淺談軟弱圍巖環(huán)境下隧道開挖施工技術(shù)

劉燕平

（六枝工礦集團(tuán)六十五工程建設(shè)有限公司，貴州 六盤水市 553400）

公路是國民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，由于其特有的靈活性和優(yōu)越性，發(fā)揮著其他運(yùn)輸方式不可替代的作用。公路隧道是公路工程結(jié)構(gòu)的重要組成部分之一，在隧道施工中遇到軟弱圍巖體,常導(dǎo)致軟弱圍巖大變形、塌方等相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。合理的開挖施工技術(shù)是軟弱圍巖隧道處治中一個不可避免的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文結(jié)合某實(shí)體工程,對軟弱圍巖隧道開挖施工技術(shù)進(jìn)行研究,以為同類工程施工提供參考。

一、工程概況

某隧道為單向公路隧道。隧道地層主要以石英云母片巖夾炭質(zhì)片巖為主,具有薄層狀夾中厚層,節(jié)理裂隙較發(fā)育,片理面光滑,巖質(zhì)軟,層間結(jié)合差,易剝落掉塊,局部夾有破碎夾層等狀態(tài)。在實(shí)際開挖施工過程中隧道地質(zhì)情況多變,圍巖破碎,以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主,多為碳質(zhì)片巖,松散、破碎、且左右側(cè)巖質(zhì)不均,遇水成泥,易塌方,巖體扭曲、揉皺現(xiàn)象明顯,節(jié)理發(fā)育,巖體節(jié)理面光滑亮澤,往往夾雜有石英巖脈侵入體,并伴有地下水滲流,結(jié)構(gòu)面之間結(jié)合差,易分離剝落。隧道圍巖大變形破壞都發(fā)生在炭質(zhì)片巖地段,該段隧道最大埋深850m,隧道寬12.56m,高8.48m。

二、開挖施工方法

為解決該軟弱圍巖炭質(zhì)片巖段的施工難題,確保工程質(zhì)量、工期和施工安全,經(jīng)多次論證,最后采用三臺階七步平行流水作業(yè)開挖法施工。三臺階七步開挖法就是在隧道開挖過程中,在三個臺階上分七個開挖面,以前后七個不同的位置相互錯開分步平行開挖,分步平行施作拱墻初期支護(hù),仰拱超前施作及時閉合成環(huán),形成支護(hù)體系,逐步進(jìn)尺的作業(yè)方法。在碳質(zhì)片巖破碎、圍巖自穩(wěn)能力弱的地段,先采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿固結(jié)、止水等輔助措施,上部弧形導(dǎo)坑法短開挖施作拱部初期支護(hù),再左右錯位開挖及施作邊墻初期支護(hù),仰拱緊跟下臺階及時施作,盡早閉合成環(huán)形成支護(hù)體系受力。三臺階七步開挖法的初期支護(hù)由噴射混凝土、錨桿(管)、鋼筋網(wǎng)和鋼架等組成,各部分聯(lián)合受力。初期支護(hù)應(yīng)在開挖后立即施作,以保護(hù)圍巖的自然承載力,其施工工藝流程:開挖→清理巖面→初噴混凝土封閉巖面→施作系統(tǒng)錨桿,掛鋼筋網(wǎng)→安裝鋼架→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度→量測數(shù)據(jù)分析、反饋。

1．施工步驟

該方法施工主要步驟為首先進(jìn)行上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖,施做拱部初期支護(hù);再進(jìn)行中、下臺階左右錯開開挖,施做墻部初期支護(hù);最后進(jìn)行中心預(yù)留核心土開挖、隧底開挖,施做隧底初期支護(hù)。每步開挖后均應(yīng)及時支護(hù)。其具體七步如下:第一步為上部弧形導(dǎo)坑開挖。在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行,環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑,預(yù)留核心土,核心土長度宜為3～5m,寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定,最大不得超過1.5m,開挖后立即初噴3～5cm砼。上臺階長度控制在3.0～5.0m,高度為2.6m，跨度為4.58m，滿足矢跨比H/L>0.3;開挖后應(yīng)及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。第二、三步為左右側(cè)中臺階開挖。開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左右側(cè)臺階錯開1.5～2.5m，開挖后立即初噴3～5cm砼，及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。第四、五步為左右側(cè)下臺階開挖。開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左右側(cè)臺階錯開1.5～2.5m，開挖后立即初噴3～5cm砼，及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。第六步為上中下臺階預(yù)留核心土。各臺階分別開挖預(yù)留的核心土，開挖進(jìn)尺與各臺階循環(huán)進(jìn)尺相一致。第七步為隧底開挖。每循環(huán)開挖進(jìn)尺長度宜為2～3m開挖后及時施作仰拱初期支護(hù)，完成兩個隧底開挖、支護(hù)。最后，施工中應(yīng)注意完善洞內(nèi)臨時防排水系統(tǒng)，嚴(yán)禁積水浸泡拱、墻腳及在施工現(xiàn)場漫流，防止基底承載力降低。當(dāng)?shù)貙雍看髸r，上臺階開挖工作面附近開挖橫向水溝，將水引至隧道中部或兩側(cè)排水溝排出洞外。

2．施工監(jiān)測

施工中加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，根據(jù)量測結(jié)果，按照“石變我變”的思路，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)，進(jìn)行信息化施工管理。軟弱圍巖炭質(zhì)片巖段監(jiān)控量測每3m設(shè)一觀測斷面，大變形段每2m設(shè)置一觀測斷面，量測斷面布置見圖1，測量頻率為每天測量1次，典型斷面周邊收斂結(jié)果見圖2。從圖2可知，該開挖施工方法能有效控制圍巖穩(wěn)定，支護(hù)參數(shù)合理。

圖1 測點(diǎn)布置形式

圖2 水平位移收斂和拱頂下沉量測結(jié)果

結(jié)語

開挖方法是軟弱圍巖隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)，合理的開挖方法可避免出現(xiàn)大塌方，造成不必要的損失。該隧道軟弱圍段采用三臺階七步開挖法，順利地完成了該軟弱圍巖隧道開挖施工，施工過程中未發(fā)生一起塌方事故，表明采用的施工開挖處治技術(shù)是成功的，能有效控制圍巖穩(wěn)定，可供同類隧道工程施工參考。

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