不利巖層地質條件下高速公路隧道施工技術分析探討

摘要:本文結合工程實例，詳細闡述了在巖層較薄，巖土較為松散等不利施工地質條件下采用地表注漿、超前管棚施工和三臺階法開挖處理技術進行高速公路隧道施工技術與信息化施工監(jiān)測措施，并對施工效果進行了分析評價。

關鍵詞:高速公路隧道;地表注漿;三臺階法;新奧法;監(jiān)測

中圖分類號:U455.4

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)12-0145-03

1工程概況

湖南某高速公路隧道工程全長1250m，由于洞頂覆蓋層薄，設10m明洞。其進洞段地形坡度僅為9°，并直接受F1斷層影響。

本隧道工程地質條件較為復雜，圍巖為強風化灰?guī)r坡積而成的黃褐色碎石土，結構松散，其間夾雜砂土。F1斷層為傾角35°，東西推復的逆掩顯壓性結構面，填充物為灰?guī)r透鏡體、斷層泥及灰?guī)r角礫。厚度2m左右，呈片理化帶和角礫狀，方解石脈膠結，并被白色斷層泥包裹、很濕、松散，影響長度15m左右。由于巖層較薄，巖土較為松散，直接影響隧道施工的安全，因此施工應采取合理的技術措施，以保證施工的順利進行。

2隧道進洞掘進施工方案設計

根據不利施工的巖層地質條件，采用地表注漿預加固技術把有凝膠、充填性能的漿液材料壓人地層中，對松散圍巖進行充填-擠密-固結，改善圍巖的物理力學性能，提高圍巖地基承載力、抗剪強度及自穩(wěn)能力，而且可以充填和堵塞地層中的縫隙，減少注漿區(qū)地層的滲透系數及隧道開挖的滲水量。

超前管棚施工后可加強其范圍內的圍巖穩(wěn)定性，加快施工進度。超前管棚施工質量的好壞來自于導向墻中導向管的預埋質量，其預埋位置準確對管棚穩(wěn)固圍巖起到非常重要的作用，同時還可以避免管棚伸人開挖斷面內，具體如下:

2.1邊坡的加固處理及排水

邊仰坡按設計開挖完成后，立即打設5m長Φ22砂漿錨桿，梅花型布置，間距100cm×100cm;安裝Φ8鋼筋網片，網格尺寸15cm×15cm;噴射C25鋼纖維混凝土，厚度10cm，及時封閉圍巖，保證邊仰坡的圍巖穩(wěn)定性。在邊仰坡外修建臨時梯形截水溝，深60cm，底層鋪10cm級配碎石，面層碼砌25cm厚的漿砌片石，坡度順地形，及時排除山上的匯水，盡量避免邊仰坡被雨水沖刷，見下圖1。

2.2洞口段加固處理措施

2.2.1洞內加固

大管棚Φ108×6超前支護，長度18m，共33根，水泥-水玻璃注漿飽滿密實，初期支護采用18號工字鋼支撐，鋼支撐縱向間距50cm，單層Φ8鋼筋網，網格尺寸20cm×20cm，噴射C25鋼纖維混凝土，厚度為30cm。

2.2.2開挖方案

隧道開挖根據”弱爆破、短進尺、強支護、勤量測”的原則，三臺階法左右斷面分部開挖，嚴格按照新奧法的施工原理及時跟進支護，穩(wěn)妥前進。相鄰工作面距離大約5m左右，小型機械配合人工出渣，確保施工工序互不干擾。

3隧道進洞掘進施工技術

3.1地表處理

3.1.1測量放樣

根據設計圖紙，把洞口里程準確位置測設出來，并用比較顯眼的指示標志標示出來，然后根據邊仰坡的位置把洞頂臨時截水溝用紅線連接標示。

3.1.2洞頂臨時截水溝開挖

截水溝開挖坡度應參考原地面地形，設置較緩的坡度，同時考慮經濟、實用、美觀的原則，把截水溝連接到路基排水溝。

如坡度較大時，截水溝砌筑時每10m增設一個跌水槽，減緩水流沖擊力。

3.1.3截水溝砌筑

截水溝砌筑采用M7.5號漿砌片石，座漿砌筑，大面朝下，光面朝外，砂漿飽滿，相鄰砌縫間距大于8cm，線形平順。

3.1.4邊仰坡加固

按設計方案進行處理。

3.2大管棚施工

3.2.1施工說明

超前管棚第一節(jié)鋼管前端加工成尖錐狀，鋼管節(jié)長4m、6m，管節(jié)之間采用絲口連接。管棚環(huán)向間距40cm，導向孔內預埋Φ127×5mm的鋼管，鋼管外側端部于套供外側平齊，內側伸出部分埋人土中，鋼管軸線與隧道軸線之間成2°空間夾角，見圖2。

3.2.2施工工藝

3.2.2.1工藝流程(見圖3)

3.2.2.2鉆孔

鉆機立軸方向必須準確控制，在澆筑好的套供上標出孔位和孔號，孔號分為奇數孔和偶數孔。奇數孔采用無縫鋼管，偶數孔采用鋼花管。鉆孔順序為先鉆偶數孔用于注漿，后鉆奇數孔用于檢查注漿質量。

3.2.2.3安裝注漿管

清孔、檢查鉆孔合格后，采用鉆機定位送管器推送鋼管。鋼管用4～6m管節(jié)逐段接長，連接頭采用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長度不小于15cm;為保證均勻性，鋼管接頭應縱向錯開，偶數第一節(jié)用4m，奇數第一節(jié)用6m，以后各節(jié)都用6m。

3.2.2.4注漿

孔號為偶數的管棚完成后，可對這部分管棚進行注漿。

3.2.2.5注漿結束

進漿量小于20～25L/min;注漿壓力逐步升高，達到設計終壓后穩(wěn)定10min以上;注漿結束后采用1:1水泥砂漿充填無縫鋼管。

3.3洞身開挖施工

導向墻、超前管棚施工完成后，開始暗洞上臺階的施工。由于施工使邊、仰坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為了保證隧道安全進洞施工，有效地控制拱頂沉降，在洞口10m范圍加強支護，見圖4。

3.3.1上臺階加強支護

利用預留核心土開挖進洞，按設計要求隨挖隨支鋼架，并在每榀工型鋼架兩側拱腳以上20cm處加設[18工字鋼橫向支撐，長度根據現(xiàn)場實際確定，兩端焊接在工型鋼架上，起支撐作用，保證環(huán)向支護鋼架兩拱腳不回收。橫向支撐間采用Φ22縱向連接筋連接，間距1m，并噴射混凝土使之形成板式結構，以此來加大受力面積，有效地控制初支的收斂與沉降。在每榀拱架兩側拱腳處增設Φ50鎖腳錨管，避免拱腳出現(xiàn)應力集中，每側4根，共8根，每根長5m，偏斜工型鋼架10～20°斜向下打人，尾部與鋼架焊接牢固，并進行注漿加固，增加鎖腳錨管的剛度和錨固力。

3.3.2中臺階加強支護

上臺階縱向支護距離有5m時，中臺階開始施工。開挖時，預留梯形核心土，先由兩側拱架處掏槽開挖，每開挖75cm支一榀工型鋼架，并網噴混凝土至設計厚度，中臺階也按上臺階要求加設橫向支撐及鎖腳錨桿，參數相同。

3.3.3下臺階加強支護

中臺階挖支3~4m后，下臺階開挖進洞。開挖時，預留矩形核心土，每75cm支一榀鋼架，網噴混凝土支護。兩拱腳處打Φ50鎖腳小導管，共8根，每根長5m，偏斜工型鋼架10～20°打入，尾部與鋼架焊接牢固，并進行注漿加固。側壁支護完成，開挖核心土至仰拱底。

3.3.4仰拱

仰拱底加設工字鋼支撐，與下臺階工型鋼架焊接牢固，支撐間采用Φ22縱向連接筋連接，間距l(xiāng)m，并噴射混凝土使之形成板式結構，再進行仰拱混凝土施工，混凝土施工要緊跟下臺階(仰拱施工一般為2~3m)，先形成封閉的環(huán)，控制住拱腳處的位移。

3.4防水層施工

本隧道工程選用ECB復合型防水卷材，長度23.5m/卷，寬度2.1m，厚度1.2mm，300g/m2無紡布。

3.4.1初期支護基面檢查

鋪設無紡布前仔細檢查初期支護是否有侵限，是否有突出的鋼筋頭及鋼管頭;噴射混凝土局部凹凸進行抹平處理。有滴水處，要進行堵漏處理。

3.4.2鋪設ECB復合型防水板

采用無射釘懸掛鋪設防水板，全斷面施工時逐環(huán)進行。

3.4.2.1施工流程圖如下圖5:

3.4.2.2防水板施工要點

a.防水板吊繩與預埋件之間要綁扎牢固，防止在施工中脫落。

b.要保證相鄰兩環(huán)防水板搭接寬度，搭接寬度不小于100mm。

c.相鄰兩條接縫需錯開，并錯開結構轉角處不小于600mm，以保證與下一組襯砌防水板搭接寬度及操作方便。

d.防水板焊接。搭接處采用熱楔式焊機雙縫焊，搭接寬度為10cm，雙焊縫每條縫寬1cm，每條焊縫間有1.5cm寬的空腔，作為充氣檢查使用。焊縫應均勻連續(xù)，不得有漏焊、假焊、焊焦、焊穿現(xiàn)象。

e.防水層的質量檢查。除對防水卷材母材檢查外，重點應檢查防水卷材的焊縫質量。經熱熔壓焊在一起的防水層呈透明狀，無氣泡，表明焊接質量良好，在必要的時候，可做充氣試驗，用針頭(可用注射針頭代替)向兩條焊縫間空腔內注入壓縮空氣(可用打氣筒進行)。充氣0.15MPa，3min后氣壓下降值不超過0.03MPa為合格。

3.4.2.3施工質量保證措施

a.原材料必須達到有關技術標準，且無破損。

b.防水卷材在焊接前不得有油污、浮土等雜物。

c.對雙焊縫焊機應及時清潔，以免熱楔塊表面帶有雜物而影響焊接質量。

d.操作人員受過專業(yè)培訓，持證上崗，人員固定。

e.考慮二次襯砌混凝土的擠壓作用，鋪設防水卷材時要適量放松，拱頂一般為3%~5%，拱腰要有8%左右的富余量。

f.在防水層上綁扎或焊接鋼筋時應采取保護措施(如加擋板或澆水)，以防損壞。

g.施工現(xiàn)場嚴禁吸煙和明火作業(yè)，施工時操作人員應盡量穿軟底鞋進入現(xiàn)場。

4隧道施工監(jiān)測措施

隧道新奧法施工中監(jiān)控量測是一個重要組成部分，利用監(jiān)控量測結果分析圍巖變形規(guī)律和支護狀態(tài)，以指導施工。

周邊收斂位移監(jiān)測洞口段10~15m范圍內布設3~5個點。隧道開挖爆破后，盡可能早的在隧道的拱頂、拱腰和邊墻部位分別埋設測樁，保證快、近?？炀褪窃诒崎_挖完成后12h內或在下一循環(huán)爆破前完成測點埋設，并讀取初讀數;近就是測點埋設要盡量靠近開挖工作面，不要超過2m，有保護條件時，測點可安設在距開挖工作面0.5m左右的斷面上，量測效果更好。測點埋設深度30cm左右，鉆孔采用鉆眼桿打孔，早強錨固劑固定，測點表面要用保護罩防護。凈空水平收斂兩測點應在同一水平線上，用標定好的DSS30A收斂儀量測收斂變形。量測頻率1~15d為2次/d，16~30d為1次/2d，l~3個月2次/周，3個月后3次/月。

拱頂下沉量測點布置在隧道的拱頂中軸線處，測點表面設一個掛鉤，與周邊位移量測同一個斷面，作為圍巖周邊位移量測的補充，采用高精度的水準儀和鋼尺量測拱頂的絕對下沉量，量測頻率同周邊收斂位移頻率，拱頂下沉/周邊收斂位移見圖6。

本隧道自2006年l2月30日第一次放炮進洞后，經過三個半月的及時觀測和數據收集整理分析，嚴格按照隧道施工規(guī)范及設計要求的收斂、位移允許數據指導施工，確保了隧道的施工安全。

5結語

綜上所述，三臺階法開挖處理松散碎石隧道比較安全，開挖支護工序循環(huán)，施工比較好組織。分解開挖斷面，有利于維持圍巖的自身穩(wěn)定，逐個開挖支護，機械設備投入少，周轉靈活，節(jié)省施工費用，加快施工進度。由于本隧道工程采取了綜合的質量與安全保證措施，使本隧道工程施工取得了良好的綜合效益，可為類似工程參考借鑒。

參考文獻:

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