六盤山隧道軟弱圍巖快速施工工藝

劉勝鎖

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西西安 710065)

0 引言

軟弱隧道的施工方法，常規(guī)方法為CRD法施工，存在以下缺點(diǎn):1)限制了大型施工機(jī)械的使用，降低了工效;2)臨時(shí)施工支護(hù)多，投入大，不經(jīng)濟(jì);3)施工中相互干擾大。

在六盤山隧道施工中，采用三臺(tái)階、強(qiáng)初護(hù)、勤量測(cè)、早封閉，狠抓施工工序循環(huán)時(shí)間的施工方法。在該隧道采用此法成功地解決了隧道軟弱圍巖施工投資大、工期長等難題，確保了工程質(zhì)量和工期。

1 工程概況

青島至蘭州公路(寧夏境)東山坡至毛家溝段高速公路位于寧夏回族自治區(qū)境內(nèi)，是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中18條橫線的第6條——青島至蘭州高速公路在寧夏境內(nèi)的重要路段，也是構(gòu)筑國家高速公路網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)和組成部分，同時(shí)也是甘肅省公路主骨架鳳翔路至巉口高速公路穿越寧夏境的共線段，全長170.9 km。

六盤山特長隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，左右線間隔31 m～48 m，屬超長隧道。右線隧道K6+230～K15+710，長9 480 m;左線隧道ZK6+270～ZK15+760，長9 490 m。

六盤山特長隧道，圍巖為亞粘土、碎石土、粉砂質(zhì)泥巖。隧址區(qū)內(nèi)出露地層為白堊系、第三系，并由覆蓋于基巖之上的第四系堆積層組成，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，局部巖體較完整，呈中薄層狀構(gòu)造，地下水出水狀態(tài)為滴滲水，隧道巖體工程地質(zhì)條件較差，隧道進(jìn)口洞口邊坡穩(wěn)定性較差。

2 工程特點(diǎn)

隧道地質(zhì)條件差，水量比較大，進(jìn)口位于F2斷裂帶影響帶上，全隧道全部為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖，隧道工期、安全是本項(xiàng)目的最大難點(diǎn)。

本地冬季時(shí)間長，每年10月份開始下雪，冬季施工困難多，效率低，成本高。

3 施工方案及技術(shù)要求

為了加快施工進(jìn)度，做到安全、穩(wěn)妥的施工軟弱圍巖，我們加強(qiáng)了初期支護(hù)，通過超前小導(dǎo)管、錨噴、架立鋼架來控制圍巖變形。其施工基本原則是“少擾動(dòng)、早支護(hù)、勤量測(cè)、緊封閉”。嚴(yán)格按照內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)施工，確保每個(gè)施工工序的時(shí)間，采用三臺(tái)階七步即上臺(tái)階、中臺(tái)階、下臺(tái)階。由于軟弱圍巖在初期開挖時(shí)變形比較大，增加預(yù)留變形量，拆換時(shí)開挖增加斷面面積，斷面比較大，凈空較寬，采用無軌運(yùn)輸，以加快施工進(jìn)度，但同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)排煙措施。

3.1 開挖

開挖是隧道施工的龍頭，只有快速掘進(jìn)才能使隧道其他工序快速施工。開挖采用三臺(tái)階七步開挖法施工，洞身是強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體呈裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，采用爆破法開挖。

優(yōu)點(diǎn)為:三臺(tái)階開挖法適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式，初期支護(hù)工序操作便捷。在臺(tái)階法開挖的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，左右錯(cuò)開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定。當(dāng)變形較大或突變時(shí)，在保證安全和滿足凈空斷面的前提下，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間。

三臺(tái)階七步開挖法可分為以下主要步驟:

1)上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖，施作拱部初期支護(hù)。

2)中、下臺(tái)階左右錯(cuò)開開挖，施作墻部初期支護(hù)。

3)中心預(yù)留核心土開挖，隧底開挖，施作隧底初期支護(hù)。

每步開挖后均應(yīng)及時(shí)支護(hù)，隧底初期支護(hù)后應(yīng)及時(shí)施作仰拱，盡早封閉成環(huán)。

三臺(tái)階七步開挖法的施工工藝流程見圖1，開挖步驟圖見圖2，開挖透視圖見圖3。

3.2 初期支護(hù)

3.2.1 超前支護(hù)

超前支護(hù)采用φ42超前小導(dǎo)管并注漿作超前支護(hù)。它是防止塌方最有效的措施之一，對(duì)噴混凝土完畢期間的臨時(shí)支護(hù)起關(guān)鍵性的作用，可以防止圍巖層層剝落，對(duì)開挖弧形的圓順也起到關(guān)鍵性的作用。小導(dǎo)管一般先在拱部120°范圍內(nèi)開挖輪廓線以外0.3 m處φ50鉆頭打眼，沖擊插入φ42鋼管，仰角約為3°～5°。注漿時(shí)應(yīng)從拱腳向拱頂對(duì)稱一次壓入，水泥漿濃度應(yīng)先干后稀，水灰比約為1∶0.6～1∶1，注漿前先噴混凝土封閉工作面，以防漿液流出。

圖1 三臺(tái)階七步開挖法施工流程

圖2 開挖步驟圖（單位：m）

3.2.2 型鋼鋼架

隧道開挖后，采用Ⅰ20a型鋼鋼架，每榀0.7 m支護(hù)，每榀型鋼鋼架分成7節(jié)，其中上臺(tái)階3節(jié)、中臺(tái)階2節(jié)、下臺(tái)階2節(jié)，型鋼接頭采用鋼板、螺栓聯(lián)結(jié)方式。由于分塊多，各分塊在圍巖應(yīng)力影響下，均要產(chǎn)生變形和位移。為使分塊之間的聯(lián)結(jié)位置準(zhǔn)確，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)和類比分析，確定了鋼架的加工、架立尺寸，預(yù)留變形量。這樣，解決了鋼架因受力而接不上，因下沉或位移而造成侵限的矛盾。按施工順序開挖成型后，按設(shè)計(jì)及時(shí)架立該部型鋼支撐，型鋼軸線應(yīng)與豎直重合?？刹捎忙?2小導(dǎo)管對(duì)鋼架定位，型鋼之間采用縱向連接筋相連，確保型鋼穩(wěn)定。在型鋼鋼架架立好后，進(jìn)行系統(tǒng)錨桿的施作，錨桿施作，應(yīng)越快越好，以控制開挖后圍巖變形。

圖3 開挖透視圖（單位：m）

3.2.3 噴射混凝土

噴射混凝土封閉快、增強(qiáng)快，是支護(hù)的重要組成部分。可以說，軟弱圍巖段能否依靠初期支護(hù)長時(shí)間承受圍巖壓力，噴射混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要。在噴射混凝土內(nèi)部具有均勻和高度的不透水性，并在表面上不產(chǎn)生收縮裂紋，具有較高的抗拉強(qiáng)度，能在短時(shí)間內(nèi)提高強(qiáng)度，以適應(yīng)支護(hù)圍巖和滲水的需要，使易風(fēng)化的巖石不與空氣接觸，提高其表面磨損的抵抗能力。

3.3 人員和機(jī)械配置

在軟弱圍巖隧道開挖過程中，由于支護(hù)時(shí)間長短決定圍巖穩(wěn)定的控制情況，因此圍巖開挖后暴露時(shí)間越短，變形越小，支護(hù)越穩(wěn)定，安全性越高。在隧道施工中，各個(gè)工序施工時(shí)間和人力機(jī)械配置如表1所示。

表1 隧道施工各工序時(shí)間和人力機(jī)械配置表

4 結(jié)語

本文只對(duì)六盤山隧道軟弱圍巖施工很小的一方面進(jìn)行分析論述，因工序較多，各工序必須密切配合，狠抓施工工序時(shí)間，加快施工進(jìn)度，確保在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成各個(gè)工序，嚴(yán)格控制初期支護(hù)質(zhì)量，預(yù)留適當(dāng)變形量，按要求量測(cè)指導(dǎo)施工。六盤山隧道采用此種方法后施工進(jìn)度明顯加快，投資成本明顯減少，成功保證了工期和效益的雙豐收。