大跨淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)探討

李維雍

摘要：大跨淺埋軟弱圍巖隧道多數(shù)會(huì)有表層軟弱堆積物、風(fēng)化帶、地形偏壓、軟弱圍巖等特殊的地形、地質(zhì)問題。在開挖的過程中可能會(huì)出現(xiàn)拱頂下沉急劇加大，地表開裂等問題。因此，在施工過程中要根據(jù)實(shí)際情況采取一定的措施，才能確保施工質(zhì)量與安全。本文就某大跨淺埋軟弱圍巖隧道進(jìn)洞施工為例介紹了在大跨淺埋軟弱圍巖隧道的施工方法和技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大跨淺埋；軟弱圍巖；進(jìn)洞

一、工程概述

某雙線隧道全長(zhǎng)780m，進(jìn)口DIIK182+50--DIIK182+65為斜切段，DIIK182+65--DIIK182+100為V級(jí)偏壓明洞。該隧道最大開挖寬14.5m，高12.5m，斷面128m2。進(jìn)口洞段與原地面等高線斜交，縱向坡度較陡，造成隧道右側(cè)偏壓。隧道明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奧法施工，進(jìn)洞采用套拱進(jìn)洞。隧道半明半暗部分采用套拱、超前支護(hù)等措施減小偏壓力。超前支護(hù)采用108mm超前管棚注漿支護(hù)。暗洞軟弱圍巖地段堅(jiān)持"管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、緊襯砌"的施工原則。暗洞V級(jí)圍巖采用三臺(tái)階四步法開挖。

二、套拱施工

設(shè)計(jì)3榀I20a的工字鋼混凝土套拱，間距80cm。厚度為60cm。洞口段設(shè)計(jì)為φ89*6的長(zhǎng)管棚，管棚長(zhǎng)度為32米，共計(jì)48根?？紤]到前期模板臺(tái)車不到位的情況，套拱優(yōu)化為如下斷面：

施工方案在套拱施工時(shí)，預(yù)埋108*6的孔口管，孔口管長(zhǎng)度為2米，外插角為1～2°，孔口管與工字鋼焊接成整體，并用φ16的鋼筋固定。長(zhǎng)管棚設(shè)計(jì)為2種，分為有孔和無孔兩種，在施工中應(yīng)先施工有孔鋼管，注漿后在施工無孔鋼管。長(zhǎng)管棚采用潛孔鉆鉆孔。在鉆孔中調(diào)整好鉆孔角度，鉆孔角度保證向上傾角為2°，確保管棚不得侵入隧道凈空。管棚注漿材料采用水泥凈漿，水灰比為1：1，注漿壓力為2.0MPa。漿液擴(kuò)散半徑要求不小于0.5m，在孔口設(shè)置止?jié){塞。管棚在加工中，底部做成尖角形，方便管棚的安裝。

（一）鉆孔

管棚鉆孔鉆孔采用潛孔鉆機(jī)，3臺(tái)鉆機(jī)聯(lián)合作業(yè)。鉆機(jī)通過腳手架及平臺(tái)固定，盡量降低鉆機(jī)的安裝高度，確保鉆機(jī)的穩(wěn)定性，保證鉆桿平行于導(dǎo)向管方向，以確保鉆孔的方向。鉆孔間隔進(jìn)行，下管后再返回鉆剩余的孔。鉆孔前對(duì)孔進(jìn)行編號(hào)，施鉆時(shí)先奇數(shù)、后偶數(shù)。

（二）長(zhǎng)管棚安裝

安裝長(zhǎng)管棚用Ф60mm巖芯管進(jìn)行掃孔，以清除孔內(nèi)碎碴和順孔，以便鋼管頂入。安裝鋼管前期靠人工送管，當(dāng)阻力增大，人力無法送進(jìn)時(shí)，采用鉆機(jī)頂進(jìn)，頂進(jìn)困難時(shí)，用錘擊鋼管或用卡鉗扭轉(zhuǎn)鋼管，以取得較好的頂進(jìn)效果。在下管前，將要頂進(jìn)的鋼管節(jié)搭配到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度并試拼接，并做好記錄，編號(hào)為奇數(shù)的第一節(jié)管采用3m，編號(hào)為偶數(shù)的第一節(jié)管采用6m，以后每節(jié)管采用6m，以保證同一斷面上接頭數(shù)不超過50%。然后根據(jù)鋼管節(jié)逐一頂進(jìn)。鋼管節(jié)段間接頭采用企口焊接，確保連接可靠。由于地質(zhì)條件較差，因此下管要及時(shí)、快速，以保證在鉆孔穩(wěn)定時(shí)將管子送到孔底。鋼管末端部焊設(shè)擋圈并用膠泥麻筋箍成楔形，以便鋼管頂進(jìn)孔后其外壁與孔巖壁間隙堵塞嚴(yán)密。

（三）超前雙層小導(dǎo)管注漿

為了保證開挖過程中拱頂?shù)姆€(wěn)定，超前雙層小導(dǎo)管配合鋼架使用，形成前方圍巖拱頂?shù)念A(yù)支護(hù)體系，小導(dǎo)管采用Φ50*5mm，L=5m的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距30cm，沿隧道開挖輪廓線，分別采用40°和5～10°兩種外插角交錯(cuò)布置，相鄰兩排小導(dǎo)管的水平搭接長(zhǎng)度不小于150cm，小導(dǎo)管前部鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部不鉆孔長(zhǎng)度不小于30cm，作為止?jié){段。小導(dǎo)管采用先鉆孔后下鋼管法施工，推入小導(dǎo)管后，鋼管尾部與H型鋼拱架頂部焊接，以形成整體，然后注入1：1的水泥漿。

三、洞口開挖

利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護(hù)，弱爆破開挖1部，然后施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)鎖腳鋼管。導(dǎo)坑底部及側(cè)面鋪設(shè)I18輕型工字鋼，底部噴20cm厚混凝土，施作①部臨時(shí)仰拱，必要時(shí)封閉掌子面。鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

在滯后①部3～5m后，弱爆破開挖②部。施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)鎖腳鋼管。導(dǎo)坑底部鋪設(shè)I18輕型工字鋼，底部噴20cm厚混凝土，施作②部臨時(shí)仰拱，必要時(shí)封閉掌子面。鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

在滯后②部3～5m后，弱爆破開挖③部。導(dǎo)坑周邊初噴4cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)鎖腳鋼管。導(dǎo)坑底部噴8cm厚混凝土，施做③部臨時(shí)仰拱。鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

在滯后③部3～5m后弱爆破開挖④部，初噴4cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架并設(shè)鎖腳鋼管，隧底周邊部分噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

灌注V部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充分次施作）。根據(jù)監(jiān)控測(cè)量結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂后，利用襯砌模板臺(tái)車一次澆筑Ⅵ部襯砌（拱墻襯砌一次施作）。

四、無管棚段采用多層小導(dǎo)管超前

左洞與沖溝沖突部位管棚鉆至護(hù)拱后終孔。因?yàn)榇藭r(shí)，管棚長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到32m，按2度角度上揚(yáng)后已經(jīng)超過開挖面80cm以上，且鉆入護(hù)拱砼后注漿漿液也不能擴(kuò)散至周邊圍巖，管棚作用喪失。正洞開挖至該部位時(shí)，k56+390--k56+400段采用多層小導(dǎo)管注漿，小導(dǎo)管長(zhǎng)度為3.0m，環(huán)向布置間距為40cm，角度調(diào)整為20m，縱向每1.0m設(shè)一環(huán)，在同一斷面上會(huì)有三層超前小導(dǎo)管同時(shí)起作用。

為增加本段隧道圍巖自拱能力，減少對(duì)洞內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力，k56+360--k56+420段左右、右洞沿隧道徑向設(shè)φ42*4mm注漿小導(dǎo)管注漿，固化隧道周邊圍巖，小導(dǎo)管長(zhǎng)4.5m，環(huán)向間距0.5m，沿隧道縱向間距1.0m，梅花形布置，與拱架沖突處適當(dāng)錯(cuò)開，注漿時(shí)采用隔孔注漿的方法進(jìn)行。

五、沖溝反壓，緩解偏壓

于洞外沖溝增設(shè)一衡重?fù)跬翂驑栋鍓Γ瑝敻叱稣炊错?.0m，墻背回填土石反壓坡腳，可有效減小偏壓對(duì)洞內(nèi)支護(hù)的偏心影響。該方法簡(jiǎn)單有效，但施工周期較長(zhǎng)，施工須在主洞完成開挖前或二襯完成后。由于強(qiáng)趾處位于堆積土及原垃圾場(chǎng)邊緣，地質(zhì)條件較差，基礎(chǔ)須設(shè)樁基。

六、二次襯砌

深埋隧道二次襯砌施作一般情況下應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行。襯砌不得侵入隧道建筑限界，襯砌施工放樣時(shí)將設(shè)計(jì)的輪廓線擴(kuò)大5cm?；炷凉嘧⑶凹肮嘧⑦^程中，應(yīng)對(duì)模板、支架、鋼筋骨架、預(yù)埋件等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理，并做好記錄?；炷琳駬v時(shí)不應(yīng)破壞防水層。襯砌施工縫端頭必須進(jìn)行鑿毛處理，用高壓水沖洗干凈。按設(shè)計(jì)要求預(yù)留溝、槽、管、線及預(yù)埋件，并同時(shí)施作附屬洞室砼襯砌。砼襯砌灌注自下而上，先墻后拱，對(duì)稱澆筑。在施工過程中，如發(fā)生停電應(yīng)立即起動(dòng)備用電源，確保砼澆筑作業(yè)連續(xù)進(jìn)行?；炷琳駬v時(shí)，不得碰撞模板、鋼筋和預(yù)埋件。泵送砼結(jié)束時(shí)，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行清洗，但不得將洗管殘漿灌入到已澆筑好的砼上。鋼筋混凝土二次襯砌地段，必須用與二次襯砌混凝土相同配合比的細(xì)石混凝土或砂漿制作墊塊，確保鋼筋保護(hù)層的厚度，主筋保護(hù)層尺寸不小于30mm、迎水面主筋保護(hù)層不小于50mm。

七、監(jiān)控量測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)根據(jù)新奧法原理，為了掌握施工中圍巖和支護(hù)的力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度，以及確定施工工序，保證施工安全，需對(duì)隧道施工的全部過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)。大跨度雙聯(lián)拱隧道著重設(shè)計(jì)了地面沉降、拱頂下沉、隧道的水平收斂和鋼架應(yīng)力等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。進(jìn)口段拱部下沉為30mm--40mm，地表沉降為15--20mm，周邊位移變化均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。受漿砌片石保護(hù)，中隔墻位移幾乎為零。由于是在圍巖應(yīng)力基本釋放后再施做二次襯砌，二次襯砌基本無沉降及變形。

結(jié)束語

大跨淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)是隧道建設(shè)中常用的一種技術(shù)，它的廣范運(yùn)用，不僅有助于為我國(guó)隧道建設(shè)提供有效的經(jīng)驗(yàn)和參考數(shù)據(jù)，而且有利于促進(jìn)我國(guó)隧道建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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