王 鑫

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西中部引黃工程建設(shè)管理有限公司，山西 太原 030002）

隧洞進(jìn)口覆蓋層因長期受自然侵蝕，基巖結(jié)構(gòu)破損、土壤結(jié)構(gòu)軟弱、砂礫結(jié)構(gòu)松動，極易失穩(wěn)形成滑坡；且大都位于山坡地段，流水、風(fēng)蝕等自然條件會對該區(qū)域造成侵蝕，導(dǎo)致區(qū)域穩(wěn)定性降低[1]；部分進(jìn)口地形地貌極不規(guī)則，容易形成不規(guī)則受力情況，導(dǎo)致坍塌事故；部分山體斷層向洞口側(cè)延伸，會導(dǎo)致大體積滑坡和泥石流等事故隱患。因此在進(jìn)行隧道進(jìn)口施工時(shí)，要嚴(yán)格遵循相關(guān)施工要求，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容以及實(shí)際施工狀況，選取行之有效的施工方案。根據(jù)山西中部引黃工程西干線施工5號支洞淺埋段的邊仰坡施工、洞口施工以及洞身段的施工情況，對隧道洞口淺埋段的施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工程概況

山西中部引黃工程施工22標(biāo)西干線施工5號支洞與西干線主線相交于樁號西13+563處，支洞口中心底高程1 231 m，縱坡22.46%，斜長1 347.81 m，隧洞為城門洞型斷面，開挖尺寸5 m×4 m。支洞樁號0+000—0+020段屬于淺埋段，埋深5～30 m，為淺埋段。洞口表層為全風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化帶，洞內(nèi)圍巖為灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r，圍巖自穩(wěn)性差，工程地質(zhì)分類為Ⅴ類。

2 總體施工方案

5號施工支洞淺埋段總體施工方案包括洞臉部分刷坡處理及排水加固；洞口段設(shè)套拱；洞口開挖及超前大管棚支護(hù)施工；洞身開挖噴錨、鋼支撐及超前小導(dǎo)管注漿加固處理等。具體施工流程為邊仰坡施工和加固及地表排水、洞口開挖與支護(hù)、洞身超前支護(hù)及開挖、噴錨施工、安裝拱部鋼架、復(fù)噴、安全監(jiān)測。

2.1 邊仰坡施工和防護(hù)及地表排水

2.1.1 邊仰坡開挖和防護(hù)

邊仰坡施工過程中，首先根據(jù)施工控制點(diǎn)，定出開挖軸線、邊線；邊坡開挖按照1∶0.7放坡開挖，開挖方式采用機(jī)械開挖，采取自上而下的開挖方式分層開挖，在開挖至距離坑底30 cm時(shí)，由人工進(jìn)行清理整平；及時(shí)澆筑墊層，防止基底水分蒸發(fā)損失，導(dǎo)致土體膨脹。

遇到土體較為堅(jiān)硬或巖石時(shí)，利用風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行處理。

開挖結(jié)束之后，應(yīng)立即對仰坡進(jìn)行噴錨加固。具體施工方法為采用噴射混凝土、錨桿加鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加固。錨桿采用長度為4 m的直徑20 mm鋼筋錨桿，按照1.5 m×1.5 m間距進(jìn)行梅花形布設(shè)。鋼筋網(wǎng)片采用直徑8 mm鋼筋，網(wǎng)格尺寸為200 mm×200 mm，網(wǎng)片尺寸為4 m×4 m，網(wǎng)片之間采用點(diǎn)焊連接，搭接長度為1～2個(gè)網(wǎng)格。

噴射混凝土厚度為120 mm，噴射時(shí)應(yīng)按以下要求進(jìn)行：①錨桿錨入后先進(jìn)行50 mm初噴，鋼筋網(wǎng)掛網(wǎng)之后再噴射70 mm，二次噴射前要確保網(wǎng)片與錨桿連接牢靠；②砂層地段先鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，沿環(huán)向壓緊后再噴射混凝土；③噴射過程中如有脫落的石塊或混凝土塊時(shí)，及時(shí)清理后再進(jìn)行噴射。施工結(jié)束后在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾游灰票O(jiān)測點(diǎn)，以便觀測坡體平面及豎向位移，為應(yīng)急措施提供重要原始數(shù)據(jù)資料。

2.1.2 邊仰坡地表排水措施

由于邊仰坡部分巖體破碎，遇水后巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降，開挖過程中必須設(shè)置排水措施確保穩(wěn)定性。開挖時(shí)在洞頂及邊坡兩側(cè)設(shè)置M 7.5漿砌石排水溝，排水溝底進(jìn)行抹漿處理，防止降水對邊坡的沖刷，以及滲流至邊坡內(nèi)部。同時(shí)在邊仰坡加固處理時(shí)在坡面預(yù)留排水孔，排水孔采用直徑50 mm的PVC花管插入，外露10 cm。

2.2 洞口段大管棚施工

洞口段施工利用大管棚及鋼拱架支護(hù)，確保洞口頂部位置安全穩(wěn)定。套拱采用C25混凝土，縱向設(shè)置長度2 m，厚度40 cm；內(nèi)設(shè)3榀I 18鋼拱架，間距70 cm，采用直徑25 mm鋼筋連接，環(huán)向間距1 m。

沿開挖輪廓線設(shè)一環(huán)長15 m的大管棚，采用直徑60 mm、壁厚6.0 mm的無縫鋼管，管棚頂拱位置間距20 cm，起拱線以下位置間距為40 cm，管壁周圍設(shè)置孔距10 cm，孔徑8 mm的注漿孔（呈梅花型布置），仰角1°～2°；管內(nèi)注漿材料采用體積比為1∶0.5的水泥—水玻璃雙液漿，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃采用Ⅱ型水玻璃，重量為1.36 g/cm3，水玻璃濃度為38.4 Be°，水泥漿液水灰比為0.6∶1～1∶1；注漿壓力0.5～1.2 MPa；漿液擴(kuò)散半徑0.5 m；施工中可根據(jù)實(shí)際施工情況調(diào)整灌漿壓力。

需要注意的是注漿前應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，參數(shù)通過試驗(yàn)后可適當(dāng)調(diào)整。

2.3 洞身開挖及其一次支護(hù)施工

2.3.1 洞身開挖

洞身開挖遵循“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤測量”的原則，爆破時(shí)嚴(yán)格控制炮眼深度及裝藥量，并按照規(guī)范要求進(jìn)行監(jiān)控測量，及時(shí)分析洞身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為支護(hù)參數(shù)調(diào)整、二次襯砌的時(shí)機(jī)提供依據(jù)。

本工程采用全斷面開挖方式進(jìn)行開挖，由于5號支洞洞口淺埋段地質(zhì)圍巖主要為Ⅴ類，開挖爆破循環(huán)進(jìn)尺基本控制在1.2 m以內(nèi)，采取弱爆破施工，開挖前采用超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，開挖一輪，支護(hù)一輪，對于不良地質(zhì)洞段，還采用了超前小導(dǎo)管注漿的支護(hù)方式。

開挖程序：施工準(zhǔn)備、測量放樣、超前支護(hù)、鑿巖機(jī)就位、鉆鑿炮眼、裝藥連線、爆破網(wǎng)絡(luò)檢查、起爆、通風(fēng)排煙、排險(xiǎn)、出渣、噴錨加固。

2.3.2 一次支護(hù)施工要求及參數(shù)

洞身開挖之前先進(jìn)行超前錨桿支護(hù)，開挖之后支護(hù)方式采用噴錨加立鋼拱架。具體支護(hù)流程是：在隧洞開挖之后，噴射混凝土封閉巖面，再打設(shè)錨桿、架設(shè)鋼拱架、掛鋼筋網(wǎng)片，最后對初噴巖面進(jìn)行清理后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

（1）超前錨桿：超前錨桿在頂拱135°范圍布置，外露長度50 cm，外插角3°，搭接長度不小于1 m，錨桿的鉆孔孔徑應(yīng)大于錨桿直徑，全部采用“先安錨桿后注漿”的施工程序，注漿錨桿注漿管插至孔底，回抽3～5 cm，注漿管借漿壓緩緩?fù)顺?，直至孔口溢出?/p>

（2）初噴：洞身開挖之后，盡快對受噴巖面進(jìn)行處理，清理危石、浮渣，并迅速對施工掌子面及洞身部位進(jìn)行混凝土初噴，初噴厚度不小于40 mm，防止碎石掉落，確保安全，減小洞身圍巖變形。

（3）隨機(jī)錨桿：在洞身拱部133°范圍內(nèi)布設(shè)直徑20 mm錨桿，長度2 m，縱向間距1 m，錨桿布設(shè)方向與巖面垂直，錨墊板與巖面密貼，錨固密實(shí)。

（4）鋼拱架：采用I18鋼拱架，縱向間距0.5～1 m，初噴后及時(shí)安裝鋼架，采用與隨機(jī)錨桿及鎖腳錨桿方式固定，縱向采用直徑20 mm鋼筋連接，間距1 m，然后再復(fù)噴混凝土。

（5）鋼筋網(wǎng)片：網(wǎng)片采用直徑8 mm鋼筋，網(wǎng)格尺寸為200 mm×200 mm，網(wǎng)片尺寸為2 m×2 m，網(wǎng)片之間采用點(diǎn)焊連接，搭接長度為1~2個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)片隨初噴巖面的起伏進(jìn)行鋪設(shè)，與受噴面間隙不大于20 mm，與錨桿或其它固定裝置連接牢靠。

（6）復(fù)噴：上述工序完成之后，進(jìn)行分層復(fù)噴，復(fù)噴厚度每層不小于40 mm，后一層噴射時(shí)間應(yīng)在前一層混凝土終凝之后進(jìn)行，往復(fù)噴射至設(shè)計(jì)厚度120 mm。噴射過后應(yīng)對噴射混凝土回彈率進(jìn)行檢測，拱部回彈率應(yīng)控制在25%，邊墻回彈率控制在15%以內(nèi)。

（7）安全監(jiān)測：安全監(jiān)測是隧道施工的重要環(huán)節(jié)，隧洞開挖及一次支護(hù)完成之后，設(shè)置圍巖收斂、沉降監(jiān)測斷面，淺埋段隧道沉降收斂監(jiān)測斷面間距應(yīng)加密設(shè)置，間距為2～5 m，每個(gè)斷面設(shè)置4～8個(gè)點(diǎn)，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)量測頻率堅(jiān)持觀測，及時(shí)整理分析數(shù)據(jù)，繪制動態(tài)監(jiān)測曲線圖，若發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。

3 不良地質(zhì)洞段施工

3.1 超前小導(dǎo)管施工

不良地質(zhì)洞段施工時(shí)，開挖前在拱頂范圍內(nèi)，設(shè)置超前小導(dǎo)管注漿。超前小導(dǎo)管采用直徑42 mm熱軋鋼管制作，管長5.0 m（預(yù)留止?jié){段不小于100 cm），鋼管間距0.4 m。小導(dǎo)管孔位外插角度為3°，偏向洞外，鉆孔孔徑比小導(dǎo)管大20～30 mm。循環(huán)搭接長度1.5 m，掌子面外露0.5 m，管棚與下部鋼拱架焊接，采用壓注水泥砂漿進(jìn)行圍巖注漿加固（有堵水要求時(shí)可采用水泥—水玻璃雙液漿或化學(xué)灌漿），注漿壓力不大于0.2 Mpa。

通過灌漿可改善和增強(qiáng)圍巖的力學(xué)性能，在預(yù)挖隧洞周圍形成一層止水和承載體；同時(shí)管體又能起到超前錨桿的作用，從而提高開挖面周圍巖體的自穩(wěn)能力，保證施工安全。

3.2 底板換填處理

通過底板換填處理，減小后期清底及墊層澆筑。在開挖時(shí)，底板超挖20 cm，在進(jìn)行立鋼拱架時(shí)，底板設(shè)置I 14型工字鋼橫撐，采用C20噴射混凝土回填。

3.3 混凝土跟進(jìn)襯砌

通過變形監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)隧洞圍巖變形速率急增，在采取一期支護(hù)及加強(qiáng)支護(hù)措施后，尚不能滿足穩(wěn)定要求時(shí)，及時(shí)進(jìn)行二期混凝土襯砌。

在隧道洞口淺埋段施工過程中，選取洞口淺埋段施工方法時(shí)，應(yīng)綜合權(quán)衡施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，選取切實(shí)可行的實(shí)施方案[2]，同時(shí)根據(jù)地質(zhì)描述，針對不良地質(zhì)情況可能產(chǎn)生的災(zāi)害后果，采取全面的安全支護(hù)措施。如采取大管棚、小導(dǎo)管注漿等超前支護(hù)；開挖后及時(shí)采取錨噴封閉，加密網(wǎng)片、鋼拱架，增加噴護(hù)厚度等行之有效的安全措施，消除地質(zhì)隱患，保證施工安全。

4 結(jié)語

隧洞淺埋段施工，普遍存在地質(zhì)條件差的問題，為了保證工程的安全性和穩(wěn)定性，施工過程中必須采取合理可靠的施工技術(shù)，嚴(yán)格按淺埋段施工技術(shù)要求，采取超前支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤觀測等措施，確保順利進(jìn)洞。