淺談大跨度軟弱圍巖隧道淺埋段施工安全控制

張紅輝

摘要：本文以某隧道進(jìn)洞施工為例，介紹了高速公路大跨度軟弱圍巖隧道淺埋段施工安全控制措施，望對類似隧道工程施工有所幫助。

關(guān)鍵詞：大跨度軟弱圍巖；淺埋；安全施工

一、工程概述

某隧道設(shè)計(jì)為雙向六車道小凈距隧道。該隧道左右線平面分別位于R-3400m，R-6600m圓曲線上；左右線隧道縱面分別為1.533/-0.708%，1.533/-0.711%雙向坡。其中左線起訖樁號(hào)為ZK7+205～ZK7+785，全長580m；右線起訖樁號(hào)為YK7+205～YK7+782，全長577m，雙洞設(shè)計(jì)線最小間距約13m，最大間距21.7m，隧道開挖最大寬度達(dá)16.61米。從現(xiàn)場看，隧道進(jìn)口進(jìn)洞條件差，邊仰坡的坡度陡峭。進(jìn)口洞口段處于淺埋偏壓嚴(yán)重，位于第四系殘積層內(nèi)。進(jìn)口段表層為含礫粉質(zhì)黏土，硬塑，厚0～2.5m，下伏基巖流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化厚1～7.5m，下為弱風(fēng)化，巖質(zhì)較硬，裂隙發(fā)育，巖體破碎。地下水為基巖裂隙水，不發(fā)育。洞口淺埋段全長77m，埋深0～18m。因此，如何根據(jù)地形、圍巖地質(zhì)的基本特性，確定合理、快捷的施工方法，順利穿過偏壓、淺埋、破碎段是本隧道施工的關(guān)鍵。

二、隧道施工安全分析

由于本工程隧址內(nèi)為全風(fēng)化花崗巖，原巖已風(fēng)化成土狀，強(qiáng)度低，工程性質(zhì)差，受水浸潤后極易產(chǎn)生軟化、垮塌；作為洞口仰坡巖體，容易在水的沖刷下產(chǎn)生坡面變形破壞，形成淺層滑塌、松動(dòng)剝落，對洞口安全不利，需要采取支護(hù)措施保證施工安全。在軟弱圍巖隧道施工過程中，可采用的施工方法一般有：噴錨構(gòu)筑施工法和復(fù)合襯砌法。噴錨構(gòu)筑施工法是借助新奧法原理，把巖土力學(xué)原理作為基礎(chǔ)，再將圍巖承載力進(jìn)行合理利用，并在開挖隧道過程中最大限度地減少擾動(dòng)圍巖，最后使圍巖成為支護(hù)體系的重要部分。通過用監(jiān)控量測來具體指導(dǎo)整個(gè)隧道工程的設(shè)計(jì)與施工。施工中，按照以下4個(gè)原則進(jìn)行：①要保持圍巖穩(wěn)定性必須對其自穩(wěn)能力進(jìn)行合理利用；②在支護(hù)體系方面，要把混凝土噴射和錨桿作為主要支護(hù)手段，必要時(shí)可采用鋼架作為聯(lián)合支護(hù)手段，同時(shí)應(yīng)把圍巖作為支護(hù)體系的重要組成部分；③為使隧道開挖輪廓圓順，必須盡量減少開挖作業(yè)，減少圍巖擾動(dòng)；④圍巖與初期支護(hù)保持基本穩(wěn)定是進(jìn)行二次襯砌的前提和必要條件。

三、隧道安全施工技術(shù)

（一）地表加固措施

掛φ8鋼筋網(wǎng)一層，網(wǎng)眼間距20×20cm，和一層φ22鋼筋骨網(wǎng)，間距60×40cm，掛雙層鋼筋網(wǎng)后噴混凝土封閉地表。施設(shè)φ42注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管間距1.0×1.0m，長5～8m。小導(dǎo)管壓注水泥-水玻璃雙液漿固結(jié)覆蓋土層，減小由于隧道施工引起的地表沉降，保障施工安全。

（二）邊、仰坡開挖

開挖前先修筑邊仰坡截水溝，清除洞口上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石。凡能用十字鎬、風(fēng)鎬挖動(dòng)的，盡量不采用爆破方式。如遇鈣質(zhì)結(jié)核土層需爆破時(shí)，最好采用弱爆破，嚴(yán)格控制藥量，運(yùn)用光面爆破、預(yù)裂松動(dòng)爆破技術(shù)，控制超欠挖，減少對圍巖的擾動(dòng)。洞口刷坡按設(shè)計(jì)要求，先測量放樣，然后自上而下分層開挖，開挖采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行。每層開挖后及時(shí)施作臨時(shí)防護(hù)，進(jìn)行錨噴掛網(wǎng)支護(hù)。

1、噴射砼前的準(zhǔn)備工作

（1）受噴面的處理①清理防護(hù)巖面雜物，清除浮石及松動(dòng)的巖石。②用高壓水、高壓風(fēng)清除雜物，用高壓水沖洗巖面，并使巖面保持一定的濕度。

（2）設(shè)置控制噴層厚度標(biāo)志

按照設(shè)計(jì)厚度在巖面上打入短鋼筋，標(biāo)出刻度，做為標(biāo)記。

（3）安裝錨桿及鋼筋網(wǎng)

①在巖面上確定錨桿孔位，進(jìn)行鉆孔，鉆孔完畢后應(yīng)將孔內(nèi)巖粉吹干凈；經(jīng)過監(jiān)理工程師檢查確認(rèn)，安裝錨桿，同時(shí)在鉆孔內(nèi)灌注水泥砂漿。

②掛網(wǎng)應(yīng)與原坡面保持間距，噴射砼應(yīng)至少保持3～5cm間距，不能使網(wǎng)緊貼坡面；采用與錨桿端頭先綁扎固定，后焊接牢固的方法掛網(wǎng)。

（三）洞頂?shù)乇硐鲁亮繙y觀測點(diǎn)的埋設(shè)

（1）淺埋隧道地表沉降測點(diǎn)必須在隧道開挖前布設(shè)。地表沉降測點(diǎn)和隧道內(nèi)測點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面里程。一般條件下，地表沉降測點(diǎn)縱向間距應(yīng)按表2—1的要求布置。

（2）地表沉降測點(diǎn)橫向間距為2～5m。在隧道中線附近測點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密，隧道中線兩側(cè)量測范圍不應(yīng)小于Ho + B，地表有控制性建（構(gòu)）筑物時(shí).量測范圍應(yīng)活當(dāng)加寬。

（3）觀測點(diǎn)用螺紋鋼端頭刻十字絲，用混凝土固定，于開挖洞口仰坡前7天左右埋設(shè)，以使混凝土充分凝固。埋設(shè)時(shí)若為冬季，要先用土覆蓋，避免凍壞混凝土。

（四）初期支護(hù)

大跨徑、小凈距隧道的初期支護(hù)較之普通的隧道尤為重要，初期支護(hù)總的原則是隨開挖隨支護(hù)。此隧道Ⅴ級(jí)圍巖初期支護(hù)采用22a工字鋼+D25長4m中空錨桿和Φ25長5m預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿+Φ6.5雙層鋼筋網(wǎng)+28cm厚C20噴射混凝土復(fù)合支護(hù)，側(cè)壁采用16工字鋼臨時(shí)支撐+Φ22長2m系統(tǒng)錨桿+Φ6.5單層鋼筋網(wǎng)+18cm厚C20噴射混凝土復(fù)合支護(hù)。

1、噴射混凝土：圍巖經(jīng)開挖之后立即進(jìn)行噴射混凝土施工，噴射混凝土施工采用分層進(jìn)行，我們將第一層噴射混凝土厚度控制在3cm左右，起到穩(wěn)定開挖圍巖的作用，為之后的拱架、鋼筋網(wǎng)施工提供保障，第二層噴射砼的施工待第一層鋼筋網(wǎng)片和拱架安裝完畢之后進(jìn)行，直至噴至設(shè)計(jì)厚度。噴射混凝土由下而上順序進(jìn)行，當(dāng)巖面有較大凹洼時(shí)，應(yīng)先填平。每臺(tái)噴錨機(jī)設(shè)專人添加速凝劑，確保了速凝劑添加均勻，既保證了初支的強(qiáng)度又減少了回彈量。

2、鋼支撐：鋼拱架均在加工場地試拼裝之后用裝載機(jī)運(yùn)至施工現(xiàn)場。鋼拱架在拼裝時(shí)做到與初噴混凝土面相接觸，拱架施做中，主要控制鎖腳錨桿的打設(shè)。

3、錨桿支護(hù)：Ⅴ級(jí)圍巖段側(cè)壁錨桿采用Φ22長2m系統(tǒng)錨桿，主洞采用D25長4m中空錨桿（拱部）和Φ25長5m預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿（邊墻）。普通錨桿在施工過程中，主要施工過程是：錨桿孔位放樣→鉆孔→清孔→錨桿孔驗(yàn)收→錨桿加工制作→安插錨桿→安裝墊板、墊圈和螺帽→水泥砂漿灌注封孔。

4、Φ25長5m預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿：錨桿孔位放樣→鉆孔→清孔→錨桿孔驗(yàn)收→錨桿加工制作→安插錨桿→安裝墊板、墊圈和螺帽→錨桿張拉→水泥砂漿灌注封孔。

（1）注漿前采用通風(fēng)或水檢查桿體、排氣管是否暢通。（2）預(yù)應(yīng)力中空錨桿注漿采用水泥砂漿，砂漿強(qiáng)度采用M20，配合比為：1：0.42：2，即水泥100kg（2袋水泥）：水42kg：砂子200kg。（3）孔口下傾的錨桿宜從桿體進(jìn)漿，孔口排氣管排氣；孔口水平或上仰的錨桿宜從孔口排氣管進(jìn)漿，桿體排氣。（4）采用連續(xù)注漿的注漿泵，出口壓力須達(dá)到1.0MPa，輸送能力大于0.7m3/h。同時(shí)注意控制注漿壓力和流量，以防止注漿管爆裂。（5）注漿管應(yīng)插到孔底，然后退出50～100mm開始注漿，注漿時(shí)，利用中空錨桿底部的注漿管注漿，中空桿體排氣。注漿管隨砂漿的注入緩慢勻速拔出，使孔內(nèi)填滿砂漿。（6）錨桿安裝后，在砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求之前，不應(yīng)敲擊、碰撞或牽拉錨桿。同鋼筋網(wǎng)聯(lián)結(jié)的錨桿，孔口處必須固定牢固。（7）待中空錨桿孔道流出漿液方可停止注漿。如遇塌孔或孔壁變形注漿管插不到孔底時(shí)，應(yīng)對錨桿孔進(jìn)行處理，使注漿管能順利插到孔底，必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)打錨孔。

5、鋼筋網(wǎng)支護(hù)：鋼筋類型及網(wǎng)格間距按設(shè)計(jì)要求施作。第一層鋼筋網(wǎng)根據(jù)被支護(hù)巖面的實(shí)際起伏狀鋪設(shè)，并在初噴3～5cm厚C20噴射混凝土后進(jìn)行，第二層鋼筋網(wǎng)和第一層鋼筋網(wǎng)之間支撐采用焊接，保證層之間的牢固，鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼架連接筋點(diǎn)焊在一起，使鋼筋網(wǎng)在噴射時(shí)不晃動(dòng)。

結(jié)束語

本工程通過地表加固、邊仰坡開挖、先期支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，施工效果良好。對洞口段的收斂變形、拱頂下沉、邊坡位移、錨桿受力、鋼筋網(wǎng)應(yīng)力等進(jìn)行了全面的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明：布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)的斷面基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

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