軟巖隧道綜合施工技術

盧光輝

（中鐵二十局集團電氣化工程有限公司，陜西 西安 710119）

軟巖隧道綜合施工技術

盧光輝

（中鐵二十局集團電氣化工程有限公司，陜西 西安 710119）

針對偏壓和淺埋及軟弱圍巖并穿越斷層破碎帶的隧道施工中遇到進、出洞困難、較易發(fā)生大坍塌、冒頂?shù)葐栴}，根據(jù)隧道所處的地質(zhì)情況及圍巖特性，通過采用合理的洞口加固及進、出洞方案、嚴格超前地質(zhì)預報、控制超前支護、優(yōu)化圍巖開挖方案、運用“人造拱”施工方法、加強初期支護、謹慎施工斷層破碎帶，勤于圍巖量測等綜合施工技術，解決了隧道施工中可能出現(xiàn)的坍塌、冒頂?shù)蕊L險，以期為今后同類淺埋、偏壓、軟巖及穿越斷層破碎帶的隧道施工提供借鑒。

淺埋便壓；軟巖隧道；人造拱；小導洞；施工技術

經(jīng)過很長時間以來，世界各國的隧道施工者在實踐中已經(jīng)創(chuàng)造出能夠適應各種圍巖的多種隧道施工方法。其中包括礦山法、掘進機法、沉管法、頂進法、明挖法等。礦山法還包括了新奧法，這種方法多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，故我們又稱為鉆爆法。從目前我國高速鐵路隧道發(fā)展趨勢來看，在今后很長一段時間內(nèi)，仍以采用鉆爆法為主，這也符合世界潮流。本文結(jié)合石太客?；顚毶剿淼啦捎玫摹叭嗽旃啊奔般@爆法等綜合施工技術，說明了隧道在偏壓和淺埋及軟弱圍巖并穿越斷層破碎帶等地質(zhì)條件下施工時如何保證施工安全、質(zhì)量、進度以及可以節(jié)約成本，并最終實現(xiàn)隧道的全面貫通。

1 工程概況

活寶山隧道全長0.42km（起止樁號DK36+4818～DK37+238），為客專雙線大斷面隧道，圍巖分布為：V級圍巖占隧道全長的77.4%，剩余為IV級圍巖；活寶山隧道展布于構(gòu)造溶蝕-侵蝕-低中山中等切割地形地貌區(qū)，穿越低中山山邊凸起山脊，該區(qū)地形切割較深，沖溝較發(fā)育，左側(cè)山邊及兩端地勢較陡，隧道偏壓嚴重；隧道埋深淺，圍巖軟弱，而且還要經(jīng)過斷層破碎帶，施工難度大，開挖后圍巖多呈松散的碎石土，承載力抵、穩(wěn)定性差，較易發(fā)生大坍塌、冒頂?shù)葐栴}，對隧道施工很不利。

2 采取的施工方案及施工工藝

2.1 施工方案

因該隧道所處山嶺地區(qū)，進、出洞困難，根據(jù)早進晚出的指導思想，施工洞門時采用機械開挖或弱爆破的施工方案減少對山體的擾動并嚴格控制邊仰坡的刷坡范圍；整條隧道采用鉆爆法施工，受地理條件限制，隧道單洞掘進；進口端已有部分按路基開挖，采用套拱及長管棚超前支護、造拱明挖暗做的施工方案，確保安全、順利進洞；出洞時采用小導洞出洞，反向施作套拱及長管棚超前支護、外邊墻及洞身的方案；洞身采用人造拱施工，三臺階分步法開挖；斷層破碎帶采用CD法開挖。

2.2 施工工藝

偏壓、淺埋、軟弱圍巖隧道施工工藝流程見圖1。

2.2.1 管棚施工工藝

隧道進口端和出口端都采用管棚施工，其工藝流程如圖2所示。

圖1 偏壓、淺埋、軟弱圍巖隧道施工工藝流程圖

圖2 管棚施工工藝圖

2.2.2 人造拱施工工藝

隧道進口端采用“人造拱”原理施工，其工藝流程見圖3。

圖3 人造拱施工工藝圖

2.2.3 洞身開挖施工工藝

針對隧道偏壓條件下受力復雜、淺埋條件下極易發(fā)生冒頂、軟弱圍巖自穩(wěn)性差開挖后易坍塌的的情況，開挖前應先對圍巖進行預加固并消除偏壓對隧道施工的影響。加強超前支護并采用CD法開挖保證隧道施工安全，工藝流程如圖4所示。

2.2.4 出洞施工工藝

為確保出洞施工安全，采用小導洞、施作外邊墻及套拱、管棚輔助施工的方案，工藝流程如圖5所示。

圖4 CD法開挖施工工藝流程

圖5 出洞施工工藝

3 施工方法

3.1 管棚施工

先進行仰坡開挖及坡面防護施工，等坡面防護強度達到設計強度后，再施作管棚導向墻；管棚導向墻施作范圍為拱部120°，厚度0.6m，縱向長度2m，采用C20混凝土模筑成型；管棚導向墻澆筑混凝土前先架設設4榀I18工字鋼架，并根據(jù)管棚的方向及傾角在鋼架外緣焊設Ф140*8mm導向鋼管；管棚打設長度24m，采用4m和6m的Ф140*8mm熱軋無縫鋼管以絲扣連接；為了確保管棚注漿施工質(zhì)量，鋼管打設按照鋼花管和鋼管間隔布置，先打設所有的鋼花管并注漿，然后打設所有的鋼管。管棚施工布置圖如圖6所示。

圖6 管棚施工布置圖

3.2 人造拱施工

3.2.1 拱部開挖

人造拱拱部開挖采用人工配合機械、分層順坡開挖，機械開挖至距離設計標高30cm時，采用人工開挖清理至設計標高；開挖出的土方就近堆放在基坑安全距離以外，用于人造拱施工挖成后洞頂?shù)幕靥?；洞頂回填后進行植被恢復。

3.2.2 初噴砼、立鋼架、掛網(wǎng)、鋼管注漿，噴砼至設計厚度

拱部開挖至設計標高后初噴6cmC20混凝土，待混凝土達到強度后立鋼架；鋼架橫向采用I20a工字鋼，縱向采用28a槽鋼，為保證鋼架的穩(wěn)定性，橫向工字鋼接長連接采用240mm×240mm×10mm的鋼板條螺栓連接，縱向槽鋼接長連接采用焊接，橫向工字鋼、縱向槽鋼和鋼板之間采用螺栓連接成整體；立鋼架完成后掛設鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm，ф8），鋼筋網(wǎng)與鋼架焊接連接；鋼架與鋼筋網(wǎng)施作完成后鉆孔打設兩邊拱腳邊墻防護鋼管并注漿，防護鋼管與鋼架及鋼筋網(wǎng)之間焊接在一起，鋼管采用Ф108×6mm熱扎無縫鋼管，注漿材料采用M20水泥砂漿；復噴C20混凝土厚度達到30cm。人造拱開挖及初支如圖7所示。

3.2.3 混凝土澆筑造拱

待噴射混凝土達到設計強度后澆筑人造拱混凝土。人造拱采用C15混凝土澆筑，厚度80cm，施作時分段分層澆筑，每15m為一段，30cm為一層，振搗密實。

3.2.4 洞內(nèi)臺階法開挖

待人造拱混凝土達到要求強度后進行洞內(nèi)開挖，開挖采用臺階法開挖，開挖進尺為每個循環(huán)2～4榀，開挖面初噴5cm混凝土后在拱部及邊墻范圍內(nèi)緊貼混凝土面掛設鋼筋網(wǎng)?；炷猎旃凹叭嗽旃岸磧?nèi)臺階開挖如圖8所示。

圖8 混凝土造拱及人造拱洞內(nèi)臺階法開挖示意圖

3.3 超前加固

在軟弱圍巖隧道洞身開挖前，通過采取深孔注漿超前小導管注漿加固圍巖，能有效提高圍巖自身的承載力和開挖后圍巖的穩(wěn)定型，并能有效控制圍巖開挖后的變形量。本隧道深孔注漿超前小導管加固設置在V級圍巖洞身段、破碎帶及巖體層中、薄層狀結(jié)構(gòu)或裂隙塊狀結(jié)構(gòu)的IV級圍巖段；超前小導管單層設置，采用Ф42×4熱軋無縫鋼管，水泥漿液水灰比為1:1；。小導管長5.0m，環(huán)向間距40cm，設置于襯砌拱部120°范圍。

3.4 V級圍巖開挖

偏壓、淺埋及軟弱圍巖段，因此,采用環(huán)形開挖預留核心土開挖方法，每循環(huán)進尺0.6～1.0m。如圖9所示；為減少對周邊圍巖的擾動，采用弱爆破開挖施工；上弧形導坑開挖完成后，預留核心土，及時噴射混凝土；其他分部平行開挖，平行施做初期支護，各分部初期支護銜接緊密，及早封閉成環(huán)；仰拱緊跟下臺階，及早封閉形成穩(wěn)固體系；施工過程中通過圍巖量測，掌握圍巖和支護的變化情況，及時調(diào)整支護參數(shù)和預留變形量，保證施工安全。

圖9 臺階分步法開挖示意圖

3.5 初期支護

初期支護根據(jù)圍巖等級的不同確定錨噴支護參數(shù)，支護參數(shù)見表1。

表1 隧道支護參數(shù)表

3.6 斷層破碎帶施工

隧道在DK36+950處有斷層破碎帶通過，斷層傾向85°，傾角45°，呈南北向延伸，總長48km，隧道斜穿過該斷層破碎帶，對隧道的影響范圍為DK36+890～DK37+010，圍巖穩(wěn)定性差、易坍塌。施工中，采取增加噴射混凝土厚度、使用徑向注漿小導管，調(diào)整鋼筋網(wǎng)和工字鋼間距以提高襯砌的強度；采取施做超前小導管注漿作為施工輔助措施對斷層破碎帶圍巖進行加固；采用CD法開挖施工，施工程序如圖10所示；臨時支護采用I16工字鋼；采用控制爆破法施工，每次開挖進尺不大于1.0m。

CD法施工程序：先施作拱部超前小導管，弱爆破開挖I部圍巖，初期支護及臨時支護1、2；II部相對于I部為短臺階開挖，在I部施工到一定距離后，弱爆破開挖II部圍巖，初期支護及臨時支護3、4；左側(cè)施工約10m后，開始施作右側(cè)III、IV部，同左側(cè)同部位開挖和支護方法施工5、6；根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護結(jié)果收斂后，拆除臨時支護2、4，并澆筑仰拱混凝土及填充混凝土8；夠一個臺車長度后，及時施作防水層施工，并進行二襯施工9。

圖10 CD法施工程序示意圖

3.7 出洞小導洞施工

小導洞位于隧道頂部中間位置，尺寸為4.5m（高）×4m（寬），如圖11所示；導洞開設前，對已完成段巖體進行注漿加固，仰拱施工至導洞開挖處且二襯至掌子面距離不大于70m；開挖前采用超前雙層小導管出洞，導管長度5.0m，環(huán)向間距0.40m，導管搭接長度為3.0m，開挖循進尺0.5～1.0m；I18工字鋼支撐間距并設置鎖腳錨管，掛設鋼筋網(wǎng)，噴射0.25m混凝土封閉。主體工字鋼間距每榀0.60m，徑向錨桿間距1.20×0.60m，長度3.5m，梅花型布置；徑向小導管間距1.20×0.60m，長度3.5m；開挖以小藥量弱爆破發(fā)開挖為主，輔以挖掘機破碎錘開挖，局部欠挖塊石人工處理。處理完成后，及時噴射2～4cm混凝土封閉，安裝鋼拱架及15×15cm鋼筋網(wǎng)，焊接縱向連接筋，打設鎖腳錨管，復噴混凝土至0.25m厚度。

3.8 偏壓擋墻施工

隧道采用小導洞出洞后，開始施作隧道洞頂截水溝，然后開挖偏壓擋墻土石方，邊開挖邊防護開挖邊坡及仰坡臨時防護工程。邊坡打設長為250cmΦ22砂漿錨桿，然后鋪設25×25cmф 8的鋼筋網(wǎng)，最后噴射10cm厚C20混凝土。偏壓擋墻為C20混凝土擋土墻，墻體基底地基承載力要求滿足設計要求?；A開挖后如地層松軟，承載力不夠時，采取換填或擴大基礎處理，墻基礎開挖至設計高程后，打設長度為400cm，按照80×80cm布置的Φ22砂漿錨桿，確?；A與天然巖層地基有效錨固。偏壓墻身中部設一排泄水孔，泄水孔采用Φ108×6鋼管，縱向間距2.0m。如圖12所示。

圖11 出洞小導洞施工示意圖

圖12 偏壓擋墻施工示意圖

3.9 超前地質(zhì)預報

地質(zhì)超前預報在隧道施工中是特別重要的一個環(huán)節(jié)，通過監(jiān)控量測進行驗證并作出局部調(diào)整，對施工參數(shù)和施工工藝具有重要的指導作用。對保證隧道施工安全有重要作用?；顚毶剿淼啦捎玫刭|(zhì)雷達進行近距離（20～40m）較微近期預報；采用TSP202/203隧道地震探測儀進行遠距離（200m）較宏觀長期觀測，二者相互補充相互印證，提高勘探精度小導洞。

3.10圍巖量測

為了確保施工安全與質(zhì)量病并為后續(xù)工序施工提供依據(jù)，隧道施工過程中加強圍巖量測，隨時掌握圍巖動態(tài)變化，通過對采集的圍巖數(shù)據(jù)進行分析，指導現(xiàn)場施工。通過對隧道隧道洞身開挖期間拱頂下沉、拱腰收斂、地板隆起、地質(zhì)及支護狀態(tài)觀察等項目長期監(jiān)測；當出局部現(xiàn)數(shù)據(jù)異常過大變化時，及時分析原因，修改支護參數(shù)，加強支護，避免了安全質(zhì)量質(zhì)量事故的發(fā)生。

3.11防排水及二次襯砌

隧道排水遵循的原則為：以“防、排”為主，“防、排、截、堵”相結(jié)合，因地制宜、綜合治理。達到排水通暢、防水可靠、經(jīng)理合理、不留后患的目的。

隧道全段為IV、V級圍巖，以采用復合式襯砌。施工中嚴格遵循二次襯砌距掌子面Ⅳ級圍巖不大于80m、Ⅴ級圍巖不大于50m，仰拱與掌子面距離不大于35米；仰拱與填充超前、全副澆筑，二次襯砌臺車整體澆筑；仰拱施做完成后，人工鋪設土工布和防水板，施工雙層鋼筋，用行走式全液壓襯砌臺車模筑襯砌；全隧道每隔80m設置一道沉降縫和伸縮縫。

4 結(jié)束語

采用以述施工工藝及施工方法保證了苗干山隧道在偏壓和淺埋及軟弱圍巖并穿越斷層破碎帶等等復雜施工條件下，最終安全可控、質(zhì)量可靠、進度保證、成本節(jié)約的實現(xiàn)了隧道的全面貫通，施工中關鍵要注意的環(huán)節(jié)有以下幾點：

（1）進洞前詳細調(diào)查洞口位置的地質(zhì)情況，分析評價邊仰坡和周圍山體的穩(wěn)定性，正確選擇進洞前邊仰坡穩(wěn)定技術和選用正確的進洞工法。

（2）洞身開挖前應采取可靠的超前加固及支護體系對圍巖進行預加固并消除偏壓對隧道施工的影響。

（3）加強超前地質(zhì)預報，根據(jù)預報結(jié)果，適時調(diào)整施工方案，降低施工風險確保施工安全。

（4）加強圍巖監(jiān)測，實施施工全過程監(jiān)控量測，及時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，科學指導施工。

（5）開挖過程為防止坍塌的發(fā)生，應嚴格控制臺階的長度，提高鉆爆質(zhì)量，及時是做初期支護和仰拱，減少上下臺階之間圍巖和支護的擾動。

（6）仰拱及填充超前，及時施作二次襯砌，盡量縮短二次襯砌與掌子面的距離。

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U455

A

1006—7973（2017）12-0075-04

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.030