小凈距隧道在軟弱圍巖段施工探究

唐建強(qiáng)

與分離式路基方案相比,小凈距隧道具有占用土地少、環(huán)境污染小、植被保護(hù)好、減少路線長度、節(jié)約總投資、優(yōu)化線型等優(yōu)點(diǎn),因此目前道路建設(shè)中小凈距隧道方案出現(xiàn)也逐漸增多,但由于它近些年才發(fā)展起來,結(jié)構(gòu)形式有別于連拱隧道和分離式隧道,其相關(guān)應(yīng)用技術(shù),尤其是在各種復(fù)雜地質(zhì)條件下施工方法還處于研究發(fā)展階段,學(xué)術(shù)研究尚不夠深入,所以作為從事地下工程建設(shè)的工作者,我們必須要掌握這方面的知識。

1 工程概況

某隧道為濟(jì)南—廣州高速公路重要工程,地處大別山腹地,山區(qū)地形起伏劇烈,所經(jīng)區(qū)域?qū)倩春铀?。隧址地貌屬褶斷侵蝕低山,海拔200.8 m～330.4 m,相對高差約130 m,山頂渾圓,山勢較緩,地表植被發(fā)育;進(jìn)口段地形坡角25°～35°,出口段地形坡角20°～30°;山脊走向北北西,隧道軸線與山脊近正交,穿過山脊高程最大為310 m。隧道穿越F3斷層,斷層破碎帶內(nèi)節(jié)理裂隙明顯,進(jìn)出洞口沖溝較發(fā)育,地下水集中,圍巖穩(wěn)定性極差,出口端邊仰坡坡面垂直度較大,山體左側(cè)偏壓。

隧道為左右分離式小凈距單向行車隧道,凈距小(左右線凈距最小僅為8 m),地質(zhì)條件差,施工難度較大。

2 施工方法

該小凈距隧道洞口Ⅴ級圍巖偏壓段采用以注漿中管棚為超前支護(hù),初期支護(hù)以錨網(wǎng)噴為主,輔以鋼拱架。Ⅴ級圍巖加強(qiáng)段采用以注漿小導(dǎo)管、超前錨桿為超前支護(hù),初期支護(hù)以錨網(wǎng)噴支護(hù)為主,輔以鋼拱架。左洞開挖斷面超前右洞開挖斷面應(yīng)控制在35 m～45 m,施工必須遵循“弱爆破、少擾動、短開挖、快支護(hù)”的原則,以降低洞室經(jīng)多次爆破開挖產(chǎn)生的應(yīng)力重新分布現(xiàn)象,減少對已支護(hù)好的洞室造成破壞,保證洞室結(jié)構(gòu)安全。

Ⅴ級,Ⅳ級圍巖段采用側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖時,兩側(cè)導(dǎo)坑采用上下臺階法開挖,人工配合機(jī)械開挖或弱爆破開挖,先行側(cè)導(dǎo)坑開挖施作錨桿后,對錨桿進(jìn)行初次張拉,后行洞開挖暴露錨桿端部后對錨桿施加預(yù)拉力至設(shè)計值,并對先行洞錨桿補(bǔ)張拉至設(shè)計值(設(shè)計90 kN),對拉錨桿的施作一定要強(qiáng)調(diào)及時性,正常情況下當(dāng)先行洞開挖后應(yīng)立即施作。側(cè)壁臨時支護(hù)拆除在正洞下臺階完成后,二次襯砌開始前進(jìn)行,臨時支撐拆除后,及時進(jìn)行仰拱回填和拱墻二次襯砌;Ⅲ級圍巖段采用超前導(dǎo)坑預(yù)留光爆層的開挖方法,上半段超前5 m～10 m,兩洞室內(nèi)側(cè)均應(yīng)采用光面爆破,兩洞室二襯與正洞下臺階開挖面距離不小于35 m～40 m。開挖過程中加強(qiáng)爆破震動量測,并根據(jù)量測結(jié)果,嚴(yán)格控制單段炮眼裝藥量,把振速控制在一定范圍,保證左右洞開挖穩(wěn)定及安全。

3 監(jiān)控量測

該隧道按新奧法設(shè)計、施工,采用復(fù)合式襯砌,監(jiān)控量測是一項重要的管理工作,也是施工的核心技術(shù)之一。

3.1 量測目的

1)監(jiān)視圍巖應(yīng)力和變形情況,掌握圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)動態(tài),驗證支護(hù)襯砌的設(shè)計效果,保證圍巖穩(wěn)定和施工安全。2)對量測數(shù)據(jù)分析處理,進(jìn)行信息反饋,對已開挖、支護(hù)段的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行評價,對有險情段及病害部位采取必要的補(bǔ)救措施,對下步施工參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整,確保信息化手段施工。3)積累量測數(shù)據(jù)資料,為以后的設(shè)計、施工提供類比依據(jù),確保施工安全,節(jié)約工程投資。

3.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用

1)根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)及時繪制位移變形曲線,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析,以推算最終圍巖變化規(guī)律。當(dāng)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時,表明圍巖和支護(hù)處于不穩(wěn)定狀態(tài),必須停止開挖,對危險地段加強(qiáng)支護(hù),密切監(jiān)視圍巖動態(tài),確保已開挖段的安全。2)通過量測數(shù)據(jù)的分析處理,提供判別圍巖和支護(hù)系統(tǒng)基本穩(wěn)定的依據(jù),掌握圍巖穩(wěn)定性變化規(guī)律,提出修改支護(hù)、襯砌設(shè)計參數(shù)和施工方法,確保中間巖柱的穩(wěn)定及確定二次襯砌和仰拱的施作時間。

4 技術(shù)探討

通過本工程的施工實踐,探討幾點(diǎn)技術(shù)問題,以供參考。

4.1 施工方案選擇

1)單洞施工:側(cè)導(dǎo)坑、主洞上下臺階法,單洞開挖支護(hù)及二襯完成后,再行施工另一洞室,此方案進(jìn)度較慢,質(zhì)量容易控制,工期得不到保障,對拉錨桿在一側(cè)圍巖穩(wěn)定后才施作,起不到應(yīng)有作用,二次爆破對中間巖柱及另一側(cè)洞室初期支護(hù)造成破壞,后面開挖必須采用控制爆破技術(shù)。2)雙洞同時施工:先行洞超前35 m～40 m;兩側(cè)導(dǎo)坑、主洞上下臺階法,開挖支護(hù)超前,仰拱及時封閉,二襯拉開一定距離后緊跟施作,此方案極大提高進(jìn)度,預(yù)應(yīng)力對拉錨桿及時施作,能有效加固中間巖柱的穩(wěn)定,也避免洞室多次應(yīng)力重分布問題,但對拉錨桿受空間限制,不易施作,容易忽視工程質(zhì)量及施工安全。3)單雙洞交替進(jìn)行:兩側(cè)導(dǎo)坑同時施工,施作對拉錨桿,在完成一側(cè)正洞襯砌后,再用臺階法施工另一側(cè)正洞,此方案基本可以滿足進(jìn)度要求,可以降低機(jī)械設(shè)備成本投入,合理使用資源,保證工程質(zhì)量。

4.2 洞口施工

該隧道為小凈距隧道,施工工藝比較復(fù)雜,且洞口段軟弱破碎,圍巖穩(wěn)定性極差,設(shè)計中要求盡量避免人為因素導(dǎo)致山體病害的產(chǎn)生,采用早進(jìn)洞、晚出洞的原則,減少深挖路段,保護(hù)自然坡體;洞口邊仰坡開挖嚴(yán)禁放大炮,并作永久防護(hù);邊仰坡坡率視實際開挖穩(wěn)定情況進(jìn)行調(diào)整,做好邊仰坡防護(hù),確保其穩(wěn)定;在施工過程中采用了人工配合機(jī)械刷坡處理,但洞口開挖中還是發(fā)現(xiàn)較大裂縫,經(jīng)現(xiàn)場研究設(shè)計變更增加了大管棚超前支護(hù)措施。通過監(jiān)控量測觀測數(shù)據(jù)分析及后期施工過程中發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)及二次襯砌均出現(xiàn)不同程度的開裂,隨即上報經(jīng)研究變更對洞口、洞臉采用小導(dǎo)管注漿(邊仰坡、地基)加固處理,確保了洞口的穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)安全。

4.3 中間巖柱加固

小凈距隧道受相鄰兩隧道凈距影響,施工過程中應(yīng)力會發(fā)生多次變化,荷載主要作用在中間巖柱,施工中必須保證中間巖柱不產(chǎn)生較大沉降,受力盡量均勻,因此必須對中間巖柱進(jìn)行加固處理。該隧道采用φ 25中空有壓注漿對拉錨桿加固中間巖柱,通過施加預(yù)應(yīng)力和壓力注漿使未膠結(jié)的圍巖形成整體和一定厚度的承載圈以提高自身承載能力。在先行洞側(cè)導(dǎo)坑開挖后應(yīng)及時施作預(yù)應(yīng)力水平對拉錨桿,進(jìn)行初次張拉,在后行洞開挖后再對預(yù)應(yīng)力水平對拉錨桿再次張拉至設(shè)計值。為避免初期支護(hù)拱腳下沉,支撐鋼拱架設(shè)置鎖腳錨桿,開挖時應(yīng)少擾動巖體,嚴(yán)禁大強(qiáng)度爆破,嚴(yán)格控制超欠挖,鋼筋網(wǎng)與鋼支撐緊貼圍巖表面,保證初期支護(hù)及時可靠。

5 結(jié)語

在實踐中,不斷總結(jié)經(jīng)驗,用科學(xué)系統(tǒng)的方法從設(shè)計與施工兩方面對技術(shù)方案進(jìn)行研究,采用合理的施工對策,才能取得理想的效果。

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