高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

馬曉文

中交二公局萌興工程有限公司，陜西 西安 710000

應(yīng)用合理的施工技術(shù)可為高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工提供可靠的技術(shù)保障，使其在安全的環(huán)境下完成施工作業(yè)，從而提高工程質(zhì)量。一般來說，應(yīng)用施工技術(shù)時需考慮現(xiàn)場地質(zhì)條件、隧道建設(shè)需求等因素，以保證安全為前提，盡可能提高隧道施工質(zhì)量，給高速公路工程的發(fā)展創(chuàng)設(shè)良好條件。

1 工程概況

岳家寨隧道左線起訖樁號ZK2+300 ～ZK4+315，總長2015m，為小凈距長隧道，現(xiàn)場的地質(zhì)條件欠佳，以Ⅳ級圍巖和Ⅴ級圍巖居多。根據(jù)現(xiàn)場勘察資料可知，隧址區(qū)共有7條斷裂構(gòu)造或破裂帶通過，施工期間易遇到斷層、涌水等異常狀況，對施工技術(shù)提出了較高的要求。

2 淺埋軟弱圍巖隧道的施工難點及施工原則

2.1 施工難點

淺埋軟弱圍巖隧道施工條件欠佳，地質(zhì)、水文等因素均會對工程的順利推進(jìn)造成不同程度的影響，易導(dǎo)致圍巖發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。土方開挖擾動性較大，若缺乏完善的支護(hù)措施，極易引發(fā)塌方等工程事故，在影響施工單位經(jīng)濟(jì)效益的同時，還嚴(yán)重威脅到人員的安全[1]。

從隧道施工技術(shù)的層面來看，軟弱圍巖的斷面面積偏小，難以獲得足夠?qū)挸ǖ氖┕た臻g，大型機(jī)械設(shè)備的適用性不強。鑒于淺埋軟弱圍巖隧道施工的特殊性，在實際施工中必須采取行之有效的圍巖支護(hù)措施，最大限度地提高圍巖的承載力，避免發(fā)生塌方等安全事故，營造安全的施工環(huán)境。此外，地下水滲漏也是淺埋軟弱圍巖中較為典型的問題，因此需提前創(chuàng)建排水系統(tǒng)，以便消除滲漏水對施工作業(yè)所造成的不良影響。

2.2 施工原則

隧道施工的可選方法中，噴錨構(gòu)筑法得到了廣泛應(yīng)用，通過與復(fù)合襯砌的綜合使用，可創(chuàng)造較好的施工效果。以巖土力學(xué)原理為指導(dǎo)，切實提高圍巖的承載能力，最大限度地減少因開挖而對圍巖所帶來的擾動性影響[2]。為保證施工質(zhì)量，在實際操作中應(yīng)注重如下原則：

（1）合理選擇支護(hù)方式，例如噴射混凝土、設(shè)置錨桿等，必要時可輔以鋼架聯(lián)合支護(hù)措施，經(jīng)過開挖后及時組織支護(hù)作業(yè)，使圍巖與其他構(gòu)件組成完整的支護(hù)體系，共同發(fā)揮承受作用。

（2）準(zhǔn)確認(rèn)識圍巖的狀況，通過采用科學(xué)措施提高其承載能力，保證圍巖具有足夠的穩(wěn)定性。開挖施工期間的擾動性較為明顯，易導(dǎo)致圍巖發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在開挖時需注重對隧道輪廓的控制，保證其具備順滑性。

（3）待圍巖具有足夠的穩(wěn)定性且初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定后，方可組織二次襯砌施工作業(yè)。

3 淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)要點

3.1 地表處理

根據(jù)隧址區(qū)淺埋偏壓軟弱圍巖的基本特點，配置完善的洞頂?shù)乇砼潘到y(tǒng)，充分發(fā)揮出水溝的引水作用，減少地表水對隧道施工的不良影響。拱頂覆土厚度不足，進(jìn)洞前需設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)拱，及時修筑洞頂天溝等相關(guān)設(shè)施，由此構(gòu)成完善的排水系統(tǒng)。

為確保隧道施工期間圍巖可維持穩(wěn)定狀態(tài)，選擇地表垂直錨桿工法，在開挖前做好各項準(zhǔn)備工作，于隧道上部設(shè)φ50mm 注漿小導(dǎo)管（長600cm）和X32 水泥砂漿錨桿（長800cm），掛設(shè)鋼筋網(wǎng)。此外，對圍巖表面采取噴射處理措施，形成結(jié)構(gòu)層后掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，并設(shè)置反壓護(hù)拱，由此完成地表處理作業(yè)。

3.2 超前雙層小管支護(hù)

超前支護(hù)是淺埋軟弱圍巖施工時必須落實到位的工作。根據(jù)該隧道的地質(zhì)條件，采取雙層小管超前支護(hù)的方式，具體如圖1 所示。材料方面，以φ42mm 熱扎無縫鋼管為主，搭建管棚結(jié)構(gòu)后灌注水泥單漿液，以形成超前支護(hù)體系。第1 排、第2 排的導(dǎo)管長度分別為5m、4.5m，外插角依次為6°、15°，每排的搭接長度至少達(dá)到100cm，注漿期間壓力逐步提升，終壓穩(wěn)定在0.5 ～1.0MPa；配置φ16mm 的注漿孔，均采取梅花形布設(shè)方式；下放注漿導(dǎo)管，使用硅封孔。

破碎松散巖體施工條件較為特殊，于該處組織超前鉆孔作業(yè)，置入規(guī)格合適的小導(dǎo)管并壓注漿液，使注入的漿液可進(jìn)入破碎巖體內(nèi)，擠出內(nèi)部空氣后使松散破碎體膠結(jié)成完整的整體，由此構(gòu)成具有抗?jié)B能力的固結(jié)體，改善圍巖的使用狀況，使其具有足夠的抗?jié)B性和穩(wěn)定性。超前小導(dǎo)管成型后，該部分將與固結(jié)體連接，由此構(gòu)成強度較高的殼體，以便給開挖支護(hù)作業(yè)創(chuàng)造安全的環(huán)境。

3.3 開挖

以超前支護(hù)注漿強度為判斷指標(biāo)，若實測值達(dá)到設(shè)計強度的85%或更高，即可組織開挖作業(yè)。雖然已經(jīng)采取超前支護(hù)措施，但淺埋軟弱圍巖的地質(zhì)條件特殊，開挖期間依然存在安全隱患，因此選擇更為穩(wěn)妥的預(yù)留核心土開挖法，首先開挖隧道輪廓，待噴錨支護(hù)強度滿足要求后再組織核心土的開挖作業(yè)[3]。

外輪廓開挖選擇風(fēng)鎬和人工相結(jié)合的方式，考慮到施工期間易發(fā)生超欠挖的問題，在邊墻及拱部弧形處開挖時均選擇風(fēng)鎬分臺階的方式，配置挖掘機(jī)以便完成核心土和中槽兩部分的開挖作業(yè)。

核心土開挖過程中易遇到局部堅石，該部分首先采取弱爆破處理措施，待堅石被震裂后再借助挖掘機(jī)開挖。爆破伴有較強的擾動性，施工期間需嚴(yán)格控制爆破工藝，遵循“淺孔、密眼、多循環(huán)”的原則。滲漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)易引發(fā)隧道塌方事故，因此需采取完善的防排水措施，較關(guān)鍵的是反坡施工地段，該處應(yīng)配備高性能的排水設(shè)備，以免出現(xiàn)工作面積水的現(xiàn)象。開挖和支護(hù)應(yīng)在短時間內(nèi)完成，在確保質(zhì)量的前提下盡可能縮短圍巖暴露時間。開挖施工現(xiàn)場如圖2 所示。

圖1 超前支護(hù)

圖2 隧道開挖現(xiàn)場

3.4 監(jiān)控量測

鑒于現(xiàn)場施工條件的特殊性，通過新奧法展開施工作業(yè)，其中，監(jiān)控量測為重點工作。初期支護(hù)成型后，于拱頂、拱腳及邊墻的內(nèi)軌頂面標(biāo)高處依次布設(shè)測點，在其支持下掌握拱頂下沉和水平收斂的實際情況。各階段的量測頻率有所區(qū)別，初期每6h 觀測1 次，后續(xù)變形量逐步縮小，將觀測間隔時間適當(dāng)延長，即12h、24h、48h、72h、168h。以取得的量測結(jié)果為主要依據(jù)，合理調(diào)整開挖進(jìn)尺等工藝參數(shù)，保證施工現(xiàn)場的安全性。對于偏壓較明顯的區(qū)段，在常規(guī)量測的基礎(chǔ)上還需考慮拱腰下沉和基底隆起量。

以圍巖觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對斷層破碎帶采取處理措施，如超前小導(dǎo)管棚預(yù)支護(hù)、噴錨初期支護(hù)等。從實際結(jié)果來看，超欠挖現(xiàn)象得到了有效的控制，拱部圍巖的掉塊問題得到了有效的解決，施工現(xiàn)場較為安全，給隧道施工作業(yè)營造了良好的環(huán)境[4]。

3.5 初期支護(hù)

初期支護(hù)選擇較典型的噴錨支護(hù)方式，搭建I16 型鋼鋼架，通過φ22mm 鋼筋環(huán)向連接，配置φ22mm 鋼筋以便作為錨桿而使用；鋼筋網(wǎng)原材料選擇φ8mm 鋼筋，采取20cm 的間距控制標(biāo)準(zhǔn)；噴射C25 混凝土，形成厚度為24cm的結(jié)構(gòu)層。局部圍巖變形較明顯，為保證圍巖的穩(wěn)定性，不再采取系統(tǒng)錨桿的支護(hù)方式，取而代之的是系統(tǒng)導(dǎo)管注水泥和水玻璃的雙漿液[5]。

3.6 防排水措施

（1）排水方面：沿隧道縱向依次設(shè)置φ50mm 軟式透水管，間距控制標(biāo)準(zhǔn)為10m，管道鋪設(shè)到位后再設(shè)置排水板，形成初步的排水系統(tǒng)；此后，在邊墻底部以上1.2m 的位置布設(shè)φ100mm 軟式縱向透水管，將其連接三通管，以便將洞內(nèi)積水快速排至洞外。

（2）防水方面：噴射的混凝土成形后，于該處鋪設(shè)復(fù)合防水板；合理設(shè)置工作縫，各縫均勻配置兩條止水帶；襯砌施工選擇的是S6 防水混凝土。

隧道施工現(xiàn)場以斷層破碎地段居多，該處地下水?dāng)_動較為明顯，遵循“以堵為主，排堵結(jié)合”的原則；其他部分則以排水為主要手段。通過多重措施的作用，最大限度地減少地下水的不良影響。

3.7 襯砌

隧道拱墻和仰拱兩處均采取雙層鋼筋的結(jié)構(gòu)形式，澆筑材料為C30 混凝土，設(shè)備為行走式全液壓襯砌臺車。在同時滿足如下條件后方可組織二襯混凝土澆筑作業(yè)：（1）位移速率趨于穩(wěn)定，圍巖不再發(fā)生大幅度失穩(wěn)現(xiàn)象；（2）各項位移已經(jīng)開始收斂，即達(dá)到總位移量的80% ～90%；（3）拱部下沉得到了有效的控制，具體在0.07mm/d 以下。

4 結(jié)束語

綜上所述，高速公路淺埋軟弱圍巖施工條件較為特殊，在該處展開隧道施工作業(yè)時伴有較明顯的安全隱患，將嚴(yán)重威脅到施工質(zhì)量乃至人員的安全。對此，應(yīng)根據(jù)實際情況合理應(yīng)用施工技術(shù)，營造安全的施工環(huán)境，提高隧道建設(shè)水平。