巖溶地區(qū)淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工技術(shù)及質(zhì)量控制探討

鐘瑞強(qiáng)

在隧道施工過程中，不良地質(zhì)的出現(xiàn)是十分常見的，尤其是處在地下河管道、巖溶地區(qū)的隧道，容易誘發(fā)隧道塌方、冒頂、涌水等安全事故的發(fā)生，給隧道施工帶來非常高的安全風(fēng)險(xiǎn)。文章結(jié)合工程實(shí)例，采取長大管棚、套拱加固、設(shè)置反壓墻等施工措施，既可以提高安全系數(shù)，又能增加仰坡的穩(wěn)定性，而且能夠節(jié)能減材保護(hù)環(huán)境，減少因大刷、大挖及大范圍回填對山體及植被造成破壞，對現(xiàn)有土地資源具有良好的保護(hù)作用，對于社會(huì)民生的影響具有積極作用，為今后不良地質(zhì)段隧道進(jìn)洞施工提供參考。

巖溶地區(qū);淺埋偏壓隧道;進(jìn)洞施工;技術(shù)要點(diǎn);質(zhì)量控制

U455.4A321133

0 引言

隨著我國隧道建設(shè)工程量的不斷增加，不良地質(zhì)條件下的隧道施工十分常見，這類施工具有一定技術(shù)難度和施工風(fēng)險(xiǎn)，尤其是處在地下河管道、巖溶地區(qū)的隧道，由于整體性和穩(wěn)定性差，在進(jìn)洞施工的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突水、突泥等現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)塌方、冒頂、涌水等安全事故，而且事故發(fā)生后的處治工作難度較大，嚴(yán)重危害著工程的安全。因此，在巖溶地區(qū)偏壓隧道施工過程中，應(yīng)采取合理的施工管理方法和質(zhì)量控制措施，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效進(jìn)洞，確保隧道施工安全。

1 工程概況

新柳南高速公路吾排隧道位于來賓市忻城縣思練鎮(zhèn)吾排村東側(cè)約200 m處，為分離式+小凈距隧道，屬長隧道，右洞起止樁號(hào)YK72+060～YK73+660，設(shè)計(jì)長度為1 600 m，左洞起止樁號(hào)ZK72+040～ZK73+660，設(shè)計(jì)長度為1 620 m。該隧道區(qū)屬廣西典型的喀斯特地區(qū)，地形起伏較大，溝谷較發(fā)育，隧道由北至南先后穿越南北向的溝谷下方和東西向的巖溶石峰，隧道進(jìn)出口及洞身溝谷內(nèi)多被第四系覆蓋，山體地表基巖大面積出露。隧道洞口段位于巖溶石峰坡角與下方洼地的過渡部位，淺層溶巖較為發(fā)育，巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，隧道施工開挖若在暴雨條件下，常出現(xiàn)滑坡、崩塌等現(xiàn)象。

2 施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施

2.1 施工方案

2.1.1 施工要求

本工程隧道洞口為Ⅴ級(jí)圍巖淺埋偏壓及巖溶發(fā)育地段，地質(zhì)條件較差，施工難度較大。為保護(hù)環(huán)境及隧道安全，要求盡可能采用零開挖進(jìn)出洞的方式;洞口邊仰坡開挖前必須先修建截水溝;保證小凈距隧道進(jìn)口的圍巖穩(wěn)定及安全;進(jìn)出洞前需解決洞口的偏壓問題。

2.1.2 施工工藝流程

為了順利進(jìn)洞，本工程根據(jù)隧道洞口地形、地貌和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采取超前大管棚配合鋼架進(jìn)行預(yù)支護(hù)。隧道進(jìn)洞施工工藝流程：進(jìn)洞前準(zhǔn)備工作→超前大管棚支護(hù)→超前小導(dǎo)管支護(hù)→預(yù)留核心土法掘進(jìn)進(jìn)洞→初期支護(hù)→二襯支護(hù)→明洞施工→洞門施工。

2.2 洞口環(huán)境處理

2.2.1 地表清理

本工程對隧道洞口上方及側(cè)方的孤石、可能滑塌的表土、樹木進(jìn)行清理，不可大范圍開挖破壞原有地貌。隧道洞口路基紅線50 m長度范圍按照路基施工要求進(jìn)行清表處理。

2.2.2 截水溝、排水溝施工

（1）本工程隧道洞頂截水溝應(yīng)與兩側(cè)路基邊溝排水順接，不得沖刷路基坡面、橋臺(tái)椎體、農(nóng)田屋舍，土質(zhì)截水溝、排水溝應(yīng)隨挖隨砌。本工程隧道洞頂設(shè)置60 cm×60 cm×120 cm的梯形截水溝，防止洞外地表水進(jìn)入洞內(nèi)，截水溝根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地形接入路基邊溝，溝槽宜采用水泥砂漿或漿砌片石，或采用混凝土鋪砌溝底，使排水順暢，并盡可能多地保留地表原有植被，融入洞口地形地貌。

（2）洞口兩側(cè)排水溝尺寸大小為30 cm×40 cm，接入周邊地表排水體系，洞內(nèi)施工排水接入場地排水系統(tǒng)，保證場地內(nèi)排水通暢。隧道洞口在明洞前設(shè)置30 cm×40 cm的截水溝，防止洞外地表水進(jìn)入洞內(nèi)。截水溝頂面成品鑄鐵格柵蓋板，格柵與混凝土水溝接觸面采用3 mm厚不等邊角鋼L50×32 mm，鋼格柵與混凝土預(yù)留槽口要結(jié)合密貼。

2.2.3 仰坡施工

（1）本工程隧道洞口開挖采用明挖施工，按設(shè)計(jì)開挖邊線，分臺(tái)階自上而下逐層開挖，并及時(shí)進(jìn)行邊仰坡掛網(wǎng)錨噴防護(hù)，防止圍巖長時(shí)間暴露而風(fēng)化剝落，或因雨水浸泡而滑坍。施工時(shí)遇到石質(zhì)導(dǎo)致挖掘機(jī)無法有效作業(yè)時(shí)，采用控制爆破作業(yè)，以減少對原地層的擾動(dòng)，防止爆破震動(dòng)。

（2）每層開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行邊仰坡防護(hù)，隧道進(jìn)出口端邊仰坡面防護(hù)均為長3.5 m的 22 mm藥卷錨桿，均掛 8 mm間距20 cm鋼筋網(wǎng)，錨桿按梅花形布置，應(yīng)根據(jù)實(shí)際開挖情況，視邊坡的穩(wěn)定性增減錨桿。

（3）本工程隧道仰坡噴射10 cm厚的C20混凝土防護(hù)，噴射施工時(shí)，水泥、集料、水、速凝劑等原材料質(zhì)量需滿足相關(guān)規(guī)范要求。噴射施工前，清除邊仰坡面的浮石和墻腳的巖碴、堆積物;先在巖面噴射一層（3 cm厚）混凝土，然后安裝鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與壁面的間隙為30 mm，用環(huán)向鋼筋和錨釘或鋼架固定，再復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.2.4 超前大管棚施工

（1）隧道進(jìn)口左右洞均采用31根30 m（包括了2 m套拱長度）的 108 mm×6 mm熱軋無縫鋼管超前大管棚配合鋼架保證施工進(jìn)洞安全，環(huán)向間距40 cm。為了保證鉆孔方向，采用C30套拱作長管棚導(dǎo)向墻。

（2）套拱施工應(yīng)在暗洞超前支護(hù)施作前進(jìn)行，套拱內(nèi)設(shè)3榀Ⅰ20b工字鋼，布設(shè)31個(gè) 127 mm孔口管，孔口管與Ⅰ20b工字鋼焊為整體，套拱混凝土為C30混凝土，套拱基礎(chǔ)混凝土為C20混凝土。

（3）管棚施工順序應(yīng)自下而上，必要時(shí)搭設(shè)施工平臺(tái)。管棚應(yīng)嚴(yán)格注漿，凝固后再施作下一道工序，保證管棚與周圍巖體形成完整體系，具有足夠強(qiáng)度和剛度。鉆孔完成后及時(shí)安裝管棚鋼管，避免因時(shí)間過長出現(xiàn)塌孔，應(yīng)逐個(gè)鉆孔后立即安裝管棚。

（4）注漿前應(yīng)先進(jìn)行注漿現(xiàn)場試驗(yàn)，確定注漿施工參數(shù)，注漿過程中在管棚孔口必須有止?jié){措施，注漿結(jié)束后用M30水泥砂漿封孔，以增強(qiáng)管棚剛度。注漿采用隔孔灌注，注漿壓力初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa，并按實(shí)際情況結(jié)束注漿。鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙應(yīng)充滿漿液，注漿量及止?jié){應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)格按照規(guī)程施工作業(yè)，防止爆管、爆漿。注漿應(yīng)交錯(cuò)進(jìn)行，從低到高，從下而上。

2.3 進(jìn)洞開挖施工

2.3.1 暗洞施工

（1）隧道進(jìn)洞施工貫徹零開挖的理念，禁止大刷大挖，盡量減少隧道施工對原有地貌的破壞，洞口段開挖方式以機(jī)械或人工開挖為主，以局部淺孔松動(dòng)爆破配合，洞口土石方自上而下分層開挖，結(jié)合正洞環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，預(yù)留進(jìn)洞臺(tái)階（核心土），以確保圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。

（2）洞口石方開挖采用淺孔小臺(tái)階爆破，爆破后，應(yīng)及時(shí)清除松動(dòng)石塊，提前采取相應(yīng)的工程防護(hù)措施，防止洞口段出現(xiàn)地層滑坡、崩塌等事故，保證施工人員的安全和邊仰坡的穩(wěn)定。

2.3.2 明洞、洞門施工

（1）本工程隧道按設(shè)計(jì)要求設(shè)置偏壓墻，明洞段挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時(shí)清理基底，檢驗(yàn)基底地質(zhì)和承載力情況，對地基承載力進(jìn)行檢測，若其基底承載力不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，則采用地面注漿措施預(yù)加固方法進(jìn)行處理。

（2）明洞襯砌采用C30防水混凝土澆筑，明洞拱墻部由內(nèi)至外敷設(shè)1層HDPE自粘防水卷材防水板+1層350 g/m2無紡?fù)凉げ?2 cm厚的M20砂漿保護(hù)層進(jìn)行防水。

（3）明洞頂部回填土和種植土層下鋪設(shè)一層30 cm厚隔水黏土層。洞頂匯水通過設(shè)置墻背排水溝引水排走，在偏壓端墻式洞門耳墻頂部時(shí)，采用DN400柔性鑄鐵管將墻背排水溝的水流引入路基排水溝或其他天然溝渠中。明洞洞內(nèi)其他排水管溝同暗洞一體設(shè)置。

（4）明洞及洞門施工時(shí)避開雨季，并與洞口段襯砌結(jié)構(gòu)整體澆筑，以增強(qiáng)洞門的穩(wěn)定性。應(yīng)在雨季來臨之前，完成洞口的永久性排水設(shè)施，以利于洞口的排水和安全。

2.4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

本工程隧道進(jìn)洞施工的時(shí)候使用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和超前水平鉆進(jìn)行多方位的探測，對未開挖地段進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測和分析，確定合理的開挖、支護(hù)參數(shù)，以制定合理的施工方法和支護(hù)方式。

2.5 監(jiān)測監(jiān)控

本工程隧道進(jìn)洞施工過程中的監(jiān)測監(jiān)控方法以洞口段地表下沉觀測、拱頂下沉觀測、洞室周邊位移變形監(jiān)控量測以及洞內(nèi)外觀察和施工調(diào)查為主。監(jiān)控量測工作在隧道主管工程師的領(lǐng)導(dǎo)下由監(jiān)控量測組負(fù)責(zé)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和信息反饋，對施工情況進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出施工建議。

3 施工效果

本工程針對隧道洞口為Ⅴ級(jí)圍巖淺埋偏壓及巖溶發(fā)育地段，采取零開挖進(jìn)洞的施工方法，并采取了一系列施工質(zhì)量控制措施，不僅能夠保證工程安全，使施工過程集約化，有利于緊湊施工過程中的工序安排，同時(shí)避免傳統(tǒng)進(jìn)洞方式的資源浪費(fèi)，在節(jié)約材料和人工的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了隧道進(jìn)洞的經(jīng)濟(jì)合理性，降低項(xiàng)目運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)路橋的目標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上，在巖溶地區(qū)淺埋偏壓條件下，隧道進(jìn)洞施工風(fēng)險(xiǎn)較大，本工程隧道采取長大管棚、套拱加固、設(shè)置反壓墻等施工措施，既可以提高安全系數(shù)，又能增加仰坡的穩(wěn)定性，而且能夠節(jié)能減材、保護(hù)環(huán)境，減少因大刷、大挖及大范圍回填對山體及植被造成破壞，對現(xiàn)有土地資源具有良好的保護(hù)作用，對于社會(huì)民生具有積極影響。本工程隧道施工方法在隧道進(jìn)洞施工中的應(yīng)用具有操作性指導(dǎo)意義，對類似工程的施工具有良好的示范作用。

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