淺埋偏壓隧道施工技術(shù)探討

張鳳愛

(河北省高速公路承秦籌建處 河北 秦皇島 066000)

0 引言

隧道地質(zhì)條件多變復(fù)雜，隧址常常經(jīng)過一些淺埋偏壓破碎地段，施工中由于對(duì)圍巖預(yù)測(cè)的不準(zhǔn)確或施工不規(guī)范在開挖時(shí)容易出現(xiàn)塌方冒頂?shù)仁鹿?，產(chǎn)生影響施工進(jìn)度、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失的嚴(yán)重后果，在社會(huì)上造成很壞的影響。研究快速、安全、經(jīng)濟(jì)的通過隧道淺埋破碎地段是高速公路建設(shè)的未來重大課題方向，也是現(xiàn)場(chǎng)施工必須解決的重要問題。

1 工程背景

承秦高速公路大窯溝隧道，位于秦皇島市青龍滿族自治區(qū)廣茶山村，為分離式雙洞隧道，其中左線隧道全長(zhǎng)370m，右線隧道全長(zhǎng)470m。隧道圍巖巖體受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響比較嚴(yán)重，巖體破碎。圍巖級(jí)別為Ⅴ～Ⅳ級(jí)，圍巖整體穩(wěn)定性較差。注漿段RK126+900～RK126+990，長(zhǎng)90m，該段洞頂埋深較淺，最大6m，最小4m，圍巖為為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石呈碎石狀，巖體為碎裂塊狀。開挖時(shí)極有可能出現(xiàn)大面積的坍塌、冒頂現(xiàn)象，安全風(fēng)險(xiǎn)大。如何安全順利通過此段淺埋偏壓區(qū)域是該隧道施工的重難點(diǎn)工程，通過多方案比選論證，決定對(duì)該淺埋偏壓區(qū)域?qū)嵤┑孛娓邏侯A(yù)注漿處理，通過地表注漿改善固結(jié)松散圍巖，提高圍巖強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到保證工程安全的目的。

2 淺埋偏壓段關(guān)鍵工序施工方法和技術(shù)措施

2.1 地表注漿加固

注漿法是利用壓力將能固化的漿液通過鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中，并擠壓松散圍巖，使破碎圍巖連成整體，達(dá)到改善固結(jié)松散圍巖的作用，使其物理力學(xué)性能得到改善的一種方法。

注漿范圍決定于圍巖可根據(jù)圍巖地質(zhì)情況如孔隙率、注漿壓力，施工方法等因素定。一般情況，注漿加固帷幕的半徑為隧道開挖半徑的2～3倍。

本次注漿在大窯溝隧道RK126+900～RK126+990處，注漿范圍長(zhǎng)90m，寬28.5m。注漿孔間距為1.5*1.5m，梅花狀布置。注漿小導(dǎo)管為Φ50鋼管，壁厚5mm，注漿管前端鉆花孔，鉆孔直徑1cm，間距40mm，梅花形布置，導(dǎo)管尾部50cm不設(shè)花孔。注漿小導(dǎo)管管身設(shè)有Φ10mm的注漿孔，當(dāng)水泥漿注入導(dǎo)管之后，水泥漿會(huì)通過注漿孔進(jìn)入巖層之中，從而能夠起到固定破碎巖層，連接各分散巖層，使單一破碎的巖體連成整體的作用。

2.2 洞身開挖

對(duì)于淺埋偏壓段采用留核心土環(huán)形開挖，開挖長(zhǎng)度不應(yīng)過長(zhǎng)，以0.5～1.0米為宜，核心土面積不應(yīng)小于整個(gè)斷面面積的50%，核心土與下臺(tái)階開挖應(yīng)在上臺(tái)階支護(hù)完成后、噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行。

淺埋偏壓段為Ⅴ級(jí)強(qiáng)風(fēng)化圍巖，圍巖地質(zhì)條件差，自穩(wěn)時(shí)間短，為加強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，每次掘進(jìn)對(duì)前面洞身輪廓線外的圍巖采取超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，注漿加固拱圈圍巖，形成小導(dǎo)管剛性骨架和加固圍巖圈共同作用的受力體系，確保后續(xù)掘進(jìn)施工安全?？紤]到進(jìn)口段淺埋偏壓十分嚴(yán)重，超前注漿小導(dǎo)管環(huán)向間距設(shè)計(jì)為35cm，確保超前預(yù)支護(hù)效果。

在隧道初級(jí)支護(hù)中還設(shè)置有徑向系統(tǒng)錨桿，并且系統(tǒng)錨桿采用注漿效果很好的Φ25中空注漿錨桿，錨桿梅花型布設(shè)，長(zhǎng)度3.5m。為增加錨桿對(duì)圍巖的加固效果，施工時(shí)將拱圈及中間巖柱內(nèi)的錨桿間距設(shè)計(jì)為@=100×60cm。此外，增加加固中間巖柱的兩側(cè)對(duì)穿中空注漿錨桿，確保淺埋偏壓小凈距隧道中間巖柱的穩(wěn)定性。

噴射混凝土施工后很短時(shí)間內(nèi)，鋼架立即受力，并且其強(qiáng)度和剛度較大，可以承受淺埋偏壓段Ⅴ級(jí)圍巖的松動(dòng)變形壓力，確保松散破碎圍巖開挖后的穩(wěn)定性?？紤]到大窯溝隧道進(jìn)口Ⅴ級(jí)圍巖淺埋偏壓段的工程特點(diǎn)，鋼拱架每榀縱向間距設(shè)計(jì)為60cm。噴射混凝土采用“濕噴”施工工藝，以降低粉塵污染，減少回彈量，在施工中嚴(yán)格控制水灰比，混合料應(yīng)隨拌隨噴，當(dāng)噴射作業(yè)分層進(jìn)行時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，另外回彈物不得重新用作噴射混凝土材料，噴射混凝土應(yīng)適時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證噴射混凝土質(zhì)量。

淺埋偏壓段二次襯砌采用45cm～71cm厚的鋼筋混凝土，在洞身存在偏壓的一側(cè)，從拱頂向拱腳處二襯厚度由45cm漸變加厚至71cm，以增強(qiáng)二次襯砌抵抗圍巖變形的側(cè)壓力。對(duì)于大窯溝隧道進(jìn)口淺埋偏壓Ⅴ級(jí)圍巖段，為保證洞內(nèi)施工安全，二次襯砌需及時(shí)施工，以抵抗較大的圍巖變形壓力，二襯緊跟掌子面的距離保持40m內(nèi)。二次襯砌采用鋼筋混凝土，以保證淺埋偏壓軟弱圍巖狀態(tài)下的隧道二襯結(jié)構(gòu)的受力抗裂性能。二襯施工采用先墻后拱法，仰拱完成并回填后及時(shí)施工矮邊墻，再用10m長(zhǎng)的自行式液壓全斷面二襯臺(tái)車一次澆注拱圈二襯模筑混凝土。二襯混凝土澆筑時(shí)要連續(xù)澆筑并由下向上從兩側(cè)向拱頂對(duì)稱澆筑，并用振搗器振實(shí)，澆筑過程中注意保證預(yù)埋件不移位。為保證混凝土澆筑密實(shí)，在拱頂處預(yù)留注漿孔，間距不大于3m，且每板臺(tái)車范圍內(nèi)不應(yīng)少于4個(gè)。拱頂注漿填充要在襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行。

2.3 監(jiān)控量測(cè)

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用新奧法原理采用復(fù)合式襯砌，要求在施個(gè)工過程中必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，對(duì)圍巖與支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測(cè)，并據(jù)此制定相應(yīng)的施工技術(shù)與安全措施，以保證洞室周邊巖體的穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。

針對(duì)淺埋偏壓隧道施工監(jiān)測(cè)手段如下：

（1）地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

本項(xiàng)目隧道工程施工采用多地震波超前預(yù)報(bào)儀（TSP203），根據(jù)地震波的動(dòng)力學(xué)特性和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性判定前方圍巖是否存在斷層、溶洞、破碎帶及地下水等不良地質(zhì)情況，給現(xiàn)場(chǎng)施工提供決策依據(jù)，及時(shí)調(diào)整施工方法和支護(hù)參數(shù)。

（2）應(yīng)力-應(yīng)變量測(cè)

采用應(yīng)變計(jì)、應(yīng)力盒、測(cè)力計(jì)等對(duì)初期支護(hù)中鋼拱架、錨桿及噴射混凝土以及二次襯砌進(jìn)行受力變形檢測(cè)，進(jìn)而檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)支護(hù)效果。

（3）隧道圍巖變形量測(cè)

通過洞內(nèi)外變形收斂量測(cè)來監(jiān)控洞室穩(wěn)定狀態(tài)和評(píng)價(jià)隧道變形特征。主要量測(cè)項(xiàng)目包括凈空收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)和圍巖內(nèi)部位移量測(cè)和地表沉降量測(cè)。

斷面監(jiān)控量測(cè)拱頂下沉量結(jié)果(如圖1)表明：隧道拱頂下沉在前10d即完成拱頂下沉總量的70%，20d左右基本完成下沉變形量。拱頂下沉值較小，最終穩(wěn)定下沉量為12mm。隧道量測(cè)結(jié)果綜合表明淺埋偏壓段隧道施工關(guān)鍵工序和主要技術(shù)措施得當(dāng)，達(dá)到了預(yù)期效果。

圖1 拱頂下沉量與時(shí)間曲線關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)承秦高速公路大窯溝淺埋偏壓隧道圍巖應(yīng)力、變形的復(fù)雜情況，對(duì)淺埋偏壓段關(guān)鍵工序的施工方法和技術(shù)措施進(jìn)行探討。地表注漿加固、新奧法開挖、實(shí)時(shí)監(jiān)控圍巖變形綜合手段結(jié)合應(yīng)用于大窯溝隧道Ⅴ級(jí)圍巖淺埋偏壓段施工中，實(shí)踐證明有效可行。

［1］陳少華，劉偉.小凈距隧道的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及工程措施[A]//交通部公路司，編.“國(guó)際隧道研討會(huì)暨公路建設(shè)技術(shù)交流大會(huì)”論文集[C].北京：人民交通出版社，2002.

［2］JTGF60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

［3］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.