新奧法在偏載、軟弱圍巖中的施工應(yīng)用

劉　峰　查　鵬　周　聰

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-0992（2009）04-074-02

新奧法是一種把設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)相結(jié)合的科學(xué)的隧道建造方法。它根據(jù)圍巖性質(zhì)允許圍巖產(chǎn)生適量的變形，并在施工過(guò)程中通過(guò)噴射混凝土、錨桿、鋼支撐對(duì)圍巖起加固作用，根據(jù)圍巖量測(cè)的結(jié)果適時(shí)的進(jìn)行襯砌支護(hù)，充分地發(fā)揮圍巖的自承作用。因此，新奧法在困難地層條件下修建隧洞以及控制圍巖的高擠壓變量方面，顯示了極大的優(yōu)越性。

近年來(lái)，新奧法在我國(guó)鐵路、公路、水下隧道及軟弱地質(zhì)層中的城市地下工程中也獲得了比較廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目所施工的繞城高速公路環(huán)山坪隧道采用了新奧法，在隧道洞口坡殘積塊石粉質(zhì)土的進(jìn)洞施工中取得了較好的效果，順利而安全的通過(guò)了洞口Ⅴ級(jí)圍巖，本文就將進(jìn)洞的施工方法做以下小結(jié)，以便在以后類似圍巖施工中推廣及改進(jìn)。

一、工程概況

環(huán)山坪隧道位于繞城高速公路南段S7、S8合同段內(nèi)，是該線最長(zhǎng)的一座隧道。該隧道分分離式雙洞隧道，設(shè)計(jì)為三心圓拱曲邊墻結(jié)構(gòu)，洞口段Ⅴ超淺級(jí)圍巖埋深0.5cm～13m，開挖寬度17.72m，高度12.39m；主洞凈寬14.5m，凈高5.0m，本隧道按照新奧法施工原理進(jìn)行洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及以系統(tǒng)錨桿、噴砼、鋼筋網(wǎng)片、I18工字鋼等組成的初期支護(hù)與二次模筑砼相結(jié)合的復(fù)合式襯砌型式。

環(huán)山坪隧道洞口位于觀音峽背斜東翼、背斜山東側(cè)順層斜坡近坡腳接淺丘部位，地形坡度15°～25°。附近為農(nóng)田及林區(qū)。

洞口地表為坡殘積塊石粉質(zhì)粘土厚3.0m～8.0m,土體松散，下伏基巖為砂質(zhì)泥巖、介殼灰?guī)r夾粉砂巖，呈角碎狀松散結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低。

二、進(jìn)洞方案初步選定

為了安全進(jìn)洞，初期按照CD法開挖進(jìn)洞，具體方案如下圖：

隧道隧道施工工序：

I.超前支護(hù)；2.右半斷面上臺(tái)階開挖；

III.右半斷面上臺(tái)階初期(臨時(shí))支護(hù)； 4.右半斷面下臺(tái)階開挖；

V.右半斷面下臺(tái)階初期(臨時(shí))支護(hù)； VI.右側(cè)仰拱初期支護(hù)；

VII.右側(cè)仰拱砼施工； 8.左半斷面上臺(tái)階開挖；

X.左半斷面上臺(tái)階初期支護(hù)； 10.左半斷面下臺(tái)階開挖；

XI.左半斷面下臺(tái)階初期支護(hù)；XII.左側(cè)仰拱初期支護(hù)；

XIII.左側(cè)仰拱砼施工；14.中隔壁拆除；

XV.拱墻二次襯砌。

三、進(jìn)洞方案的調(diào)整

上方案定出后，經(jīng)過(guò)多方面的技術(shù)驗(yàn)證和經(jīng)濟(jì)比較，覺(jué)的該方案可行，但是耗費(fèi)大，不經(jīng)濟(jì)，為此，重新擬定了預(yù)留核心土開挖法進(jìn)洞，如下圖所示：

但是在洞口拉溝完畢后進(jìn)行進(jìn)洞時(shí)，由于洞口埋深淺，圍巖軟弱和存在13.7m高的左右側(cè)偏載的現(xiàn)象，在I部進(jìn)尺50cm后拱部的80cm的覆蓋層出現(xiàn)了垮塌的現(xiàn)象，進(jìn)洞失敗，為此，技術(shù)人員對(duì)核心土開挖的方案進(jìn)行了研究和調(diào)整，具體為：

1.退后明暗洞交接里程2.4m，按照縱向間距60cm/榀安裝I18工字鋼支護(hù)；

2.重新施工超前小導(dǎo)管施工，由原來(lái)的單環(huán)增加至雙環(huán)超前小導(dǎo)管支護(hù)；小導(dǎo)管的長(zhǎng)度6.0m/根，插入巖層中3.6m，外露的2.4m在洞外的工字鋼架上成了一個(gè)棚護(hù)結(jié)構(gòu)，小導(dǎo)管間采用Φ22鋼筋連接成一個(gè)整體，暫不進(jìn)行注漿工作；

3.明、暗洞交接處采用雙排并列的I18工字鋼架，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了5榀I18工字鋼架，加上明暗洞交接處設(shè)計(jì)原有的1榀工字鋼架共6榀工字鋼架縱向采用Φ25鋼筋連接成一個(gè)整體，環(huán)向間距1.0m；

4.仰坡加固的鋼筋網(wǎng)片加長(zhǎng)與雙排小導(dǎo)管焊接牢固；

5.對(duì)拱架進(jìn)行滿噴C20砼，與仰坡加固的砼連通成一個(gè)整體；

6.對(duì)小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固；

7.再按照上圖的核心土方案進(jìn)行開挖。

四、方案實(shí)施

1.洞口清理及臨時(shí)加固

對(duì)垮塌的土體進(jìn)行了清理，并對(duì)洞口范圍內(nèi)的巖體進(jìn)行了素噴砼封閉。

2.超前小導(dǎo)管的安裝

（1）布孔及小導(dǎo)管安裝

為加固軟弱圍巖，將孔布在拱部開挖輪廓線外10厘米，孔深3.6米，環(huán)距30厘米，內(nèi)外環(huán)間距30cm，小導(dǎo)管與隧道頂縱向夾角10—15°。小導(dǎo)管采用φ40熱扎無(wú)縫鋼管長(zhǎng)4.0米。管壁上每隔15厘米交錯(cuò)鉆直徑為φ8毫米的眼，外露部分的2.4m不進(jìn)行鉆眼。

3.安裝洞外的鋼拱架

（1）測(cè)量人員放出拱架的位置，拱架的臨時(shí)拱架的位置埋入地面下50cm，同時(shí)對(duì)拱架的基底進(jìn)行砼硬化處理；

（2）安裝拱架，拱架間距60cm/榀，明暗洞交接處采用并排的雙榀工字鋼架，并將小導(dǎo)管焊接在拱架的外側(cè)，同時(shí)進(jìn)行拱架的縱向連接鋼筋的焊接，

4.錨桿施工

從拱架間的空隙處與隧道軸線呈45°向兩側(cè)施打Φ25中空注漿錨桿錨桿，桿體長(zhǎng)度4.0m，根據(jù)實(shí)際情況，錨桿與某榀拱架焊接牢固后進(jìn)行桿體注漿。

5.噴射砼

接下來(lái)就進(jìn)行噴射C20砼施工，拱架的外圍覆蓋一層竹膠板，保證砼的外輪廓圓順，完畢后拆除竹膠板。

6.小導(dǎo)管注漿

（1）漿液采用水泥凈漿，水泥選用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C＝0.8～1.0，注漿壓力0.5～1.0Mpa。

（2）注漿設(shè)備

主要設(shè)備有：BW-250/49注漿泵2臺(tái)，HJ25型砂漿攪拌機(jī)2臺(tái)。

（3）注漿操作要點(diǎn)

a.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整水灰比，一般在注漿量較大，注漿壓力較低時(shí)，漿液的濃度應(yīng)調(diào)高，膠凝時(shí)間應(yīng)縮短，以控制漿液擴(kuò)散范圍和注漿量；在注漿量較小，注漿壓力高的場(chǎng)合，漿液的濃度應(yīng)適當(dāng)降低，膠凝時(shí)間也應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，這樣才能使?jié){液得到充分地?cái)U(kuò)散，保證注漿質(zhì)量。發(fā)生漏漿時(shí)，通過(guò)調(diào)整漿液配合比使其濃度加大，膠凝時(shí)間縮短，并采取間隔注入的方法，便可有效地將其控制住。

b.小導(dǎo)管在注漿前管口套入一個(gè)φ50的膠管，綁扎牢靠，外露30cm～40cm，注漿完畢后先不脫出注漿管，將膠管反綁在小導(dǎo)管上再脫去注漿管，保證注漿壓力流失小。

7.掘進(jìn)開挖

（1）注漿后4小時(shí)可進(jìn)行短臺(tái)階法施工，開挖采用風(fēng)鎬掏出土體，每循環(huán)進(jìn)尺60cm。并根據(jù)圍巖地質(zhì)情況的變化和人工操作的方便適時(shí)開挖高度。減少對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。施工時(shí)密切注視圍巖動(dòng)向，及時(shí)反饋信息指導(dǎo)施工。

（2）開挖出來(lái)的巖體及時(shí)進(jìn)行素噴砼施工，再進(jìn)行其他的初期支護(hù)施工；

（3）洞口段的第一個(gè)循環(huán)小導(dǎo)管插入3.6m，在進(jìn)尺2.6m后，再按照設(shè)計(jì)要求的超前支護(hù)施工；

（4）進(jìn)尺8～10m后，根據(jù)圍巖的軟弱情況，輪廓線周邊可以輔助實(shí)施一些弱松動(dòng)爆破的掘進(jìn)措施，進(jìn)行跳眼裝藥爆破，每眼的裝藥數(shù)量嚴(yán)格控制，根據(jù)巖質(zhì)的情況考慮1/3～1/2管節(jié)的藥量。

（5）圍巖狀況允許的條件下施打掏槽眼進(jìn)行爆破，但也是嚴(yán)格控制每孔的藥量。

a.嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，掏槽眼深度不超過(guò)0.8米，每循環(huán)進(jìn)尺0.6米左右；以減少對(duì)圍巖的影響。

b.周邊眼間距取30厘米，用小直徑藥卷，便于控制周邊眼的裝藥量，藥卷反綁在破開成一半的竹板上，向孔眼內(nèi)送藥時(shí)，保證竹片靠在上方，這種操作能控制一定的光爆效果。

c.炮眼偏差不大于3厘米，鉆孔要長(zhǎng)度整齊，方向準(zhǔn)確，外插角合理且周邊斜率相同。

8.初期支護(hù)

開挖完畢后，及時(shí)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初期支護(hù)的施工，并加強(qiáng)圍巖的周邊收斂、地表下沉和拱頂下沉觀測(cè)，根據(jù)回歸分析后的數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整開挖的進(jìn)尺和初期支護(hù)的施工參數(shù)。

環(huán)山坪隧道實(shí)踐證明了采用雙排超前支護(hù)短臺(tái)階法配合留核心土環(huán)狀開挖法和“以退為進(jìn)”的洞外加固法施工，是安全進(jìn)洞的一種行之有效的科學(xué)的施工方案，可以廣泛的應(yīng)用在隧道埋深淺、圍巖軟弱等地質(zhì)情況下的進(jìn)洞施工中。這種方案既有利于進(jìn)洞的安全，又有效地節(jié)約了成本。

參考文獻(xiàn)：

[1].劉樹立.淺談公路隧道新奧法基本施工方法.中華建筑報(bào)，2003

[2].王石春.隧道工程巖體分級(jí).西南交大，2007