梁峁沙漠低丘區(qū)軟弱圍巖隧道施工技術(shù)研究

葉含志

[摘要]近年，我國高速公路建設(shè)發(fā)展迅猛，給社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了很大的促進(jìn)作用。但是，在高速公路建設(shè)的過程中往往會(huì)遇到一些特殊地質(zhì)地貌，這些特殊的地質(zhì)地貌往往會(huì)給公路工程建設(shè)帶來極大的困擾，尤其是在我國的西部地區(qū)分布較為廣泛的風(fēng)積沙，粉砂，粉土等軟弱圍巖地質(zhì)。在公路建設(shè)的過程中，在這種地質(zhì)地貌上進(jìn)行隧道施工十分困難，本文以陽條灣隧道為例，希望可以給今后的軟弱圍巖地質(zhì)隧道施工帶來一些啟示。

[關(guān)鍵詞]軟弱圍巖;超前支護(hù);隧道施工;監(jiān)控量測(cè)

文章編號(hào)：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0139 - 03

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，全國高速公路建設(shè)高漲，目前我國高速公路通車?yán)锍桃讯嗄晗s聯(lián)世界第一。國家規(guī)劃到2020年全國高速公路建成里程將達(dá)到15萬km，高速公路投資建設(shè)迎來發(fā)展大機(jī)遇，特別是在我國西部地區(qū)。由于地理環(huán)境因素，高速公路隧道也越來越多，遇到的地質(zhì)地貌也越來越復(fù)雜。在陜北地區(qū)地質(zhì)多為黃土，粉砂，粉土等，在這種復(fù)雜地質(zhì)中修建高速公路隧道，施工難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，施工進(jìn)度慢。本文以神佳米高速公路陽條灣隧道為例，研究梁峁沙漠低丘區(qū)軟弱圍巖隧道施工技術(shù).為類似工程提供借鑒。

1工程概況

陽條灣隧道位于陜西省榆林市佳縣境內(nèi)，為分離式高速公路隧道，左線長(zhǎng)680m，右線長(zhǎng)667m。隧道最小線間距為42m，最大線間距為51m。采用復(fù)合式襯砌，單線馬蹄形結(jié)構(gòu)形式，開挖斷面面積為114. 89n12。

隧道處于陜北黃土高原區(qū)，屬于高階地梁峁～沙漠低丘地貌，地表風(fēng)積沙覆蓋，發(fā)育灌木等沙漠植被，地層巖性由老到新依次有第四系中更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土，粉土，粉細(xì)砂和上更新統(tǒng)黃土，全新統(tǒng)風(fēng)積沙。隧道近南北走向，軸線橫穿梁峁～沙漠低丘，沿隧道軸向地形渾圓，兩側(cè)低，中部高。隧道進(jìn)出口段地形相對(duì)較陡，坡面遍布風(fēng)積沙。梁峁～沙漠低丘兩側(cè)沖溝溝谷底部狹窄，受水流沖刷浸蝕，形成“V”型葉脈狀溝谷。隧道圍巖由第四系中更新統(tǒng)粉土、粉砂組成，為V級(jí)圍巖。圍巖自穩(wěn)性較差，開挖后易產(chǎn)生坍塌，失穩(wěn)等現(xiàn)象。

2隧道施工方法

根據(jù)陽條灣隧道的地質(zhì)特性，采用環(huán)形臺(tái)階預(yù)留核心土（三臺(tái)階七步法），人工配合機(jī)械開挖，自卸汽車運(yùn)碴。隧道支護(hù)采用錨噴網(wǎng)，型鋼鋼架，超前小導(dǎo)管注漿，超前管棚聯(lián)合支護(hù)型式，超前管棚設(shè)置在進(jìn)出口明暗交界處。隧道進(jìn)口施工為順坡開挖，排水采取順坡自然排水。隧道出口為反坡施工，采用機(jī)械排水，通過積水池抽排至洞外設(shè)置的污水處理池，采用機(jī)械通風(fēng)方式。

在隧道施工過程中，結(jié)合超前地質(zhì)探測(cè)預(yù)報(bào)，提前分析地層巖性及含水狀況等，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)隧道施工前方不良地質(zhì)情況。同時(shí)，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，指導(dǎo)施工，確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。

2.1洞口大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)（圖1）

根據(jù)陽條灣隧道進(jìn)出口地質(zhì)特性，為了在軟弱圍巖下安全開挖，預(yù)先提供增強(qiáng)地層承載力，設(shè)計(jì)采用大管棚超前支護(hù)進(jìn)洞。在施工完成洞口邊坡錨噴和洞口拱形骨架護(hù)坡后，管棚施工采取了以下措施。①洞口開挖面刷面，開挖套拱施工操作平臺(tái)并預(yù)留核心土。②在套拱內(nèi)安設(shè)4榀I20a工字鋼，并且將管棚端頭與I20a工字鋼焊接牢固。③立模型灌注C30套拱砼。④從頂向兩側(cè)用‘φ150鉆頭的潛孔鉆機(jī)鉆眼鉆孔。⑤沿二襯外輪廓線以外30cm，從洞頂開始布孔，間距為40cm，利用鉆機(jī)將外徑φp108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管頂入孔內(nèi)，左右各15根。⑥采用了0.8：1～1：1的水泥漿液注漿。

2.2洞身超前小導(dǎo)管施工技術(shù)

大管棚保護(hù)段洞身開挖完成后，采用φp50*4mm無縫鋼管超前支護(hù)施工，每根長(zhǎng)度為4. Sm，每環(huán)間距3m，鉆孔仰角70-排，仰角300 -排，超前小導(dǎo)管布置于隧道的拱部范圍內(nèi)，將端部焊接于鋼拱架上，施工時(shí)采用自制型鋼臺(tái)架作為工作平臺(tái)。采用氣腿式鑿巖機(jī)配螺旋鉆桿鉆孔，人工配合鉆機(jī)頂入小導(dǎo)管，安裝完成后注漿前進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，然后采用注漿機(jī)注漿。為防止工作面坍塌，用塑膠泥封堵周圍裂隙及小導(dǎo)管孔口，根據(jù)注漿后工作面穩(wěn)定情況，必要時(shí)在工作面噴砼。

2.3初期支護(hù)施工技術(shù)

由于陽條灣隧道為軟弱圍巖，開挖后圍巖極其不穩(wěn)定，施工易發(fā)生突然性塌方，須采取邊開挖邊支護(hù)的措施，以保證隧道的安全，初期支護(hù)隨開挖進(jìn)尺緊跟。采用濕噴技術(shù)噴混凝土，采用混凝土噴射機(jī)分二次進(jìn)行，第一次噴的厚度《4cm，在完成鋼架，鋼錨桿，筋網(wǎng)安裝后進(jìn)行復(fù)噴。錨桿施工采用氣腿式鑿巖機(jī)配螺旋鉆桿，及時(shí)將加工好的桿體插入孔內(nèi)，錨桿尾端與拱架焊接，使錨桿與拱架成為一個(gè)聯(lián)合承載體。然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，拼裝鋼架。

2.4洞身開挖施工技術(shù)（圖2）

洞身開挖采用三臺(tái)階七步法，開挖時(shí)左右線掌子面里程至少錯(cuò)開30m以上。仰拱末端距離掌子面不大于30m。導(dǎo)坑開挖進(jìn)尺為0.6m。中臺(tái)階左右兩側(cè)和下臺(tái)階左右兩側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2m～ 3m，開挖高度為3～3. Sm，開挖進(jìn)尺最大不超過0.6m～1.2m。預(yù)留核心土長(zhǎng)度為3m～ Sm。仰拱循環(huán)開挖長(zhǎng)度2m一3m。仰拱砼澆筑長(zhǎng)度3m。洞身開挖主要施工步驟如下，上臺(tái)階拱部開挖及其初期支護(hù)→中臺(tái)階左側(cè)開挖及其初期支護(hù)→中臺(tái)階右側(cè)開挖及其初期支護(hù)→下臺(tái)階左側(cè)開挖及其初期支護(hù)一下臺(tái)階右側(cè)開挖及其初期支護(hù)→上中下臺(tái)階核心土開挖→仰拱開挖及其初期支護(hù)一澆筑仰拱砼及填充砼→澆筑拱墻砼襯砌。

2.5監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是指導(dǎo)軟弱圍巖隧道安全施工，反映隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最重要的信息化手段。陽條灣隧道監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目主要包括。利用地質(zhì)羅盤儀等進(jìn)行地質(zhì)和支護(hù)狀況信息的觀察（工作面及初期支護(hù)后的地段進(jìn)行觀察），利用精密水準(zhǔn)儀，銦鋼尺等進(jìn)行隧道涌水量及涌水含泥量與含砂量觀察，利用全站儀，水準(zhǔn)儀進(jìn)行拱頂下沉及收斂量測(cè)，利用各種類型收斂計(jì)進(jìn)行周邊位移及收斂量測(cè)，利用精密水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)尺等進(jìn)行隧道洞口段，淺埋和偏壓段地表沉降監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，提出針對(duì)性的解決措施。陽條灣隧道量測(cè)頻率，變形管理等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)允許相對(duì)位移見表1～3。