淺析軟弱圍巖公路隧道施工方法

袁玲

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 貴州貴陽 550000）

淺析軟弱圍巖公路隧道施工方法

袁玲

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 貴州貴陽 550000）

本文結(jié)合具體的工程實例對軟弱圍巖公路隧道施工方法進(jìn)行分析，并對超前小導(dǎo)管灌注施工、微臺階法、初期支護(hù)、底部仰拱、襯砌、監(jiān)測等方面做出研究，希望能為相關(guān)工作提供借鑒。

公路隧道；軟弱圍巖；支護(hù)；襯砌

1 引言

隧道對于公路建設(shè)而言是重中之重，不僅因為隧道可以大幅縮短公路的距離，還因為其施工難度很高，所以必須對其施工予以關(guān)注。軟弱圍巖大變形段的存在給隧道施工造成了很大的負(fù)面影響，尤其是施工安全和施工質(zhì)量這兩個方面，更是遭受到嚴(yán)峻的考驗。因此，必須加強(qiáng)對大變形段注漿加固的研究分析，找準(zhǔn)加固半徑和注漿時間，確保加固效果最好。

2 工程概況

本次研究以某段高速公路隧道工程為例，此段隧道穿過山體自然沖溝范圍，處于嚴(yán)重淺埋、偏壓段，最小埋深只有0.8m，巖石類型主要為片巖、泥灰?guī)r、頁巖等，并且存在很多裂縫，風(fēng)化非常嚴(yán)重，再加上地下水較為發(fā)育，導(dǎo)致隧道圍巖的穩(wěn)定性非常差，如果不及時采取有效的措施進(jìn)行固定，特別容易出現(xiàn)掉塊、坍塌等問題，因此在施工的過程中存在極大的風(fēng)險，對施工技術(shù)的要求較高。

3 軟弱圍巖的變形與控制措施

3.1 圍巖的變形

以空間為依據(jù)可將圍巖變形情況劃分成三大部分：①掌子面在隧道前方發(fā)生水平位移，出現(xiàn)水平鼓起現(xiàn)象；②掌子面前部發(fā)生圍巖下沉，隧道淺埋地段地表下沉，出現(xiàn)沉降槽；③隧道剛被開挖，其洞壁就發(fā)生收斂變形現(xiàn)象，出現(xiàn)邊墻向內(nèi)移動，拱頂下沉。上述三種情形通常是在同一時間發(fā)生的，由于軟弱圍巖質(zhì)地松散、軟弱，自穩(wěn)能力極差，開挖后極易出現(xiàn)變形坍塌，致使洞壁臨空，這時就需要重新調(diào)整圍巖應(yīng)力。開挖隧道時，若圍巖與洞壁在凈空方向處發(fā)生變形，且未能進(jìn)行即刻的支護(hù)，或支護(hù)不到位，支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，不能抵擋其變形力時，就會破壞圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)，引起坍塌。軟弱圍巖通常需要鋼筋網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行處理，以提高其粘附性及抗剪強(qiáng)度。隧道施工過程中若遇到弱圍巖淺埋、偏壓軟弱圍巖淺埋地段則通常難以在拱部正常形成拱形，軟弱圍巖偏壓地段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承載的荷載存在較為明顯的差異性，施工過程中極易導(dǎo)致初期支護(hù)縱向開裂、錯臺等現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重時甚至?xí)鹚健Ｖёo(hù)結(jié)構(gòu)尚未封閉前，應(yīng)合理的對支護(hù)結(jié)構(gòu)的下沉情況進(jìn)行控制?？傊?，隧道施工中，軟弱圍巖變形特點主要為：變形量大、速度快、時間長、擾動范圍大等。

3.2 控制圍巖變形措施

在施工中一定要在地質(zhì)資料詳實的基礎(chǔ)上科學(xué)分析并加上超前預(yù)報，才有可能避免事件發(fā)生。在軟弱圍巖中，支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖共同構(gòu)成了承載的支護(hù)體系，而控制圍巖發(fā)生形變的關(guān)鍵就在于對支護(hù)體系的利用。在隧道施工過程中應(yīng)重視前方封堵及后方加固，以對塌方區(qū)域進(jìn)行合圍，從而有效的避免塌方惡化，提高施工安全性。開挖創(chuàng)造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護(hù)變形，隧道開挖后應(yīng)及時進(jìn)行初期支護(hù)，包括噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等，從而有效的對圍巖變形情況進(jìn)行控制。另外施工過程中還應(yīng)盡量減少開挖的斷面及跨度，以有效的對圍巖及支護(hù)變形情況進(jìn)行控制，避免塌方。另外，對于軟弱圍巖地段應(yīng)保證掌子面有足夠的穩(wěn)定性，可通過對拱頂超前支護(hù)、穩(wěn)定拱腳的鎖腳錨管等進(jìn)行維護(hù)的方式提高其穩(wěn)定性。在對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)確保其可更好的進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉，且應(yīng)有利于整體穩(wěn)定的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成，進(jìn)而盡可能減小支護(hù)自身變形。此外，還可利用超前支護(hù)方式，這種支護(hù)方式主要利用超前小導(dǎo)管，在隧道施工中，支護(hù)前方圍巖，加固周邊地層，利用雙層小導(dǎo)管加固松散地段，進(jìn)而有效擴(kuò)大加固圈范圍。

4 公路隧道軟弱圍巖的施工方法

4.1 超前小導(dǎo)管灌注施工

由于公路隧道圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，形變速度快，壓力大、自穩(wěn)周期短暫，在施工時或施工后容易造成坍塌等事故。根據(jù)隧道工程的實際情況，決定使用超前小導(dǎo)管等方式對圍巖進(jìn)行灌漿加固。本工程選用長度為3m、外徑保持在42mm的導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，導(dǎo)管設(shè)置間距為0.4m，環(huán)形套管中共含有37支導(dǎo)管，每隔1.5m設(shè)置一環(huán)，縱向連接長度不得低于1m，外插角度保持在10～15°之內(nèi)，導(dǎo)管末端直接焊接在鋼筋架上。漿液使用水泥砂漿，水泥、石灰用量相同，外摻水玻璃，摻量為5%總重。注漿孔設(shè)置完成后方可開始壓漿，漿液受壓可迅速進(jìn)入巖體，使其破碎結(jié)構(gòu)充分黏結(jié)，以形成高強(qiáng)抗?jié)B的整體結(jié)構(gòu)[1]。

4.2 微臺階法

公路隧道開挖施工運(yùn)用微臺階法，整個斷面按3層進(jìn)行開挖，上層臺階的長度為4～5m，高度為4.8m，如圖1所示。每開挖兩榀即進(jìn)尺1.0m；在對下層臺階進(jìn)行開挖時，先挖出右側(cè)雛形，兩榀為一級分級進(jìn)尺，左側(cè)稍落后，約三榀，進(jìn)尺與右側(cè)相同；仰拱開挖緊跟臺階進(jìn)行。開挖時，應(yīng)對爆破進(jìn)尺進(jìn)行準(zhǔn)確控制，將上層臺階進(jìn)尺情況作為基礎(chǔ)指標(biāo)；臺階開挖需同步推進(jìn)；控制交錯距離，確保拱架有一只拱腳觸地，否則會引發(fā)掉拱事故。若隧道圍巖破碎情況嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)縮減進(jìn)尺，每次只能開挖出0.5m。

4.3 初期支護(hù)

在初期支護(hù)階段，采用的支護(hù)方式為錨噴支護(hù)方式，即將型號為I16的型鋼鋼架使用直徑為22mm鋼筋環(huán)相連接，其間距保持在50cm，鋼筋之間的距離為1m。對于系統(tǒng)錨桿來說，采用的鋼筋直徑為22mm，長度為350cm，按照梅花的形式布置，其間距為80cm。鋼筋網(wǎng)采用直徑為8mm的鋼筋組成，其間距為20cm×20cm，然后利用型號為C25的混凝土進(jìn)行噴射，其厚度為24cm。另外，在隧道施工的過程中，如果發(fā)現(xiàn)局部圍巖出現(xiàn)變形的情況，為了增強(qiáng)支護(hù)的效果，則需要將出現(xiàn)變形地段靠山體一側(cè)的系統(tǒng)錨桿更換，變?yōu)橄到y(tǒng)導(dǎo)管，導(dǎo)管的長度為450cm，并注入水泥、水玻璃雙漿液，為了提高注漿的質(zhì)量，需要將注漿的壓力控制在0.5～0.8MPa之間。

4.4 底部仰拱

早日成環(huán)是運(yùn)用微臺階法的宗旨，及時對落底進(jìn)行封閉成環(huán)是保證早期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，避免沉降與收斂的捷徑之一。仰拱初期支護(hù)應(yīng)與開挖掌子面緊緊跟隨，單次開挖長度不宜過大，完成開挖后的路段應(yīng)立即設(shè)置鋼拱架，同時噴上混凝土完成封閉，如果開挖后的路段未得到上述處理，則在長時間的暴露情況下容易出現(xiàn)失穩(wěn)、沉降或收斂。針對不存在仰拱段的路段，仰拱應(yīng)低于下層臺階約15～20m，這樣主要是為出渣提供便利條件，滿足車輛活動要求即可，不宜過長。仰拱施工以前，應(yīng)徹底清除拱底雜物，同時進(jìn)行排水設(shè)置，將隧道中的滲透水引排到仰拱段之外，隨后方可進(jìn)行澆筑施工。

4.5 襯砌

該隧道運(yùn)用復(fù)合式防水襯砌。襯砌結(jié)構(gòu)由C25防水混凝土澆筑而成，抗?jié)B等級可達(dá)S8。防水設(shè)計將排水作為核心，充分結(jié)合防水與排水，遵循結(jié)構(gòu)自身防水這一基本原則，強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)自身的防水、抗?jié)B性能，同時將伸縮縫與變形縫作為主要防范對象，通過加設(shè)防水層等方式予以輔助。一襯與二襯之間會存在一定的空隙，在此空隙中設(shè)置透水管，并在外墻側(cè)鋪設(shè)排水管。襯砌施工需要在隧道圍巖保持穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，襯砌混凝土的澆筑要點為：①各量測內(nèi)容變化情況趨于穩(wěn)定，圍巖保持平穩(wěn)；②已完成位移達(dá)到預(yù)期限度的90%左右；③襯砌周邊位移速度不超過0.10～0.20mm/d，且拱部沉降速度低于0.07～0.15mm/d，及時進(jìn)行封閉成環(huán)。

5 隧道監(jiān)控量測

5.1 超前地質(zhì)預(yù)報

隧道開挖前需進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，隧道施工過程中加強(qiáng)測量監(jiān)控，以實時全面掌握圍巖動態(tài)和支護(hù)工作狀態(tài)，并依據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整隧道的掘進(jìn)和支護(hù)方案，確保圍巖穩(wěn)定和施工安全。根據(jù)不同地質(zhì)條件，超前地質(zhì)預(yù)報工作按照上下對照、長短結(jié)合、定性與定量相結(jié)合的辦法來確保預(yù)報的準(zhǔn)確性。據(jù)各種探測方法的特點分長距離控制和短距離驗證預(yù)報。長距離宏觀控制預(yù)報：采用TSP202超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)進(jìn)行距離100～150m的預(yù)報。短距離預(yù)報：采用地質(zhì)素描法，在隧道施工中全段進(jìn)行，地質(zhì)素描內(nèi)容主要包括對開挖掌子面和洞身周邊綜合分析圍巖的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地下水情況，分析判斷開挖面前方圍巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)狀況，并據(jù)此提出工程措施建議和進(jìn)一步預(yù)報的方案。

5.2 監(jiān)控測量項目的設(shè)置

5.2.1 必測項目

拱頂沉降和周邊收斂是隧道圍巖力學(xué)形態(tài)變化最為直觀的表現(xiàn)，具有測量結(jié)果直觀、測試數(shù)據(jù)可靠、測量儀表長期穩(wěn)定性好、抗外界干擾性強(qiáng)等優(yōu)點，是隧道開挖過程中首選的監(jiān)測項目。必測項目的測量間距一般為20～50m，但對于洞口段、淺埋地段，特別軟弱地層段等危險條件應(yīng)小于20m，間距為每5～50個量測斷面。拱頂下沉測點和周邊收斂測點應(yīng)布置在同一斷面上，測點布置如圖1所示。地表下沉觀測點可直觀了解隧道開挖過程中上方地表的變位情況，并防止邊坡及仰坡的坍塌。地表測點按斷面進(jìn)行埋設(shè)，如圖2所示。

圖1 洞內(nèi)拱頂沉降及凈空變形測點布置圖

圖2 地表測點埋設(shè)示意圖

5.2.2 選測項目

該段施工選測項目有地表下沉、圍巖內(nèi)部位移、圍巖壓力、錨桿軸力及鋼支撐內(nèi)力及外力的監(jiān)測。

6 結(jié)束語

在公路隧道的軟弱圍巖中，由于其有沉降量大、形變不規(guī)律、穩(wěn)定性差等問題，使得基于軟弱圍巖展開的隧道施工難度極大，稍有不慎就會造成坍塌等事故。為此，在施工以前必須制定細(xì)致且切實可行的方案，開挖過程中需嚴(yán)格遵循“導(dǎo)管超前、規(guī)范注漿、縮短進(jìn)尺、加強(qiáng)支護(hù)、及時封閉、多次量測”等基本原則，并在施工過程中運(yùn)用與實際情況相適應(yīng)的方法，充分發(fā)揮出預(yù)報系統(tǒng)與監(jiān)測單元的主要作用，進(jìn)而從根本上保證隧道施工安全。

[1]張雅鯤.大斷面軟弱圍巖隧道穿越沈閻公路施工淺談[J].山西建筑，2010，36（29）：325～326.

[2]史文杰.三車道斷面公路隧道軟弱圍巖施工方法[J].山西建筑，2010，36（17）：288～289.

[3]于 洪.軟弱圍巖公路隧道開挖施工技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].低碳世界，2014（6）：267～269.

U452.1+2

A

1004-7344（2016）13-0136-02

2016-4-20