穩定性，避免圍巖的重要方法，完成施工以后還能成為永久支護系統主要組成部分。本工程采用中空注漿錨桿，其施工工藝為：先根據設計要求，在開挖施工面上放出需要布置錨桿的位置，其鉆孔的方式和砂漿錨桿完全相同。經檢查確認導管孔滿足要求后，對錨桿進行安裝并按照設計比例進行漿液配制，用注漿機開始注漿。待設計注漿量滿足要求后結束注漿，最后對注漿質量進行整體檢查和綜合判斷，確認合格后使用專門的螺帽對錨桿端頭進行封閉，避免錨桿中的漿液遺流。

4.2 鋼筋網

鋼筋網主要作用是和噴射的混凝土同時受力，保證混凝土各項性能，避免混凝土受到應力后產生折斷與開裂，進而保證支護效果。待錨桿施工完成后立即進行鋼筋網的布置。

（1）掛設鋼筋網：鋼筋網的掛設需要在初次混凝土噴射完成并布置好錨桿后立即進行，采用作業臺架，由人工沿被開挖的圍巖表面逐環鋪設，在鋼筋網片間使用焊接的方法相連，在施工過程中可采用錨桿來加固鋼筋網，確保鋼筋網和圍巖的表面緊貼。

（2）焊接：將鋼筋網片鋪設好后，對接頭、鋼架與錨桿頭進行焊接，以此避免在混凝土噴射過程中鋼筋網片發生晃動。

4.3 型鋼鋼架

（1）待掌子面初次混凝土噴射施工完成后開始型鋼鋼架的安裝。

（2）以測設具體位置為依據，每個節段的鋼架和掌子面之間采用螺栓相連，使連接板和圍巖緊貼。

（3）為了使鋼架的具體位置準確無誤，在隧道開挖過程中需要在連接的部位設置凹槽。在初次混凝土噴射中，向凹槽中設置木楔，以此留出連接板的安裝位置。鋼架安裝時，如果混凝土層與鋼架間存在很大間隙，則需要按照1m的間隔距離設置預制塊，并在鋼架的背后通過噴漿填充。

（4）將鋼架安裝就位后，進行位置誤差的檢查，允許偏差為：鋼架之間的距離偏差不能超過±100mm；鋼架在橫向上的偏差不能超過±50mm；鋼架高程偏差不能超過±50mm；垂直度偏差不能超過±2°；保護層厚度偏差不能超過-5mm。

4.4 濕噴混凝土

4.4.1 混凝土配制與運輸

（1）混凝土配制使用具有計量功能的攪拌機，配料嚴格按照生產配合比控制，攪拌的時間應達到1min以后。

（2）利用專門的運輸車對混凝土進行運輸，做到隨運隨拌。在噴射施工中，應采用多臺運輸車進行交替運輸，滿足連續噴射施工要求。混凝土運輸時，應避免離析和坍落度發生變化。

4.4.2 混凝土噴射

（1）噴射施工應分段和分層進行，按照從下到上的順序控制，一般分段的長度應控制在6m以內。在噴射過程中，要先將低洼處整平，然后再按照以上順序進行噴射。

（2）混凝土噴射的速度應得當，便于混凝土強度的形成。當風壓較大時，應加快噴射的速度；而當風壓較小時，應減慢噴射的速度。

（3）噴射過程中噴嘴需要和圍巖表面保持一定距離，通常按80-150cm控制，角度盡量和圍巖表面垂直，可以有傾斜，但夾角必須達到70°以上。

（4）為了加快施工效率，并保證施工質量，可采取分片進行的方法施工，每片的長度和寬度一般為2m、1.5m。

5 二次襯砌

5.1 仰拱施工

（1）現場測放，根據內軌的頂部標高對仰拱基坑底部實際標高進行計算。

（2）用挖掘機進行開挖施工，在機械設備無法到達的地方使用人工進行開挖。

（3）對仰拱的接頭進行鑿毛處理，并嚴格按照設計要求進行仰拱鋼筋的安裝，同時預留和邊墻之間的連接鋼筋。

（4）經自檢確認合格后，由監理工程師作隱蔽檢查和驗收，將混凝土運輸到現場后并通過檢查合格后，開始澆筑和振搗施工。

5.2 拱墻施工

拱墻的二襯利用臺車進行鋼模板施工，用攪拌車運輸混凝土，用注漿泵進行灌注，同時用振搗棒進行振搗。澆筑必須做到左右對稱，避免臺車發生偏移。混凝土的生產由具有計量功能的拌和機完成，同時應充分考慮低溫施工要求，保證混凝土施工質量。

5.3 鋼筋工程施工

（1）鋼筋加工必須滿足相關設計要求，對于受力鋼筋，其順長度方向上的長度偏差不能超過±10mm，對于彎起鋼筋，起彎折處的位置偏差不能超過20mm，對于箍筋，其內凈尺寸偏差不能超過±3mm。

（2）鋼筋的接頭必須設置在應力相對較小的部位，同時應保持分散。在相同截面中配置的受力鋼筋，其接頭面積應達到設計要求。

（3）當采用電弧焊進行焊接時，應單面搭接焊接，此時焊接的長度應達到鋼筋直徑的10倍，在雙面搭接焊過程中，搭接的長度應達到鋼筋直徑的5倍，對于焊縫的寬度，應達到鋼筋直徑的0.8倍以上，同時不能小于10mm，而焊縫的高度應達到鋼筋直徑的0.3倍以上，同時不能小于4mm。

6 結束語

目前本隧道工程已經順利完成，經檢查，隧道施工質量合格，施工過程中軟弱圍巖經有效加固處理始終處在安全穩定的狀態，說明以上施工方法合理可行，值得其它工程參考借鑒，提高軟弱圍巖隧道施工技術水平。