高原高寒地區(qū)軟弱圍巖隧道施工探討

王傳虎

中鐵十五局集團第四工程有限公司 河南 鄭州 450000

正文：

如今，高原地區(qū)的隧道工程數(shù)量越來越多，這些隧道不僅氣候條件極端，而且圍巖大多為軟弱圍巖，這就對施工，尤其是圍巖支護提出了很高的要求，必須對此引起重視，采取有效的支護措施。

1 工程概況

省道217線石馬公路改建工程Sm4標(biāo)段海子山隧道長1397m始止里程為k189+803～k191+200，海子山隧道隸屬德格縣窩公鄉(xiāng)管轄，隧道軸向近NW向展布。隧址區(qū)為構(gòu)造剝蝕中高山地貌，最高點為海子山海拔4634m，呈梁狀，呈EW向展布，為兩側(cè)溝道發(fā)源山脊，區(qū)內(nèi)最低點為隧道進(jìn)口外側(cè)的丹日溝，海拔4283m，相對高差351m，切割劇烈。隧道原設(shè)計地質(zhì)條件主要為三疊系上統(tǒng)曲嘎寺組下段板巖夾變質(zhì)砂巖。層理較明顯，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖體破碎，板質(zhì)巖軟，巖石遇水易軟化，抗風(fēng)化能力弱，穩(wěn)定性差。在施工過程中，水量較大，巖石呈粉末狀和表面極其光滑的碳質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙紊亂，自穩(wěn)能力極差，發(fā)生大塌方和變形侵限次數(shù)較多，帶來了很大的施工難度。

2 隧道開挖

2.1 工藝流程

本隧道開挖主要采用CD法，其工藝流程為：采用導(dǎo)管注漿的方法對導(dǎo)洞和部分主洞進(jìn)行超前支護；對導(dǎo)洞的上半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行開挖；對導(dǎo)洞和部分主洞進(jìn)行初期支護；對導(dǎo)洞的下半部分截面進(jìn)行開挖；對導(dǎo)洞和部分主洞進(jìn)行初期支護；采用導(dǎo)管注漿的方法對主洞拱部進(jìn)行超前支護；對主洞的上半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行開挖；對主洞的上半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行初期支護；對主洞的下半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行開挖；對主洞的下半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行初期支護；仰拱澆筑與填充；排水施工，并利用臺車在全斷面開展二襯施工。

2.2 注意事項

（1）在施工過程中應(yīng)對導(dǎo)洞及主洞上臺階實際長度進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時以監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，對主洞與導(dǎo)洞之間的距離進(jìn)行調(diào)整，若拱頂發(fā)生下沉，則需要進(jìn)行臨時仰拱的施工。

（2）在初期支護時，應(yīng)每開挖完一榀桁架就支護一榀，將循環(huán)進(jìn)尺控制在50cm以內(nèi)，同時盡可能早的進(jìn)行初支與仰拱施工，確保支護系統(tǒng)可以盡早封閉成環(huán)，隧道的二襯需要以監(jiān)控結(jié)果為依據(jù)做綜合分析，并根據(jù)分析的結(jié)果適時施做。

（3）在開挖施工中必須嚴(yán)格遵循“超前支護、短進(jìn)尺和強支護”等基本原則，將震動速度始終限制在15cm/s以內(nèi)。

3 圍巖超前支護

3.1 大管棚施工

待右線出口上段邊仰坡安全防護施做完成，且掌子面的上部也已經(jīng)成型，同時用混凝土做好封閉處理后，與掌子面緊貼開始導(dǎo)向墻的施工，然后用長度為30cm的管棚按照40cm的間隔距離設(shè)置鋼花管，通過注漿對圍巖進(jìn)行加固，以此形成穩(wěn)定的支護體系，為后續(xù)的開挖進(jìn)洞創(chuàng)造良好條件。

3.2 超前小導(dǎo)管

（1）先封閉工作面，并將其清理干凈，然后對機械設(shè)備進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否正常，對于注漿機需要在使用前做好壓水試驗。

（2）小導(dǎo)管為熱軋無縫鋼管，其長度和規(guī)格都要按照設(shè)計要求確定，其中一端為尖頭，5mm長，另外一端在1m范圍內(nèi)不可鉆孔，并焊接鐵箍，管壁上的注漿孔按梅花形進(jìn)行布置，間隔距離為150mm。

（3）在小導(dǎo)管注漿中使用使用的漿液，其水灰比為1：1，在0.5-1.0MPa的壓力條件下連續(xù)注漿，經(jīng)開挖以后，拱部應(yīng)沒有坍塌和滲水的現(xiàn)象。

（4）將小導(dǎo)管制備好后按照設(shè)計要求開始布孔，同時用紅色的油漆對每個孔位做出標(biāo)記。

（5）布好孔后，用鑿巖機進(jìn)行鉆孔，將鉆頭對準(zhǔn)鉆孔中心，鉆孔實際直徑應(yīng)大于鋼管。鉆進(jìn)到要求的深度后，拔出鉆桿與鉆頭。然后開始清孔，將孔內(nèi)的巖屑和積水都清除干凈。

（6）向孔中插入鋼管的前端，由人工使用錘擊的方法頂入，實際頂入的長度應(yīng)達(dá)到鋼管總長90%以上，同時還要使用空壓機清理鋼管中進(jìn)入的砂石巖屑。

（7）將鋼管安裝好后進(jìn)行封堵，并在鋼管的周圍噴射一層混凝土，避免漿液冒出。

（8）漿液嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行配制，在注漿時需要使用專門的注漿機。

（9）待確認(rèn)實際注漿壓力與注漿量都達(dá)到要求后，完成注漿。

4 圍巖初支

4.1 錨桿

這是隧道施工中保證圍巖穩(wěn)定性，避免圍巖的重要方法，完成施工以后還能成為永久支護系統(tǒng)主要組成部分。本工程采用中空注漿錨桿，其施工工藝為：先根據(jù)設(shè)計要求，在開挖施工面上放出需要布置錨桿的位置，其鉆孔的方式和砂漿錨桿完全相同。經(jīng)檢查確認(rèn)導(dǎo)管孔滿足要求后，對錨桿進(jìn)行安裝并按照設(shè)計比例進(jìn)行漿液配制，用注漿機開始注漿。待設(shè)計注漿量滿足要求后結(jié)束注漿，最后對注漿質(zhì)量進(jìn)行整體檢查和綜合判斷，確認(rèn)合格后使用專門的螺帽對錨桿端頭進(jìn)行封閉，避免錨桿中的漿液遺流。

4.2 鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)主要作用是和噴射的混凝土同時受力，保證混凝土各項性能，避免混凝土受到應(yīng)力后產(chǎn)生折斷與開裂，進(jìn)而保證支護效果。待錨桿施工完成后立即進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的布置。

（1）掛設(shè)鋼筋網(wǎng)：鋼筋網(wǎng)的掛設(shè)需要在初次混凝土噴射完成并布置好錨桿后立即進(jìn)行，采用作業(yè)臺架，由人工沿被開挖的圍巖表面逐環(huán)鋪設(shè)，在鋼筋網(wǎng)片間使用焊接的方法相連，在施工過程中可采用錨桿來加固鋼筋網(wǎng)，確保鋼筋網(wǎng)和圍巖的表面緊貼。

（2）焊接：將鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)好后，對接頭、鋼架與錨桿頭進(jìn)行焊接，以此避免在混凝土噴射過程中鋼筋網(wǎng)片發(fā)生晃動。

4.3 型鋼鋼架

（1）待掌子面初次混凝土噴射施工完成后開始型鋼鋼架的安裝。

（2）以測設(shè)具體位置為依據(jù)，每個節(jié)段的鋼架和掌子面之間采用螺栓相連，使連接板和圍巖緊貼。

（3）為了使鋼架的具體位置準(zhǔn)確無誤，在隧道開挖過程中需要在連接的部位設(shè)置凹槽。在初次混凝土噴射中，向凹槽中設(shè)置木楔，以此留出連接板的安裝位置。鋼架安裝時，如果混凝土層與鋼架間存在很大間隙，則需要按照1m的間隔距離設(shè)置預(yù)制塊，并在鋼架的背后通過噴漿填充。

（4）將鋼架安裝就位后，進(jìn)行位置誤差的檢查，允許偏差為：鋼架之間的距離偏差不能超過±100mm；鋼架在橫向上的偏差不能超過±50mm；鋼架高程偏差不能超過±50mm；垂直度偏差不能超過±2°；保護層厚度偏差不能超過-5mm。

4.4 濕噴混凝土

4.4.1 混凝土配制與運輸

（1）混凝土配制使用具有計量功能的攪拌機，配料嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比控制，攪拌的時間應(yīng)達(dá)到1min以后。

（2）利用專門的運輸車對混凝土進(jìn)行運輸，做到隨運隨拌。在噴射施工中，應(yīng)采用多臺運輸車進(jìn)行交替運輸，滿足連續(xù)噴射施工要求?；炷吝\輸時，應(yīng)避免離析和坍落度發(fā)生變化。

4.4.2 混凝土噴射

（1）噴射施工應(yīng)分段和分層進(jìn)行，按照從下到上的順序控制，一般分段的長度應(yīng)控制在6m以內(nèi)。在噴射過程中，要先將低洼處整平，然后再按照以上順序進(jìn)行噴射。

（2）混凝土噴射的速度應(yīng)得當(dāng)，便于混凝土強度的形成。當(dāng)風(fēng)壓較大時，應(yīng)加快噴射的速度；而當(dāng)風(fēng)壓較小時，應(yīng)減慢噴射的速度。

（3）噴射過程中噴嘴需要和圍巖表面保持一定距離，通常按80-150cm控制，角度盡量和圍巖表面垂直，可以有傾斜，但夾角必須達(dá)到70°以上。

（4）為了加快施工效率，并保證施工質(zhì)量，可采取分片進(jìn)行的方法施工，每片的長度和寬度一般為2m、1.5m。

5 二次襯砌

5.1 仰拱施工

（1）現(xiàn)場測放，根據(jù)內(nèi)軌的頂部標(biāo)高對仰拱基坑底部實際標(biāo)高進(jìn)行計算。

（2）用挖掘機進(jìn)行開挖施工，在機械設(shè)備無法到達(dá)的地方使用人工進(jìn)行開挖。

（3）對仰拱的接頭進(jìn)行鑿毛處理，并嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行仰拱鋼筋的安裝，同時預(yù)留和邊墻之間的連接鋼筋。

（4）經(jīng)自檢確認(rèn)合格后，由監(jiān)理工程師作隱蔽檢查和驗收，將混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場后并通過檢查合格后，開始澆筑和振搗施工。

5.2 拱墻施工

拱墻的二襯利用臺車進(jìn)行鋼模板施工，用攪拌車運輸混凝土，用注漿泵進(jìn)行灌注，同時用振搗棒進(jìn)行振搗。澆筑必須做到左右對稱，避免臺車發(fā)生偏移?；炷恋纳a(chǎn)由具有計量功能的拌和機完成，同時應(yīng)充分考慮低溫施工要求，保證混凝土施工質(zhì)量。

5.3 鋼筋工程施工

（1）鋼筋加工必須滿足相關(guān)設(shè)計要求，對于受力鋼筋，其順長度方向上的長度偏差不能超過±10mm，對于彎起鋼筋，起彎折處的位置偏差不能超過20mm，對于箍筋，其內(nèi)凈尺寸偏差不能超過±3mm。

（2）鋼筋的接頭必須設(shè)置在應(yīng)力相對較小的部位，同時應(yīng)保持分散。在相同截面中配置的受力鋼筋，其接頭面積應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求。

（3）當(dāng)采用電弧焊進(jìn)行焊接時，應(yīng)單面搭接焊接，此時焊接的長度應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的10倍，在雙面搭接焊過程中，搭接的長度應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的5倍，對于焊縫的寬度，應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的0.8倍以上，同時不能小于10mm，而焊縫的高度應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的0.3倍以上，同時不能小于4mm。

6 結(jié)束語

目前本隧道工程已經(jīng)順利完成，經(jīng)檢查，隧道施工質(zhì)量合格，施工過程中軟弱圍巖經(jīng)有效加固處理始終處在安全穩(wěn)定的狀態(tài)，說明以上施工方法合理可行，值得其它工程參考借鑒，提高軟弱圍巖隧道施工技術(shù)水平。