雅瀘路泥巴山隧道變形段施工技術(shù)探討

陳雷　楊慶國(guó)

[摘要]本文介紹了雅瀘高速公路C7合同段泥巴山隧道（即大相嶺隧道）軟弱圍巖擠壓變形控制施工技術(shù)，由于施工中采用了有效的支護(hù)技術(shù)、開(kāi)挖順序、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和積極的圍巖量測(cè)手段，避免了因圍巖擠壓發(fā)生的變形侵限及塌方，此文可向同類型圍巖施工提供一些經(jīng)驗(yàn)。

[關(guān)鍵詞]支護(hù)手段；圍巖變形；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；監(jiān)控量測(cè)。

隨著長(zhǎng)大隧道在高速公路設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，各種不良地質(zhì)構(gòu)造給隧道施工造成的難題也日益增多，而隧道變形地質(zhì)地段是其中常見(jiàn)的一種，在變形段施工中，屢屢發(fā)生隧道坍塌事故，造成不良后果，因此，解決隧道在變形段施工中的難點(diǎn)是一個(gè)突出問(wèn)題。

一、工程概況：

泥巴山隧道左洞全長(zhǎng)9962米，右洞全長(zhǎng)10007米，c7合同段隧道出口部分左洞長(zhǎng)5116米，右洞5130米。施工時(shí)從出口進(jìn)洞，為上坡施工。

泥巴山隧道地層巖性復(fù)雜，隧區(qū)圍巖為火山碎屑巖和火山熔巖為主，隧道出口附近少量分布有陸源碎屑巖和碳酸鹽巖。巖質(zhì)堅(jiān)硬，斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造節(jié)理以陡傾角為主，NW向?yàn)橹?。除主要?jié)理外，隧道中與主斷裂節(jié)理產(chǎn)狀相近的次級(jí)斷裂也較發(fā)育，在與線路近于平行的勘察線上，每間隔50-150m就分布一條。影響帶寬約1-2米。隧址圍巖賦存裂隙水和空隙水。泥巴山隧道的不良地質(zhì)主要有巖爆、斷層破碎帶、涌水、大變形、高地溫、巖溶。圍巖以Iv、v級(jí)圍巖為占據(jù)較多。

二、大變形地質(zhì)簡(jiǎn)介：

泥巴山隧道穿過(guò)的幾條規(guī)模較大的斷層，其巖體大多數(shù)成碎裂狀，隱含裂隙發(fā)育，局部呈網(wǎng)狀，造成巖體整體完整程度不高，故從斷裂特征上分析認(rèn)為，泥巴山隧道具有大變形的條件，而根據(jù)設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，本合同段的大變形段主要受以下兩條斷層帶影響：

（一）FW6斷層：

FW6斷層為物探所揭示并被鉆探所證實(shí)。物探揭示Fw6為寬約130m的異常帶。工可階段所布置的鉆孔AZK3正好位于此異常帶內(nèi)，鉆孔揭示石質(zhì)較松軟，易擊碎，裂隙密集而雜亂，巖芯極破碎，多呈3-7cm的碎塊狀。

（二）F7斷層：

F7斷層是隧道區(qū)的一條重要構(gòu)造，是金坪向斜和大相嶺背斜的分界，它控制著大相嶺背斜的構(gòu)造形態(tài)。斷層沿下震旦統(tǒng)蘇雄組火山巖和上震旦統(tǒng)沉積巖的薄弱面附近發(fā)育，具有一定的順層斷層特征和性質(zhì)。斷層沿走向和傾向有強(qiáng)烈的舒緩波狀，總體呈近NNW走向，斷面傾向NE，傾角50-70°。在隧道穿越段，地表為寬緩的負(fù)地形，除受開(kāi)建橋組火山沉積巖巖性影響外，F(xiàn)7斷層影響造成巖體破碎易于風(fēng)化剝蝕也是重要因素。

三、隧道大變形段施工措施

（一）施工方案：

泥巴山隧道大變形段圍巖破碎，穩(wěn)定性極差，開(kāi)挖后極易失穩(wěn)坍塌，不僅存在施工上的干擾，也存在對(duì)地層擾動(dòng)的相互影響和疊加，因此依據(jù)隧道斷面尺寸，圍巖地質(zhì)情況，確定科學(xué)的開(kāi)挖方法和支護(hù)參數(shù)，合理安排各個(gè)工序，控制隧道擠壓變形，確保隧道開(kāi)挖掘進(jìn)不受較大的影響是施工的關(guān)鍵。

根據(jù)隧道開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件，結(jié)合以往隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，參照理論分析和模型試驗(yàn)成果，擠壓變形段（V中變）總體施工方案為：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和超前探孔相結(jié)合（超掌子面6米以上）分析圍巖情況及水量大小，采用“三臺(tái)階七步流水開(kāi)挖法”施工并預(yù)留核心土，輔助工法采用超前小導(dǎo)管和徑向小導(dǎo)管注雙液漿，系統(tǒng)錨桿采用8米自進(jìn)式中空錨桿支護(hù)并及時(shí)封閉仰拱。小導(dǎo)管超前注漿加固范圍為拱部120°。該段施工時(shí)總體遵循：“早預(yù)報(bào)、先治水、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”的原則。

采用“三臺(tái)階七步流水開(kāi)挖法”，綜合考慮機(jī)械施工作業(yè)空間、便于支護(hù)作業(yè)和確保施工安全，上導(dǎo)開(kāi)挖高度3.6米，中導(dǎo)3.5米，下導(dǎo)2.9米。上、中、下臺(tái)階總長(zhǎng)度控制在15米之內(nèi)，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.6米。開(kāi)挖順序?yàn)椋撼暗刭|(zhì)預(yù)報(bào)——超前小導(dǎo)管支護(hù)——上、中、下臺(tái)階同時(shí)爆破——初噴混凝土、打錨桿、掛網(wǎng)——立鋼拱架噴錨一開(kāi)挖仰拱打錨桿、立拱架——澆注仰拱、填充——二次襯砌。

（二）施工方法

1.施工支護(hù)

大變形段的隧道圍巖極破碎，圍巖自穩(wěn)性較差，因此，采用工法為“三臺(tái)階七步開(kāi)挖”法。施工順序是：第一步：拱頂在超前小導(dǎo)管的“保護(hù)下”將傳統(tǒng)的上導(dǎo)坑改為弧形導(dǎo)坑，循環(huán)進(jìn)尺0.6米，開(kāi)挖結(jié)束后打徑向錨桿，網(wǎng)噴4cm砼，架設(shè)工字鋼架再噴錨，形成較穩(wěn)定的承載拱；第二、三步：在拱頂承載拱的支持下，分段開(kāi)挖邊墻，以一定的時(shí)間差先后按同樣的方法進(jìn)行支護(hù)，使同一斷面鋼拱架在拱腳處暴露的開(kāi)挖面僅限于一側(cè)；第四步：挖中部核心土；第五、六步：在已完成邊墻支護(hù)后，分段左右開(kāi)挖邊墻下部，以一定的時(shí)間差作邊墻下部支護(hù)；第七步：下臺(tái)階核心土及仰拱開(kāi)挖，做仰拱初期支護(hù)，襯砌砼緊跟。

三臺(tái)階總長(zhǎng)度不大于15米，根據(jù)圍巖情況采用小藥量掏槽爆破，周邊人工修整或風(fēng)鎬直接開(kāi)挖。初期支護(hù)施工中，錨桿鉆孔方向與初期支護(hù)面垂直。噴射混凝土采用鋼纖維混凝土，噴射混凝土應(yīng)分段、分片、分層進(jìn)行，由下向上，從無(wú)水、少水向有水、多水地段集中，多水處先行注雙液漿堵水或安放排水管將水排出。仰拱距掌子面下導(dǎo)距離控制在25米之內(nèi)，襯砌距掌子面下導(dǎo)距離控制在60米之內(nèi)，這樣既可以保證已開(kāi)挖洞段的穩(wěn)定性，有效發(fā)揮圍巖的自承能力，同時(shí)又限制圍巖發(fā)生松動(dòng)，使二次襯砌承受不必要的松動(dòng)壓力，保證隧道安全。

2.鋼拱架變形的預(yù)防和處理

大變形段圍巖極不穩(wěn)定，易出現(xiàn)拱頂和邊墻拱架變形的情況。為了保證圍巖的穩(wěn)定，邊墻拱架變形時(shí)采用增加8米自進(jìn)式錨桿加固并注漿，梅花型布置。拱頂拱架變形采用增加支護(hù)參數(shù)，在原有拱架中間再架設(shè)1榀拱架，打系統(tǒng)錨桿，再進(jìn)行混凝土的噴射，減輕了既有拱架的變形。以上初支增加支護(hù)參數(shù)后，及時(shí)進(jìn)行仰拱和襯砌的施工，保證施工安全。

（三）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及圍巖量測(cè)：

為了動(dòng)態(tài)的監(jiān)控整個(gè)施工過(guò)程，施工組織設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)必須在施工時(shí)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)內(nèi)容主要包括：

1.預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)地質(zhì)條件變化及其對(duì)施工的影響。

2.斷層或不穩(wěn)定巖層預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。

3.涌水（涌水地點(diǎn)、涌水量大小、地下水泥砂含量等）預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。

4.其它不良地質(zhì)狀況預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。

泥巴山隧道主要采用TSP、瞬變電磁儀法及超前鉆孔三種方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)成果顯示，變形段的圍巖破碎不均，巖體完整性較差，風(fēng)化嚴(yán)重，含水量大，易受地下水的不良作用，據(jù)施工過(guò)程中揭示的地質(zhì)情況顯示，地質(zhì)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到了85%，有效地為隧道施工探明地質(zhì)情況，為施工方法和結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供了準(zhǔn)確依據(jù)，避免了由于變形可能產(chǎn)生的安全事故發(fā)生，確保了施工順利進(jìn)行。

（四）圍巖量測(cè)

根據(jù)施工情況，每5米布設(shè)一組變形觀測(cè)斷面，進(jìn)行跟蹤施工的實(shí)時(shí)變形觀測(cè)，并將觀測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋到施工中，根據(jù)反饋信息調(diào)整開(kāi)挖方案和支護(hù)參數(shù)。

根據(jù)以上監(jiān)測(cè)結(jié)果，初期支護(hù)閉合后所有的變形均在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。從施工角度分析，及時(shí)施做仰拱、二次襯砌閉合成環(huán)，是抑制變形、確保安全的關(guān)鍵。

（五）施工中應(yīng)注意事項(xiàng)：

隧道穿越軟弱變形段施工時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.采用三臺(tái)階法施工，臺(tái)階長(zhǎng)度不超過(guò)5米，三臺(tái)階長(zhǎng)度以不大于15米為宜；

2.盡量減少工序間相互干擾，使各工序平行作業(yè)，縮短施工時(shí)間，加快進(jìn)度；

3.超前支護(hù)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案到位；

4.自進(jìn)式長(zhǎng)錨桿主動(dòng)約束洞周變形；

5.仰拱和襯砌必須緊跟掌子面，仰拱距掌子面距離不得大于25米，必要時(shí)跟至下臺(tái)階，襯砌與掌子面距離控制在70米以內(nèi)。

通過(guò)采取以上措施，有效地控制了圍巖-支護(hù)體系的變形，保證了隧道結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定和施工安全。

結(jié)論：

變形段圍巖隧道的施工，關(guān)鍵在于超前支護(hù)和側(cè)向軟巖加固注漿的控制，施工時(shí)還要特別注意開(kāi)挖支護(hù)的時(shí)效性和超前預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)的信息反饋，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，仰拱、襯砌及時(shí)施做，盡早成環(huán)，約束圍巖變形。從施工情況分析，變形段初期支護(hù)及二襯穩(wěn)定，變形在允許范圍之內(nèi)，變形段施工月進(jìn)度達(dá)到90米，由此可見(jiàn)，上述的施工方案是科學(xué)、合理的。

參考文獻(xiàn)

[1]宋戰(zhàn)平，隱伏溶洞對(duì)隧道圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2006.

[2]徐則民，黃潤(rùn)秋.深埋特長(zhǎng)隧道及其施工地質(zhì)災(zāi)害[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2000.

[3]馮衛(wèi)星，鐵路隧道設(shè)計(jì)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1998