破碎巖體結(jié)構(gòu)下的隧道管棚及其洞身開挖施工探討

【摘要】通過結(jié)合某隧道工程施工實(shí)例，針對(duì)本工程隧道埋深較淺，屬于淺埋隧道，巖體破碎、節(jié)理較發(fā)育情況，該類型地質(zhì)情況下對(duì)施工安全帶來較大危險(xiǎn)，對(duì)該隧道管棚以及洞身開挖的具體實(shí)施過程展開探討。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；管棚施工；洞身施工

1.工程概況

新建遼源至長春鐵路工程足民隧道位于遼源市東遼縣足民鄉(xiāng)境內(nèi)，隧道中心里程DK59+405.5，隧道全長595米，進(jìn)口里程DK59+108，出口里程DK59+703，隧道位于R=1200米的曲線及直線上，線路縱坡為7.0‰的上坡。隧道所經(jīng)地區(qū)為低山丘陵地貌，地勢較為平緩，地形相對(duì)高差不大，植被為林地及旱地，隧道拱頂最大埋深27.5米。該隧道為有渣道床單線隧道，進(jìn)出口明洞各35m，Ⅳ級(jí)圍巖44m，Ⅴ級(jí)加強(qiáng)圍巖481m，采用臺(tái)階法施工。

本工程隧道圍巖特征、圍巖分級(jí)分段分述如下：

DK59+108～DK59+290.4段：花崗巖，結(jié)構(gòu)構(gòu)造已破壞，全風(fēng)化，巖體極破碎，呈散體狀結(jié)構(gòu)，為Ⅴ級(jí)圍巖。DK59+290.4～DK59+345.3段：花崗巖：粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，弱風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，呈塊石、碎石狀結(jié)構(gòu)，為Ⅳ級(jí)圍巖。DK59+345.3～DK59+450.7段：花崗巖：粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化，巖體極破碎，節(jié)理很發(fā)育，呈散體狀～碎石角礫狀結(jié)構(gòu)，為Ⅴ級(jí)圍巖。DK59+450.7～DK 59+477.9段：花崗巖，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，巖體破碎，節(jié)理很發(fā)育，呈碎石角礫狀～塊石狀結(jié)構(gòu)，為Ⅳ級(jí)圍巖。DK59+477.9～DK59+703段：花崗巖：結(jié)構(gòu)構(gòu)造已破壞，全風(fēng)化，巖體極破碎，呈散體狀結(jié)構(gòu)，為Ⅴ級(jí)圍巖。本工程隧道埋深較淺，屬于淺埋隧道，巖體破碎、節(jié)理較發(fā)育，根據(jù)地勘資料推測，可能存在斷層。

2.明洞、管棚施工技術(shù)

2.1明洞施工

進(jìn)洞開挖施工前，為了能避免存在地表水沖刷洞口邊仰坡，必須距仰坡刷坡線5-10m以外通過設(shè)置截水溝等形式。另外針對(duì)洞口仰坡及以上的危巖體，應(yīng)當(dāng)對(duì)其清除干凈后及加固洞口仰坡位置，避免出現(xiàn)危機(jī)施工安全的情況發(fā)生。

針對(duì)本工程的洞口邊、仰坡段開挖結(jié)合不同土質(zhì)情況而選取相適應(yīng)的開挖施工方式。本本工程對(duì)于土質(zhì)巖體采用挖掘機(jī)縱向分段自上而下分層開挖，對(duì)于石質(zhì)巖體則采取爆破方式開挖，然后采取人工整修邊仰坡。為了實(shí)行一次性施工到位，還可以結(jié)合挖掘機(jī)配合自卸車裝運(yùn)棄渣。洞口邊仰坡整修到位后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加固、防護(hù)。本工程對(duì)邊仰坡采取噴錨處理，布置錨桿后，然后掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片最后再噴射C25混凝土。混凝土的噴射施工機(jī)械設(shè)備選取濕噴機(jī)施作。洞口段開挖支護(hù)完成后及時(shí)進(jìn)行仰拱及拱墻襯砌施工。人工綁扎鋼筋，襯砌臺(tái)車立模，泵送混凝土，機(jī)械搗固。洞口段襯砌時(shí)，按設(shè)計(jì)要求預(yù)留排水盲溝，襯砌完成后，按要求做好防水和回填。洞口邊仰坡防護(hù)采用拱形骨架護(hù)坡，內(nèi)種植紫穗槐綠化。

2.2洞口防排水

洞口段施工前為了便于排水，設(shè)置了截水天溝，同時(shí)將洞口段開挖線以外10～15米范圍的漏斗、洼地、進(jìn)行處理，防止地表水向下滲漏。針對(duì)于隧道出口為上坡，則將出口端洞外路塹側(cè)溝做成反坡，并在洞外1～1.5m處設(shè)置橫向截水盲溝一道，以攔截洞外水流入隧道。當(dāng)隧道為下坡時(shí)，則在隧道進(jìn)口處設(shè)置。

2.3管棚施工

（1）本工程實(shí)施暗洞長管棚施工前，對(duì)洞口襯砌外1～3m范圍內(nèi)的邊仰坡采取錨噴加固處理。在實(shí)施長管棚套拱時(shí)，為了能有效地確保長管棚套拱施工質(zhì)量，重點(diǎn)針對(duì)套拱內(nèi)導(dǎo)向鋼管設(shè)置及傾角采取嚴(yán)格控制，必須保證大管棚外插角滿足規(guī)范要求。具體施工過程采取首先打設(shè)花管注漿，然后打設(shè)無孔管，并檢查注漿效果，必要時(shí)管內(nèi)壓入水泥砂漿加強(qiáng)管棚的強(qiáng)度。

（2）洞口段邊仰坡開挖支護(hù)至明暗洞交界處必須滿足管棚施作高度，形成臺(tái)階，作為施作超前大管棚的平臺(tái)，然后在臺(tái)階上沿拱部開挖輪廓線支立管棚導(dǎo)向墻模板、安裝定位型鋼、預(yù)埋管棚導(dǎo)向鋼管，澆筑管棚導(dǎo)向墻混凝土。

（3）鉆孔及管棚安裝。本工程在隧道拱部范圍內(nèi)采取環(huán)向布設(shè)管棚，管棚材料選取φ108×6mm、φ140×5mm鋼（花）管，在管棚內(nèi)通過設(shè)置了鋼筋籠，管棚長度及環(huán)向間距按設(shè)計(jì)要求施工。結(jié)合本工程地質(zhì)情況，選取地質(zhì)鉆機(jī)。在鉆孔施工時(shí)，要求采取低速低壓方式鉆孔，待成孔1.0m后，在加大壓力；而對(duì)于在土質(zhì)層中鉆孔則采用低壓鉆進(jìn)。為了確保鉆孔施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)采取一次性鉆孔施工。鉆孔過程中還應(yīng)當(dāng)結(jié)合精密水平陀螺儀檢測偏斜，實(shí)行鉆孔過程中隨時(shí)檢測。

（4）鉆孔完成后而且確保鉆孔施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求后，則可以采取注漿處理。注漿前還應(yīng)當(dāng)需要檢測管內(nèi)是否存在填充物，采取吹管吹出充填物。本工程注漿采取M10水泥砂漿封堵導(dǎo)管周圍及孔口。本工程所采用的注漿材料為水泥漿液，水灰比1：1，注漿壓力0.5～2Mpa，為了能更符合施工實(shí)際情況，結(jié)合施工現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)參數(shù)采取合適調(diào)整后再進(jìn)行注漿施工。

（5）本工程采取注漿泵將漿液輸入至孔口混合器，經(jīng)分漿器流入鋼管壓入地層?？卓谖恢迷陂_挖輪廓外邊緣，外插角1°～3°，鉆孔最大下沉量控制在20～30cm以內(nèi)。管棚鋼管不侵入隧道開挖線內(nèi)，相鄰的鋼管不相撞，也不相交。在開孔后2m處、孔深1/2處、終孔處三次進(jìn)行斜度量測。如誤差超限及時(shí)改進(jìn)鉆孔工藝進(jìn)行糾編。鋼管與管箍絲扣擰緊上滿，使各管節(jié)連成一體，受力后保證不脫開。管棚鋼管安裝后進(jìn)行注漿，注漿初壓為0.5Mpa，設(shè)計(jì)終壓為2.0pa，并穩(wěn)定10min，若注漿量超限，未達(dá)規(guī)定壓力，仍繼續(xù)注漿，并調(diào)整漿液，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，終止注漿，確保管棚與圍巖固結(jié)緊密，增強(qiáng)其整體性。

3.洞身開挖施工技術(shù)

本隧道為單洞單線鐵路隧道，暗洞為IV、V級(jí)圍巖。本工程隧道開挖采用臺(tái)階法施工，開挖主要采用移動(dòng)式鑿巖臺(tái)架氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，非電毫秒雷管起爆，光面爆破。均采用臺(tái)階法開挖。

臺(tái)階分為上下臺(tái)階兩部開挖支護(hù)。周邊眼間距40cm，采取間隔裝藥，光面爆破鉆爆施工。上臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺不得大于2榀鋼架間距，上臺(tái)階長度3～10m，高度4～5m；下臺(tái)階長度20～30m，下臺(tái)階一次開挖長度不得大于2榀鋼架，及時(shí)噴砼支護(hù)。隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作封閉成環(huán)，仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨管，每循環(huán)進(jìn)尺不得大于3m，圍巖封閉位置距掌子面距離不得大于35m；二襯至掌子面距離Ⅴ級(jí)圍巖不得大于70m，Ⅳ級(jí)圍巖不得大于90m。

本工程結(jié)合施工現(xiàn)場圍巖的實(shí)際情況，隨時(shí)結(jié)合施工情況調(diào)整鉆爆參數(shù)。放線布眼時(shí)要考慮預(yù)留下沉量，并正確標(biāo)出炮眼位置和開挖周邊輪廓線，嚴(yán)格控制超欠挖。下臺(tái)階開挖盡量單側(cè)落底，避免兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空，落底長度為1-3m。開挖出渣采用無軌運(yùn)輸，挖掘機(jī)配合裝載機(jī)裝渣，自卸汽車棄運(yùn)至指定棄渣場及路堤，出渣后立即噴射混凝土封閉圍巖，然后施作錨桿、鋼拱架支撐掛網(wǎng)，分層噴射混凝土直至設(shè)計(jì)厚度。開挖中，若圍巖類別變化，及時(shí)加強(qiáng)圍巖監(jiān)測，觀察拱頂、拱腳的收斂情況，據(jù)此調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)，若變形速率值增大，須立即封閉仰拱。

4.結(jié)語

隧道超前支護(hù)及其開挖施工質(zhì)量關(guān)系到隧道后期施工的安全性，尤其是針對(duì)于軟弱破碎結(jié)構(gòu)層來說顯得更為重要。文章通過結(jié)合某軟弱破碎結(jié)構(gòu)層形式的隧道工程實(shí)例，對(duì)該隧道所采取的管棚超前支護(hù)施工、洞身開挖施工環(huán)節(jié)展開探討，總結(jié)出該類型隧道下的施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]冉磊.高速公路隧道洞身開挖施工技術(shù)淺析[J].黑龍江交通科技，2012，（08）.