試析淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

鄭慧攀

（福建福州）

試析淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

鄭慧攀

（福建福州）

在現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的帶動之下，我國現(xiàn)代交通的發(fā)展也出現(xiàn)了日新月異的變化，在交通工程建設(shè)中也經(jīng)常性的遇到淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的施工需要。而這一類隧道由于其自身的一些特點在施工過程中會出現(xiàn)一些比較難以解決的問題。本文將針對目前我國淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展過程中出現(xiàn)的一些問題以及發(fā)展的成績與發(fā)展的方向進行分析探討，希望為我國交通建設(shè)提供相關(guān)的參考。

淺埋；偏壓；軟弱圍巖；隧道施工

由于我國復(fù)雜的地理特點，在交通工程的建設(shè)當(dāng)中會遇到各種各樣的復(fù)雜狀況，這些狀況十分考驗工程施工的技術(shù)，對工程施工的安全性、質(zhì)量、效率等方面也產(chǎn)生了較多的影響。因此，施工技術(shù)的發(fā)展是與實踐并行的。淺埋偏壓軟弱圍巖隧道是在交通建設(shè)中經(jīng)常會遇到的一類比較復(fù)雜的現(xiàn)象。如果在施工過程中稍有不慎則會造成坍塌或地面開裂等現(xiàn)象，從而對人身安全以及施工進度等方面帶來嚴(yán)重的不利影響。因此，需要格外注意。

1　淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的特點

1.1淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的問題

在隧道的建設(shè)中承載拱的施工建設(shè)以及質(zhì)量保證是十分重要的環(huán)節(jié)。相較于深埋隧道而言，淺埋隧道在承載拱的建設(shè)這一方面面臨著比較大的困難。淺埋隧道大部分伴隨著表面軟弱堆積物、風(fēng)化帶、地形偏壓、軟弱圍巖等特殊地形[1]，這些地形、地質(zhì)的性質(zhì)特點對隧道的開挖帶來嚴(yán)重的不利影響。在隧道開挖的過程中或是開挖完成后往往會出現(xiàn)隧道凈空收縮、拱頂下沉、地表開裂、掌子面失穩(wěn)等現(xiàn)象[2]。

在隧道施工遇到這種情況時通常采取的措施是：控制地表下沉措施和掌子面穩(wěn)定措施。由于埋深對地表下沉有著十分大的影響，當(dāng)對隧道施工采取深埋時，承載拱會形成在隧道橫斷面內(nèi)，由開挖引起的下沉范圍將會限制在隧道周邊。當(dāng)對隧道施工采取淺埋時，一般不會形成承載拱，開挖引起的下沉范圍直接擴展到地面，并且沒有承載拱的作用，對支護以及支撐力沒有起到促進作用，導(dǎo)致支護下沉，隧道穩(wěn)定性差。在實際施工過程中，針對這一情況，施工人員提出了垂直錨桿、藥液壓注、輔助施工等方法[3]。另外，在淺埋隧道中掌子面前方會出現(xiàn)大面積的先行下沉，因此，對掌子面前方地層的改善、水平高壓旋噴、管棚等輔助措施的研究實踐十分重要。為了保證施工安全以及工程的質(zhì)量、推進工程順利完成，在進行淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工時采取有效的技術(shù)措施與正確的施工方法、注意支護形式的合理性是十分必要的。由此可見，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)的分析探究是十分有必要的。

1.2隧道偏壓形成的原因

隧道偏壓是由于多種復(fù)雜原因引起圍巖壓力呈明顯的不對稱性的現(xiàn)象，在這種狀況之下隧道支護受偏壓荷載，導(dǎo)致隧道的穩(wěn)定性受影響。隧道偏壓的形成原因主要如下：

1.2.1施工

一般的淺埋偏壓軟弱圍巖隧道中，圍巖壓力具有一定的穩(wěn)定性，但是十分脆弱，這就要求施工人員在進行圍巖開挖的過程中要十分小心翼翼，一旦施工方法出現(xiàn)問題，就會改變圍巖的穩(wěn)定性，應(yīng)力集中會引起隧道偏壓，造成斷面局部坍塌。如果處理不當(dāng)，會阻礙施工計劃。

1.2.2地質(zhì)

地質(zhì)原因?qū)τ谑┕ざ允鞘旨值?，有些軟弱圍巖具有十分的典型性。主要表現(xiàn)為：節(jié)理發(fā)育、產(chǎn)狀傾斜、裹挾滑面或軟弱面[4]。在對這類地質(zhì)特點的地段進行施工時，必須保持高度的警惕性，其巖體十分脆弱，容易滑動。

1.2.3地形

如果在隧道工程的選址上遇到依山而建的情況，由于地面具有明顯的傾斜度，會形成較大的側(cè)壓力，加之隧道為淺埋。

2　國內(nèi)外淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工現(xiàn)狀

在國外，特別注重對軟弱圍巖隧道的施工的地質(zhì)超前預(yù)報工作，并且已經(jīng)在管理部門和廣大工程技術(shù)人員中達成共識。在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中已經(jīng)形成了專門的地質(zhì)隊伍，有些是施工單位自己配備的，有的則是業(yè)主配備的。他們依據(jù)施工設(shè)計圖紙進行超前地質(zhì)預(yù)報和量測工作。通過這一方式能夠有效地減少塌方、瓦斯爆炸、突水突泥、巖爆和煤與瓦斯突出等地質(zhì)災(zāi)害，為施工工作的順利展開提供保證，節(jié)約工程成本。因此，不論是承包商還是施工單位都對隧道施工地質(zhì)工作高度重視。

目前，我國在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工過程中主要采用的是套拱施工、超前支護、預(yù)留核心土開挖方法以及風(fēng)鎬配合人工開挖、局部堅石弱爆破等方法、新奧法。相較于傳統(tǒng)的施工方法有了很大的進步。

3　我國淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)實踐發(fā)展

3.1技術(shù)實踐——以大嘩山隧道為例

重慶巫奉高速A3合同段騾坪隧道施工隊進行了隧道施工建設(shè)，其施工方式具有一定的代表性，因此，本文以大嘩山隧道施工技術(shù)為例對我國目前淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展做出比較具體的分析。

重慶巫奉高速A3合同段騾坪隧道依山而建，地表偏差較大，屬于典型的淺埋偏壓地段，其巖層斷裂較為嚴(yán)重，巖層破碎，發(fā)育大量層理、節(jié)理以及裂隙，伴隨風(fēng)化、層面交錯且地下水發(fā)育成熟，難度系數(shù)較高。在這一隧道工程施工中針對地質(zhì)特點采取地表處理→超前支護→環(huán)向開挖→初期支護→安裝型鋼鋼架→錨噴支護→開挖核心土→監(jiān)控測量→加強支護及襯砌，這一施工流程[5]。本文主要就其地表處理、開挖、監(jiān)控測量、初期支護這幾個階段所采取的措施做相應(yīng)的分析。

3.1.1地表處理

依據(jù)施工之初，其中一路段呈現(xiàn)出的左線偏壓、淺埋、軟弱圍巖的狀況，首先建立較為完善的地表排水系統(tǒng)，減少地表排水對施工的妨礙作用。接著針對拱頂覆土較薄的特點設(shè)置鋼筋混凝土護工。為控制地表下沉及穩(wěn)定圍巖，采用地表垂直錨桿工法。在隧道之上設(shè)置垂直小導(dǎo)管并掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，利用焊接與混凝土噴射的方法對拱頂進行加固。

3.1.2開挖

采用85％的超前支注漿強度對隧道進行開挖前的處理，然后采用預(yù)留核心土開挖方法。隧道開挖要順著隧道輪廓進行，核心土的開挖要采用單位循環(huán)進尺。對外輪廓進行開挖時以風(fēng)鎬開挖配合人工開挖為最佳方式。采用風(fēng)鎬分臺階開挖法對邊墻周邊及拱部弧形開挖。采用挖掘機開挖法處理中槽及核心土。局部堅石開挖施工步驟采用先進行弱爆破堅石再利用挖掘機開挖的方法。局部堅石爆破法為淺孔控制爆破，并堅持“密眼、淺孔、多循環(huán)、少藥”原則[6]。

3.1.3監(jiān)控測量

監(jiān)控量測是隧道施工過程中至關(guān)重要的一環(huán)，尤其是對淺埋、偏壓機軟弱圍巖隧道施工過程而言。為了方便適時量測拱頂水平收斂劑下沉情況，在對隧道進行初期支護施工之后，接下來要在隧道拱頂、拱腳、邊墻內(nèi)軌頂面標(biāo)高位置準(zhǔn)確埋設(shè)測點。調(diào)整開挖進尺、工序的參考及預(yù)留變形量需依據(jù)施工監(jiān)控量測結(jié)果進行，從而保證施工安全，促進施工順利進行。

3.1.4初期支護

采用常規(guī)錨噴支護對隧道進行初期支護，針對局部圍巖變形的狀況，在隧道施工時以系統(tǒng)導(dǎo)管注水泥水玻璃雙漿液取代圍巖特軟弱地段靠山體一側(cè)系統(tǒng)錨桿，保證最大的支護效果。具體見圖1。

圖1　

3.2技術(shù)發(fā)展

針對我國目前的淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的現(xiàn)狀，在施工方法以及技術(shù)手段上，我國已有較大的發(fā)展進步，下一步的發(fā)展方向?qū)窃趯嵺`中對施工方法與技術(shù)手段進行有針對性的具體化的發(fā)展。從大嘩山隧道的施工過程可見，在具體的淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中，施工人員已經(jīng)有意識的在進行施工前的地質(zhì)分析。結(jié)合國外的相關(guān)經(jīng)驗，在今后的發(fā)展中我國的地質(zhì)超前預(yù)報工作會向更加成熟與多樣化、現(xiàn)代化、專業(yè)化的方向發(fā)展。其中，進行地質(zhì)超前預(yù)報所采用的相關(guān)設(shè)備也會有新的革新，實現(xiàn)方便化、高效化與安全化?；诖?，我國的淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的方向?qū)⑹鞘謴V闊的。

4　結(jié)束語

綜上所述，盡管對淺埋偏壓軟弱圍巖隧道進行施工具有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險性以及復(fù)雜性，是一份十分艱巨的工程建設(shè)事業(yè)，但是，在我國隧道工程施工人員的不懈努力下結(jié)合國外的先進經(jīng)驗與自身的實踐經(jīng)驗，我國在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展過程中取得了一定的成績，并且基于我國具有自身特色的復(fù)雜的地理環(huán)境，在施工實踐中，雖遇到挑戰(zhàn)，但也得出許多具有針對性的創(chuàng)新經(jīng)驗以及施工原則。面對復(fù)雜的隧道施工環(huán)境，工程施工隊能保持一種成熟的思考狀態(tài)，確立正確的施工辦法，這一方面也體現(xiàn)了我國在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展中的能力與潛力。相信在未來的發(fā)展道路上，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)會取得更好的發(fā)展成果。

[1]呂劍云.淺埋偏壓軟弱圍巖雙連拱隧道施工技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報，2011，03：72～76.

[2]田佳，劉軍，王改鵬.三臺階七步法在大斷面淺埋偏壓軟弱圍巖隧道中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2012（S1）：85～89.

[3]劉軍.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2012（S1）：102～ 104.

[4]臧福.淺埋、偏壓及軟弱圍巖隧道施工技術(shù)分析[J].門窗，2014，04：145.

[5]李小全.探究淺埋、偏壓及軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，03：22.

[6]張凱.淺談偏壓、淺埋及軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].經(jīng)營管理者，2010，08：372+370.

U455.4

A

1673-0038（2015）29-0294-02

2015-7-6

鄭慧攀（1981-），男，中級，本科，主要從事隧道路基橋梁等工作。