深埋軟弱圍巖公路隧道錯車道開挖支護施工技術

姚濤

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213）

0 引言

隨著“一帶一路”倡議沿線的項目逐漸落地，我國在國外的基礎建設項目逐年增多，本文就東歐某公路隧道項目在軟弱圍巖條件下的大斷面錯車道開挖支護施工進行闡述。由于軟弱圍巖隧道本身工程條件差，受開挖擾動影響變形明顯。如果對其認識不足，施工采取的措施不當，就會導致隧道塌方的發生。目前，在軟弱圍巖機理及變形控制技術方面國內外學者開展了不少研究，但認識還不統一，在軟弱圍巖隧道變形特征方面的研究還處于探索階段，尚需進一步進行系統研究。針對上述問題，本文詳細介紹了V 級圍巖條件下大斷面錯車道的開挖支護施工技術，并借助有限元計算結果進行理論分析，確保了施工的安全性。

1 工程概況

東歐某公路隧道項目為雙向分離式隧道，左洞起止樁號為K18+294.5～K20+310.5，共2016m，右洞起止樁號為K18+279.5～K20+274.5，共1995m，合計4011m。左右洞錯車道長度為57.5m，起止樁號分別為K19 + 471.3～K19 + 528.8、K19 + 448.85～K19 +506.35,最大埋深分別為150m、162m。錯車道最大開挖寬度為15.236m，最大開挖高度為11.986m。按地質勘查報告，隧道錯車道洞身開挖圍巖為石墨片巖，裂隙發育，圍巖破碎，圍巖級別為V 級,采用“新奧法”進行三臺階開挖支護施工。

2 圍巖及支護參數

隧道洞身錯車道支護參數如下：

第一，鋼筋網片，2 層Q226 鋼筋網片；

第二，噴混凝土，45cm 厚的MB30 噴射混凝土；

第三，系統錨桿，?32mm，L=6.0m 自進式錨桿，環向間距為2m，縱向間距為0.75m，交錯布置；

第四，拱架，HEB 型鋼拱架，間距為0.75m；

第五，錯車道斷面管棚，?114.3mm，壁厚6.3mm，單根長度為15m，每個循環搭接長度4m，外插角2o，環向間距40cm，環向范圍138o24′37″，每個循環49 根；

第六，開挖預留沉降為30cm。

3 施工方法

由于圍巖軟弱不適合進行鉆爆開挖，主要采用液壓錘破碎，裝載機配合自卸汽車進行出渣，洞渣運至指定渣場。采用三臺階開挖，上臺階開挖高度為6.0m，洞身開挖上臺階循環進尺0.75m；下臺階開挖高度為3.365m，每循環進尺為0.75m；仰拱開挖高度為2.931m，每循環進尺為3.0m；下臺階滯后上臺階約1～3m，仰拱滯后下臺階1～6m。

4 施工流程

隧道錯車道在V 級圍巖下進行開挖施工流程如下：管棚施工—上臺階開挖—初噴MB30 混凝土5cm厚—安裝第一層Q226 鋼筋網片—安裝HEB200 型鋼拱架—噴MB30 混凝土30cm 厚—安裝第二層Q226 鋼筋網片—噴MB30 混凝土10cm—系統錨桿—下臺階開挖支護—下一個循環開挖支護。

5 建立數值模型

為了更深入地研究隧道開挖引起的圍巖變形特征，數值模擬主要是考慮隧道HEB200 型鋼、噴射MB30 混凝土、Q226 鋼筋網片及自進式錨桿聯合支護，而不考慮超前管棚的施工，雖然采用了超前管棚的支護會增加圍巖的強度和整體性，但是不考慮管棚模擬的結果是比較保守的。

對隧道錯車道進行開挖數值模擬，建立數值模擬模型。數值模擬模型兩個方向尺寸為：162m（Y）×100m（X），埋深162m，頂面采用自由表面，模型四周及底部采取固定約束[1]。

數值模擬采用PHASE2 軟件，計算準則采用Mohr-Coulomb 準則,圍巖參數見表1。

表1 基礎數據參數表

6 臺階法開挖數值模擬結果分析

隧道錯車道開挖采用3 臺階開挖，上臺階開挖高度為6m，下臺階高度為3.365m，仰拱開挖高度為2.931m。

根據對隧道錯車道開挖數值模擬圍巖變形結果（見圖1）分析，可以得出結論，不論上臺階還是下臺階、仰拱開挖，圍巖變形規律為由頂拱部位逐漸增大；上臺階開挖時頂拱圍巖變形為74mm，腰線位置圍巖變形為95mm；下臺階開挖時頂拱圍巖變形為96mm，腳部圍巖變形為156mm；仰拱開挖時頂拱圍巖變形為95mm，腰線圍巖變形為165mm。

圖1 開挖仰拱圍巖變形圖（單位：m）（最大變形165mm）

7 主要施工工藝

7.1 管棚施工

管棚支護為超前支護，采用多臂鉆一次鉆進成型，鉆孔前根據測量放樣標識點位進行孔位編號，鉆孔設備就位。鉆孔采用Paramatic 205T 多臂鉆，管棚跟管鉆進。鉆頭采用合金材質直徑120mm，鉆孔外插角度根據不同的斷面類型按圖紙設計角度進行設置，鉆孔時順序由高孔位向低孔位進行鉆進，管棚每節長3m 與鉆桿長度一致，管棚與鉆桿同時鉆進[2]。

注漿材料采用1∶1～0.5∶1 水泥漿液，注漿壓力0.5～2MPa；注漿漿液由稀到濃，在注漿過程中若注漿量超過鉆孔圓柱體的1.5 倍時，未達到壓力要求，將調整漿液濃度繼續注漿。初壓壓力0.5～1.0MPa，終壓2MPa。注漿時，發現支護變形或損壞，應立即停止注漿，并及時清洗注漿管路，當出現竄漿時，要及時堵塞竄漿孔[3]。

7.2 Q226 鋼筋網片施工

安裝HEB200 型鋼的同時將第一層Q226 鋼筋網片安設在型鋼外側，并固定好，綁扎在型鋼上，保證開挖面與鋼筋網片之間至少有2cm 的間距；第二層Q226鋼筋網片安裝在型鋼內側，并綁扎在型鋼上；同時需要保證鋼筋網片橫縱方向搭接長度30cm。

7.3 HEB200 型鋼施工

HEB200 型鋼安裝在完成第一層MB30 噴射混凝土之后進行，首先將型鋼在地面上整體采用螺栓連接拼裝好，然后采用反鏟整體吊裝安裝在掌子面。為了保證每榀型鋼的穩定性，每榀型鋼之間采用直徑為16mm 的鋼筋采用焊接形式連接在一起，環向間距為1m，長度為1m。

安裝完成之后，在型鋼螺栓連接處采用直徑25mm 的L 形鎖腳錨桿固定好。

鎖腳錨桿采用錨桿施工，根據設計圖紙在每個連接板的位置安裝2 根L=4m 的鎖腳錨桿。

根據測量放樣標識孔位進行鉆進，孔向應與圍巖壁面垂直。

注漿料應灌入孔中，當孔內水泥漿壓滿后，立即插入砂漿錨桿，采用止漿塞堵孔。

7.4 MB30 噴射混凝土施工

清理開挖面，測量檢查合格后，混凝土罐車將MB30 混凝土運輸至現場工作面，利用噴漿車采用濕噴方法進行噴射，采用前后掃射的方法進行，噴射管口與工作面間距為100～150cm 的范圍。初噴MB30混凝土5cm 厚，安裝第一層Q226 鋼筋網片，安裝鋼筋格柵拱架或者HEB 型鋼拱架，噴MB30 混凝土30cm厚，安裝第二層Q226 鋼筋網片，噴MB30 混凝土至設計厚度[4]。

7.5 自進式錨桿施工

自進式錨桿為直徑32mm 的中空錨桿，每節3m，采用套筒連接至6m。

測量工程師采用全站儀根據設計圖紙對錨桿中心點進行放樣，現場人員用噴紅油漆做標識。

采用多臂鉆進行錨桿鉆進及安裝，長度6m，環向間距為2m，排距為1m，交錯布置。完成安裝后，進行注漿，漿液溢出時采用止漿塞封堵。完成所有錨桿注漿后，安裝墊板和螺帽。

系統錨桿與開挖工作跟進。

7.6 施工監測

隧道開挖監測采用沉降監測及收斂監測。

沉降監測，在隧道開挖完成MB30 噴射混凝土之后頂部及腰線腳部設置監測點，采用全站儀進行實測絕對高程，監測頻率1 次/d（見圖2），當測量數據趨于穩定時，1 次/3d。

圖2 斷面沉降測點圖

相對位置的收斂監測，每個斷面設置四個監測點，采用鋼尺測量，監測頻率1 次/d，當測量數據趨于穩定時，1 次/3d。

8 結語

綜上所述，在V 級圍巖條件下采用超前管棚、型鋼拱架、雙層鋼筋網片、自進式錨桿及噴射MB30 混凝土的聯合支護方式進行深埋大斷面隧道開挖支護施工技術，并借助有限元數值模擬開挖支護過程進行理論分析得出在開挖施工中圍巖的最大變形為165mm，分布在腰線位置，開挖過程中在腰線位置需要加強支護，故可以考慮增加一層Q226 鋼筋網片，同時保證各個環節的施工質量，也要做好及時監測，一旦變形超出設計變形，要立刻停止施工，增加支護剛度。

同時，通過介紹上述施工方法及支護措施技術，為類似圍巖的公路隧道施工提供了參考。