公路隧道工程質(zhì)量控制研究

張大磊

【摘 要】公路隧道工程施工中軟弱圍巖施工事故的頻發(fā)不僅造成了工期的延誤以及工程成本的增加，同時(shí)也造成了很多人員傷亡并形成了負(fù)面的社會(huì)影響，雖然軟弱圍巖工程具有復(fù)雜的地域條件、繁多的施工工序、嚴(yán)格的工藝要求以及較高的技術(shù)含量，但是在認(rèn)識(shí)軟弱圍巖變形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)其開挖方法以及支護(hù)方法做出針對(duì)性的研究能夠?qū)ζ渥冃芜M(jìn)行有效的控制。本文以提高公路隧道工程質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)軟弱圍巖變形特點(diǎn)進(jìn)行了研究與闡述，同時(shí)對(duì)軟弱圍巖隧道的開挖方法、支護(hù)原則、支護(hù)方法進(jìn)行了研究與探討。

【關(guān)鍵詞】公路隧道；軟弱圍巖；變形控制；開挖；支護(hù)

一、軟弱圍巖的變形特點(diǎn)

公路隧道工程中經(jīng)常會(huì)遇到軟弱圍巖，這類圍巖一般具有較大的孔隙率、較小的密度以及較為疏松的結(jié)構(gòu)，并且膠結(jié)性較差或者沒(méi)有膠結(jié)，由于這類圍巖存在裂隙、節(jié)理以及弱面，在開挖后容易滑落、破碎以及膨脹，所以這類圍巖的變形控制一直是地下隧道施工中所面臨的復(fù)雜難題，當(dāng)公路隧道工程遇到這類圍巖時(shí)，往往會(huì)給施工造成很大的難度。

在隧道的開挖施工中，軟弱圍巖的壓力規(guī)律一般體現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是圍巖所顯現(xiàn)的壓力以及出現(xiàn)的變形會(huì)隨著時(shí)間體現(xiàn)出較為明顯的階段性。當(dāng)對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行開發(fā)之后，開挖初期會(huì)出現(xiàn)較為劇烈的變形，隨后逐漸穩(wěn)定，在穩(wěn)定后的一段時(shí)期又會(huì)出現(xiàn)急速變形，嚴(yán)重情況下會(huì)對(duì)工程造成破壞；二是壓力的變化以及表型具有較為明顯的空間效應(yīng)，軟弱圍巖在形狀改變中產(chǎn)生的彈性能隨著挖掘深度的增加而增加，其中深度平方值與彈性能具有正比關(guān)系，在同等變形控制措施以及地址條件中，地下工程的深部所具有的膨、壓、擠現(xiàn)象比工程的淺部更加明顯；三是在地下工程的地板部分含有軟弱巖石時(shí)，工程的地板部分容易形成滑動(dòng)面并產(chǎn)生松弛區(qū)和底鼓現(xiàn)象；四是地下工程深部壓力沿著全斷面均勻分布，如果整個(gè)地下工程都處在軟弱圍巖中并且具有較大的深度，由于圍巖不斷蠕變以及軟弱圍巖應(yīng)力所產(chǎn)生的同性取向會(huì)導(dǎo)致橫斷面出現(xiàn)底鼓、幫擠、拱頂變形等現(xiàn)象；五是在隧道工程中的軟弱圍巖開挖后由于軟弱圍巖的強(qiáng)度較低或者軟弱圍巖位于高應(yīng)力區(qū)，軟弱圍巖所承受的應(yīng)力可能超出其本身的強(qiáng)度而產(chǎn)生松動(dòng)并出現(xiàn)較大的松動(dòng)圈。

二、軟弱圍巖隧道開挖方法

在公路隧道工程中，軟弱圍巖隧道挖掘需要以圍巖的受力狀態(tài)、地質(zhì)條件、施工安全以及機(jī)械設(shè)備等因素為依據(jù)進(jìn)行方法的選擇，在挖掘過(guò)程中需要遵循的原則主要包括以下幾個(gè)方面：一是為了降低對(duì)軟弱圍巖整體強(qiáng)度的影響應(yīng)當(dāng)采用弱爆破的方法；二是為了盡快的形成隧道縫補(bǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)遵循多循環(huán)、短開挖、快封閉的原則；三是為了確保公路隧道工程施工的可靠和安全，有必要對(duì)隧道地步的隆起、拱頂?shù)南鲁恋茸龀鲇行Э刂?；四是有必要?duì)軟弱圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行改善以確?；蛱岣吖匪淼拦こ痰氖┕みM(jìn)度。

在遵循以上原則的基礎(chǔ)上，需要注意的是大變形圍巖隧道并不能使用一次開發(fā)成形的辦法，長(zhǎng)臺(tái)階法也不具備較好的適用性，這是因?yàn)橛捎谲浫鯂鷰r自穩(wěn)時(shí)間短、自穩(wěn)能力較差、支護(hù)體系難以在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)成封閉環(huán)并且隧道容易坍塌，所以分布開挖法以及微臺(tái)階法是軟弱圍巖大變形隧道開挖中使用的主要方法，在一些特殊情況下可以使用中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔壁法等分布開挖法。其中短臺(tái)階法適用于具有較差穩(wěn)定性的圍巖、開挖之后掌子面具有較長(zhǎng)時(shí)間的自穩(wěn)并且變形較輕的單線隧道；環(huán)形開挖預(yù)留核心土法適用于較差穩(wěn)定性的圍巖、開挖之后掌子面具有一定的自穩(wěn)時(shí)間并且變形較輕的雙線以及單線隧道；交叉中隔壁法與雙壁側(cè)導(dǎo)坑法適用于穩(wěn)定性較差的圍巖、開挖之后掌子面具有較短的自穩(wěn)時(shí)間并會(huì)出現(xiàn)重度或者中度變形的多線以及雙線隧道。

三、軟弱圍巖隧道支護(hù)設(shè)計(jì)的原則

公路隧道施工中的軟弱圍巖開挖之后，為了確保圍巖的穩(wěn)定，有必要在工程的周邊進(jìn)行支護(hù)。根據(jù)公路隧道工程軟弱圍巖的壓力規(guī)律和特點(diǎn)，為了有效的提高圍巖承載能力并使工程能夠具有均勻的受力與較小的變形量，在公路隧道工程軟弱圍巖支護(hù)施工中需要遵循以下幾點(diǎn)原則：一是要對(duì)軟弱圍巖的化學(xué)物理性質(zhì)、力學(xué)參數(shù)以及特性進(jìn)行勘察并以勘察結(jié)構(gòu)為依據(jù)來(lái)進(jìn)行支護(hù)對(duì)策和支護(hù)方案的制定，在遵循先柔后剛、先讓后抗、支讓結(jié)合原則的基礎(chǔ)上采用能夠伸縮并且具有較大支撐力的支架；二是支護(hù)工作要機(jī)制，使用具有較快增阻速度和較大初撐力的支架來(lái)有效控制軟弱圍巖的變形；三是遵循支護(hù)、加固、讓壓、卸壓結(jié)合的原則，在高地應(yīng)力部分要充分卸壓，在具有較大變形量的部分要適度讓壓，在軟弱明顯的部分要進(jìn)行及時(shí)加固以及支護(hù)以增強(qiáng)軟弱圍巖的承重力；四是對(duì)地下工程的幾何形狀以及斷面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)測(cè)壓以及底鼓現(xiàn)象較為嚴(yán)重的部分應(yīng)當(dāng)采用類似圓形并且具有較好受力的封閉式支護(hù)；五是如果軟弱圍巖并不含有具有膨脹性的礦物質(zhì)成分，可以采用疏干放水的方法來(lái)增強(qiáng)軟弱圍巖的強(qiáng)度，如果軟弱圍巖中含有這些成分，則可以使用封閉保原等措施來(lái)降低膨脹力；六是以實(shí)際情況為依據(jù)開展二次支護(hù)或者多次支護(hù)，對(duì)每次支護(hù)間隔的時(shí)間進(jìn)行合理確定；七是確保施工具有方便性。軟弱圍巖地下工程一般具有較小的斷面尺寸和空間，許多大型的設(shè)備和機(jī)械難以進(jìn)行工作的開展，所以支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及尺寸的確定需要重點(diǎn)考慮勞動(dòng)強(qiáng)度以及施工成本的降低和施工效率的提升；八是確保施工的經(jīng)濟(jì)性。許多支護(hù)結(jié)構(gòu)從技術(shù)層面上看能夠確保軟弱圍巖工程的穩(wěn)定，但是卻具有較高的造價(jià)，使用這些支護(hù)結(jié)構(gòu)必然會(huì)使施工成本升高，所以在支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇中，不僅要重視技術(shù)上的可行，同時(shí)要強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)上的合理，只有具備這兩種條件的支護(hù)結(jié)構(gòu)在公路隧道工程施工中才具有良好的推廣價(jià)值與應(yīng)用價(jià)值。

四、軟弱圍巖的支護(hù)方法

軟弱圍巖在自穩(wěn)能力方面的特性決定了許多常規(guī)的支護(hù)方法并不適用于軟弱圍巖的支護(hù)，噴錨支護(hù)是在軟弱圍巖的支護(hù)中被廣泛應(yīng)用的支護(hù)方案，而適用于軟弱圍巖工程支護(hù)的常規(guī)方法主要包括以下三種：

（一）錨網(wǎng)噴支護(hù)

在具有適當(dāng)支護(hù)參數(shù)的前提下，錨網(wǎng)噴支護(hù)是十分合理的支護(hù)形式，在錨網(wǎng)噴支護(hù)中組合拱可以與軟弱圍巖一起承擔(dān)應(yīng)力，具有較大的強(qiáng)度以及可變形量，但是單一的使用錨網(wǎng)噴支護(hù)在軟弱圍巖施工中也具有一定的局限性，它并不適用于高應(yīng)力集中帶以及涌滲水地段。在高應(yīng)力集中帶，錨網(wǎng)噴支護(hù)需要與其他支護(hù)形式進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)來(lái)提高承載能力與支護(hù)能力，而在涌滲水地段則應(yīng)當(dāng)在使用拱架進(jìn)行及時(shí)的支護(hù)后通過(guò)噴漿封閉來(lái)降低軟弱圍巖的位移，當(dāng)軟弱圍巖的變形平穩(wěn)后再使用錨桿對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行加固。

（二）錨網(wǎng)注噴支護(hù)

錨網(wǎng)注噴支護(hù)方法一方面能夠?qū)鷰r進(jìn)行加固，對(duì)圍巖的力學(xué)性能進(jìn)行改善，可以有效的控制塑性形變，另一方面可以讓縫隙被漿液充填來(lái)實(shí)現(xiàn)圍巖整體性的提高并防止地下水?dāng)z入，所以這種方法能夠作為控制地下工程圍巖大變形過(guò)程中十分有效的支護(hù)手段。

（三）強(qiáng)行快速聯(lián)合支護(hù)

對(duì)于可能出現(xiàn)大變形的軟弱圍巖工程，不能等到初期支護(hù)完全穩(wěn)定后才開展二次的襯砌，而應(yīng)當(dāng)在合適的時(shí)間強(qiáng)行的進(jìn)行二次襯砌。一般在48小時(shí)之后，圍巖的變形速度小于每小時(shí)三毫米之后如果形變有侵限，則應(yīng)當(dāng)對(duì)侵限且已被破壞的支護(hù)體系和圍巖進(jìn)行拆除，在查出過(guò)程中為了降低對(duì)支護(hù)體系的干擾，需要做到以下幾點(diǎn)：一是快速；二是逐榀拆除鋼拱架；三是使用風(fēng)鎬進(jìn)行撬挖。

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