山區(qū)隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開(kāi)挖工法探討

張方杰

【摘 要】由于山區(qū)段地質(zhì)條件較差，因此隧道洞口淺埋段軟弱巖的施工工藝較為復(fù)雜。本文簡(jiǎn)要概括了本工程的情況，然后采用FLAC3D軟件對(duì)下寨隧道淺埋段軟弱圍巖的開(kāi)挖工法進(jìn)行了模擬比較，得出的結(jié)論是三臺(tái)階環(huán)型開(kāi)挖預(yù)留核心土法更有利于隧道的穩(wěn)定。文章最后提出了保證工程質(zhì)量和安全的具體措施。

【關(guān)鍵詞】隧道工程 軟弱圍巖 開(kāi)挖工法

在山區(qū)段的高速公路建設(shè)中，洞口一般都是淺埋，且由于圍巖的水文地質(zhì)條件較差，因此會(huì)對(duì)隧道的安全運(yùn)營(yíng)造成一定影響，因此，有必要對(duì)山區(qū)隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開(kāi)挖工法進(jìn)行探討。本文以下寨隧道（短隧道）為例，進(jìn)行了相關(guān)研究。

1 工程概況

下寨隧道采用雙向四車(chē)道分離式雙洞設(shè)計(jì)，位于六盤(pán)水市水城縣都格鎮(zhèn)。勘察場(chǎng)地位于峰叢谷地區(qū)，為侵蝕中山地貌，地形切割較強(qiáng)，坡面深切溝谷發(fā)育，設(shè)計(jì)洞頂覆蓋層厚度為25.2m～40m不等，圍巖主要以碎石土和強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r為主，其中強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，巖質(zhì)較軟弱，節(jié)理呈裂隙發(fā)育，其中最為明顯的就是方解石，而且，隧道開(kāi)挖過(guò)程中常常遭遇孔隙水和裂隙水流出，圍巖遇水后立刻變成泥，因此圍巖的穩(wěn)定性極差，級(jí)別被定為V級(jí)偏差。

2 對(duì)兩種工序的FLAC3D模擬

2.1 兩種工法工序的流程比較

在雙向四車(chē)道山區(qū)高速公路隧道洞口段、圍巖較差段的開(kāi)挖過(guò)程中，比較常用的工法有：環(huán)型開(kāi)挖預(yù)留核心土法、中隔壁法、短臺(tái)階開(kāi)挖法、交叉中隔壁法以及雙側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖法等。 本文中，通過(guò)FLAC3D計(jì)算機(jī)軟件對(duì)環(huán)型預(yù)留核心土法和中隔壁法進(jìn)行了數(shù)據(jù)模擬，以選擇最佳的開(kāi)挖方案。環(huán)型預(yù)留核心土法的工序流程依次為：開(kāi)挖環(huán)型土、施作環(huán)型周邊初支、開(kāi)挖上一循環(huán)的核心土、開(kāi)挖中臺(tái)階、施作中臺(tái)階初支、開(kāi)挖下臺(tái)階、施作下臺(tái)階初支、開(kāi)挖仰拱部分、施作仰拱初支、施作仰拱及仰拱回填、施作二襯。中隔壁法的工序流程依次為：開(kāi)挖外側(cè)上臺(tái)階、施作永久初支和臨時(shí)初支、開(kāi)挖外側(cè)下臺(tái)階、施作永久初支和臨時(shí)初支、開(kāi)挖外側(cè)仰拱部分、施作內(nèi)側(cè)仰拱永久初支和臨時(shí)初支、開(kāi)挖內(nèi)側(cè)上臺(tái)階、施作內(nèi)側(cè)上臺(tái)階初支、開(kāi)挖內(nèi)側(cè)上臺(tái)階、施作內(nèi)側(cè)下臺(tái)階初支、開(kāi)挖內(nèi)側(cè)仰拱部分、施作內(nèi)側(cè)仰拱初支、拆除臨時(shí)初支、施作仰拱及仰拱回填、施作二襯。

2.2 兩種工序采用FLAC3D模擬的相關(guān)數(shù)值比較

兩種工序采用FLAC3D模擬的位移數(shù)值比較，見(jiàn)下表1。

表1 兩種工序采用FLAC3D模擬的位移數(shù)值比較

類別

三臺(tái)環(huán)型開(kāi)挖預(yù)留核心土開(kāi)挖法FLAC3D模擬數(shù)值

中隔壁法FLAC3D模擬數(shù)值

10m

20m

30m

40m

50m

10m

20m

30m

40m

50m

周邊收斂位移1

22.35

22.98

23.45

23.17

21.65

44.52

46.17

53.28

45.19

42.33

周邊收斂位移2

61.32

62.28

61.90

62.34

61.59

82.33

89.78

92.56

88.78

80.78

拱頂下沉位移

99.45

100.34

102.45

98.56

97.45

109.78

111.45

122.46

109.89

107.58

從上表1中可以看出，采用中隔壁開(kāi)挖法進(jìn)行開(kāi)挖，典型監(jiān)控點(diǎn)的周邊收斂位移較大，最大值可以達(dá)到90多m；拱頂下沉位移較大，均在100m以上，最大值甚至達(dá)到了120m。采用三臺(tái)階環(huán)型開(kāi)挖預(yù)留核心土開(kāi)挖法位移較小，最小值僅為20多m；拱頂下沉位移較小，甚至少了20多m。周邊收斂的位移和拱頂下沉位移較小，均有利于成洞段的穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)兩種工序方法的FLAC3D模擬，可以得到對(duì)典型監(jiān)控點(diǎn)的周邊收斂位移和拱頂下沉位移數(shù)值。而通過(guò)對(duì)兩組數(shù)值的比較分析可以看出，在對(duì)山區(qū)隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開(kāi)挖時(shí)，采用三臺(tái)階環(huán)型開(kāi)挖預(yù)留核心土挖法比中隔壁開(kāi)挖法更佳，前者更有利于保證隧道的穩(wěn)定性。

3 超前長(zhǎng)管棚施工

超前長(zhǎng)管棚采用水平地質(zhì)鉆機(jī)造孔，鋼管采用鉆機(jī)推進(jìn)器頂進(jìn)，高壓注漿泵注漿。施作套拱：在洞口里程外起拱線以下路基土石方留一長(zhǎng)約5m平臺(tái)，然后在洞外洞口交界處架立鋼架，用連接筋焊接成一整體。在鋼支撐上安設(shè)導(dǎo)向鋼管，數(shù)量、環(huán)向間距和外插角與長(zhǎng)管棚設(shè)計(jì)一致。導(dǎo)向鋼管的安裝要測(cè)量精確定位，使鋼管位置與方向準(zhǔn)確無(wú)誤，導(dǎo)向鋼管與鋼架焊為整體。然后按設(shè)計(jì)澆筑導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻完成后，噴射砼封閉周?chē)銎旅妫苑乐節(jié){液從周?chē)銎聺B漏。搭設(shè)鉆孔平臺(tái)架、安裝鉆機(jī)。

4 工程質(zhì)量和安全保證措施

4.1 施工方面

（1）在隧道開(kāi)挖前，要委托第三方采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)提前對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘測(cè)，同時(shí)利用超前水平鉆孔方法，掌握掌子面前方圍巖情況和地質(zhì)信息，根據(jù)勘測(cè)結(jié)果調(diào)整施工方案，避免因施工方法不當(dāng)或支護(hù)措施不到位引起的初支變形坍塌，同時(shí)也可以有效避開(kāi)涌水等地質(zhì)災(zāi)害，以保證隧道施工的安全。（2）在偏壓、淺埋等地質(zhì)較差的隧道洞口設(shè)置長(zhǎng)管棚、洞身長(zhǎng)管棚、超前小導(dǎo)管等超支防護(hù)措施，以減少對(duì)邊仰坡的開(kāi)挖，防止坍塌，保證工作人員進(jìn)洞的安全。（3）在施工過(guò)程中，要加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量，各項(xiàng)目組成立監(jiān)控測(cè)量小組，每天對(duì)拱頂下沉以及水平收斂的情況進(jìn)行測(cè)量并收集數(shù)據(jù)，由專業(yè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線回歸分析，當(dāng)拱頂下沉以及水平收斂的速率達(dá)到每分鐘5mm或者是整體位移達(dá)到100mm時(shí)，要暫停工程項(xiàng)目，上報(bào)有關(guān)部門(mén)分析相關(guān)原因，并采取措施進(jìn)行及時(shí)處理。第四，在隧道開(kāi)挖之后，初期支護(hù)要封閉成環(huán)，同時(shí)，襯砌施工也要及時(shí)跟進(jìn)，二次襯砌掌子面的距離V級(jí)圍巖不得大于70m。

4.2 管理方面

在隧道施工安全管理方面要落實(shí)各級(jí)人員的責(zé)任。（1）加大對(duì)施工安全的宣傳教育，增強(qiáng)施工人員的安全防范意識(shí)，克服施工人員的僥幸心理。制定安全教育培訓(xùn)制度、安全檢查制度等各項(xiàng)管理制度，完善安全管理體系。（2）加大監(jiān)督檢查的力度。各工作組要嚴(yán)格落實(shí)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)消除各種安全隱患；檢查小組要不定期的對(duì)隧道工程進(jìn)行專項(xiàng)檢查，查處和整治各類安全隱患。（3）加大對(duì)重大事故處理的力度，嚴(yán)厲打擊偷工減料、粗制濫造等行為，對(duì)事故責(zé)任人進(jìn)行嚴(yán)厲的處罰。

5 結(jié)語(yǔ)

受地質(zhì)條件的影響，山區(qū)公路隧道在施工過(guò)程中易發(fā)生各種問(wèn)題，因此要采用適合本地的開(kāi)挖方法。同時(shí)在施工時(shí)，要制定整體的施工計(jì)劃，針對(duì)不同施工地點(diǎn)采取不同的施工工藝。同時(shí)要做好對(duì)工程安全的保證措施，才能有效確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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