大跨度軟弱圍巖隧道施工技術(shù)研究

【摘 要】大跨度軟弱圍巖隧道因其圍巖軟弱、開挖跨度大、難以控制圍巖穩(wěn)定性等問題，給施工帶來了一定難度和風(fēng)險(xiǎn)，如果控制不當(dāng)，便可能導(dǎo)致大變形、塌方等工程事故。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)于跨度大、圍巖條件較差、地表沉陷要求嚴(yán)格的隧道比較適用，有利于隧道圍巖的穩(wěn)定性；微臺(tái)階留核心土法施工不需臨時(shí)支護(hù)，并且各臺(tái)階平行作業(yè)，可保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，也更有利于確保工程施工質(zhì)量。文章簡(jiǎn)要探討了這兩種施工方法的技術(shù)特性，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】大跨度；軟弱圍巖；隧道施工；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；微臺(tái)階留核心土法

大跨度軟弱圍巖隧道施工一直是個(gè)工程上的技術(shù)難題，由于圍巖軟弱、開挖跨度大，使得圍巖的穩(wěn)定性難以控制，施工控制不當(dāng)?shù)脑捒赡艹霈F(xiàn)大變形、塌方冒頂或邊仰坡垮塌等事故。尤其是結(jié)構(gòu)高跨比較小的隧道，其呈現(xiàn)出的扁平狀更加不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，扁平狀洞室開挖后很容易降低圍巖穩(wěn)定性，集中圍巖的應(yīng)力，相對(duì)的增大了其松弛壓力，當(dāng)圍巖變形應(yīng)力超過支護(hù)結(jié)構(gòu)提供的內(nèi)力時(shí)，便會(huì)直接威脅到隧道的施工安全。為解決大跨度隧道形狀扁平、圍巖穩(wěn)定性差的問題，通常對(duì)于大跨度隧道洞口段進(jìn)行縮小開挖斷面、分部開挖，以提高圍巖穩(wěn)定性，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和微臺(tái)階留核心土法便是兩種最為常用的施工方法。下面簡(jiǎn)要探討這兩種大跨度軟弱圍巖隧道施工技術(shù)，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析。

一、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及其特征

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，即先在隧道兩側(cè)開挖高度要大于跨度的兩個(gè)小的導(dǎo)洞，這樣就使得豎向荷載明顯大于水平荷載，有利于結(jié)構(gòu)的受力。通過施作主洞初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)體系，使得隧道的開挖斷面相應(yīng)地減小，從而提高圍巖穩(wěn)定性。圖1為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工順序。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工工序

先施作拱部超前支護(hù)、并注漿加固地層，然后開始對(duì)①部分土方進(jìn)行開挖，開挖過程中應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)；然后依次對(duì)后面的第②～⑦部分土方進(jìn)行開挖，逐段拆除臨時(shí)側(cè)壁，由上至下對(duì)防排水系統(tǒng)進(jìn)行施作，最后施作仰拱和拱墻襯砌Ⅸ部分。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)于跨度大、圍巖條件較差、地表沉陷要求嚴(yán)格的隧道比較適用，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)坑高度大于跨度，導(dǎo)坑斷面形狀有利于承受較大的豎向荷載，避免應(yīng)力過于集中；增設(shè)有大量臨時(shí)支撐，使每個(gè)單元在開挖后馬上就組成穩(wěn)固的環(huán)形，杜絕變形的產(chǎn)生和發(fā)展，能在開挖過程中有效地抵抗開挖擾動(dòng)和結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)換。但同時(shí)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也有一定的缺點(diǎn)，即開挖斷面小，增加了臨時(shí)支撐，減緩施工速度，同時(shí)增加工程成本，并且左右兩側(cè)導(dǎo)坑分別獨(dú)立施工，可能發(fā)生兩側(cè)鋼支撐不能正常對(duì)接的現(xiàn)象，從而大大降低結(jié)構(gòu)的承載能力。

二、微臺(tái)階留核心土法及其特征

此法是通過在隧道上臺(tái)階進(jìn)行環(huán)形開挖，臺(tái)階高度不宜小于跨度的0.3倍，施作拱圈的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)一個(gè)2～3m臺(tái)階后，左右錯(cuò)開開挖中（下）臺(tái)階兩側(cè)邊墻，再開挖中間預(yù)留核心土。各臺(tái)階平行作業(yè)。此法應(yīng)先對(duì)拱部進(jìn)行開挖，由于一般都是高度小于跨度，在豎向荷載顯著大于水平荷載，不利于結(jié)構(gòu)的受力，所以應(yīng)對(duì)上覆圍巖進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，只允許人工或機(jī)械開挖，防止造成較大的擾動(dòng)。在豎向松動(dòng)荷載較大的情況下，若為了控制開挖斷面而大量壓縮開挖高度，則可能造成拱圈過于平坦，受力上不成拱，從而使得支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降、裂損，所以應(yīng)注意協(xié)調(diào)好開挖高度和跨度之間的比例關(guān)系。

微臺(tái)階留核心土法的施工順序：（1）先對(duì)上部弧形導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，留核心土，并施作初期支護(hù)；（2）對(duì)中(下)臺(tái)階側(cè)導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，并施作墻部初期支護(hù)；（3）開挖中心預(yù)留核心土以及隧道底部，并進(jìn)行初期支護(hù)；（4）及時(shí)施作仰拱、封閉成環(huán)。

當(dāng)圍巖具有一定粘性和自穩(wěn)能力，并具備機(jī)械或人工開挖條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用微臺(tái)階留核心土法；但應(yīng)注意當(dāng)圍巖為松散土體、土夾石時(shí)，一般不要采用此法，因?yàn)槠漤敳繃鷰r通常都難以自穩(wěn)；此外，若上覆為具有一定強(qiáng)度的薄層巖體，微臺(tái)階留核心土法也不適用，因爆破開挖可能導(dǎo)致上覆巖體完成松動(dòng)，使得所有荷載都作用在拱圈初支結(jié)構(gòu)上，可能導(dǎo)致其出現(xiàn)裂損。

微臺(tái)階留核心土法施工的優(yōu)點(diǎn)是開挖不需臨時(shí)支護(hù)，并且各臺(tái)階平行作業(yè)，既節(jié)省了材料又加快了進(jìn)度；此法主洞支護(hù)結(jié)構(gòu)是依次施作，可保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，也更有利于確保工程施工質(zhì)量。但此法也有一定的缺點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)跨度大于高度，不利于結(jié)構(gòu)的受力，并且開挖高度小而跨度大，導(dǎo)致拱圈平坦，可能引起支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降、裂損；此外，由于環(huán)形開挖部分作業(yè)面狹窄，其空間只夠人工或小型機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，增加了施工難度。

三、大跨度軟弱圍巖施工工程實(shí)例分析

1．工程概況。某隧道采用上下行分離式、雙向6車道布置，隧道全長(zhǎng)約1900米，隧道單洞開挖斷面為18m，凈高5m。隧道進(jìn)出口段巖體完整性差，圍巖類別為Ⅴ級(jí)，隧道洞身段也以Ⅴ級(jí)軟弱圍巖為主。

2．洞口段軟弱圍巖段施工。該隧道洞口段圍巖整體性差，成洞面要逐級(jí)開挖逐級(jí)防護(hù)，在進(jìn)洞開挖之前，應(yīng)在洞口完成防護(hù)并完成成洞面超前預(yù)支護(hù)，并且還應(yīng)采取以下進(jìn)洞加強(qiáng)措施來保證施工及結(jié)構(gòu)安全：（1）加強(qiáng)地表和洞內(nèi)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)地表及支護(hù)下沉較大，則應(yīng)對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；（2）確保排水暢

通，做好邊仰坡外的截水溝、洞口排水溝；（3）制定進(jìn)洞施工實(shí)施方案及安全保證措施；（4）對(duì)洞口軟弱圍巖進(jìn)行超前預(yù)注漿

加固；（5）為防止雨水沖刷洞口，應(yīng)及時(shí)做好洞口及洞頂防護(hù)及綠化工作。

3．正洞軟弱圍巖段施工。當(dāng)圍巖軟弱、松散時(shí)，便可能加快圍巖變形速度，縮短自穩(wěn)時(shí)間，使得初期支護(hù)早期強(qiáng)度滿足不了圍巖穩(wěn)定要求，可能造成圍巖失穩(wěn)坍塌事故。所以為了確保施工安全，就應(yīng)選擇科學(xué)合理的施工方法，本工程采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。在對(duì)洞口采用大管棚（小導(dǎo)管）超前支護(hù)后，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，其施工技術(shù)方法如下：（1）洞身拱部注漿小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)施工。（2）對(duì)圖1中的①單元進(jìn)行超前中空注漿錨桿支護(hù)施工，然后對(duì)其進(jìn)行開挖；噴5cm厚混凝土封閉①單元掌子面，然后施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，噴4cm混凝土并掛φ6.5鋼筋網(wǎng)，然后用I20a工字鋼進(jìn)行臨時(shí)支撐，安設(shè)鎖腳錨桿和臨時(shí)仰拱后，施作注漿小導(dǎo)管，再掛一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，并復(fù)噴C20砼至設(shè)計(jì)厚度。（3）滯后于①單元30m后，按照相同的施工工藝對(duì)第②單元進(jìn)行開挖和支護(hù)施工；此后在每個(gè)單元施工30m后，開始進(jìn)行按照相同的工藝依次對(duì)下一個(gè)單元進(jìn)行施工，直至第⑦單元。（4）對(duì)測(cè)量監(jiān)控的結(jié)果進(jìn)行分析，符合安全情況時(shí)可將臨時(shí)鋼架支撐及臨時(shí)鋼架仰拱予以拆除；灌注仰拱C30鋼筋砼二次襯砌，再對(duì)基底C20砼墊層進(jìn)行施工，邊墻灌注C30鋼筋砼二次襯砌。

4．施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)。（1）隧道施工應(yīng)嚴(yán)格遵循“先探測(cè)、管超前、強(qiáng)支護(hù)、弱爆破、嚴(yán)控水、早襯砌”的原則。（2）施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查研究隧道所通過地段地質(zhì)情況，確定圍巖類別，尤其應(yīng)注意查明斷層地段的地下水情況；結(jié)合工期及質(zhì)量要求，根據(jù)軟弱圍巖的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)特征來合理選定施工技術(shù)方案，做好相關(guān)的安全防范措施。（3）通過超前鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)及TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等手段，做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，探明前方的地質(zhì)及水文情況，結(jié)合地質(zhì)變化情況及時(shí)做好支護(hù)及施工參數(shù)的調(diào)整。（4）嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，及時(shí)施作初期支護(hù)，使開挖斷面盡快封閉成環(huán)。（5）水是控制土質(zhì)圍巖類別的一個(gè)重要指標(biāo)，粉砂質(zhì)泥巖在富水段施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格做好防水措施，可采用全斷面注漿防水，或采取相關(guān)的降水措施，減少地下水對(duì)施工的影響。（6）長(zhǎng)大軟弱圍巖隧道無軌運(yùn)輸施工，一定要做好通風(fēng)工作，本次施工過程中及時(shí)打通左右隧道間的橫通道，極大地改善隧道內(nèi)部的氣流通風(fēng)條件。

5．工程施工效果。該隧道主體工程從開始施工至全線貫通，僅用時(shí)15個(gè)月，施工中所采取的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法技術(shù)措施很好地解決了大跨度軟弱圍巖隧道的施工難題，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，安全可靠，較好的控制了工程項(xiàng)目的施工成本及進(jìn)度，并且在施工中未發(fā)生任何大的安全事故，經(jīng)過相關(guān)的施工質(zhì)量檢測(cè)后，獲得了建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位以及社會(huì)各界的好評(píng)。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，大跨度軟弱圍巖隧道施工受地質(zhì)困素影響極大，施工中應(yīng)以監(jiān)控量測(cè)作為指導(dǎo)，做到短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測(cè)、速反饋，以確保施工過程和隧道結(jié)構(gòu)的安全。由于開挖出的隧道地質(zhì)情況可能變化較大，情況遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以施工過程中還應(yīng)有一個(gè)再認(rèn)識(shí)的過程。施工過程中做到各個(gè)環(huán)節(jié)緊密配合，各個(gè)工序銜接緊湊，出現(xiàn)問題及時(shí)同設(shè)計(jì)及監(jiān)理部門進(jìn)行溝通，及時(shí)將量測(cè)結(jié)果向設(shè)計(jì)部門反饋，由后者依次及時(shí)修正設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)參數(shù)，保證結(jié)構(gòu)的受力需要，提高圍巖的穩(wěn)定性，確保隧道施工安全、有序的進(jìn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

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