高原高寒地區(qū)單線隧道軟弱圍巖快速施工分析

王敬

隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展步伐的不斷加快，各類工程均面臨建設規(guī)模不斷擴大涉及水文地質(zhì)條件復雜等問題局限。此情況下，工程項目建設人員應從實踐角度出發(fā)，即在明確工程所處不良水文地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，來找出施工質(zhì)量、施工進度以及投入施工使用可持續(xù)性的實現(xiàn)方法。如此，隧道工程才能夠為涉及的工程建設環(huán)境提供安全、可靠以及持續(xù)性的保障。所以，工程建設人員應將此課題作為提升地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的關(guān)鍵，進而服務于現(xiàn)代化經(jīng)濟建設的全面發(fā)展進程。

一、工程概況

當金山隧道工程，位于我國甘肅省阿克塞縣境內(nèi)的高原高寒地區(qū)。工程除了進口段450m為雙線段外，其余洞身均為單線隧道。經(jīng)對工程涉及地質(zhì)水文條件進行勘察發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)條件具有復雜特點，即以V、IV級圍巖為主，且具有巖層變化較快特征。當前階段，工程建設人員將III級圍巖基本變更為IV級圍巖，進而進行施工穩(wěn)定性的強化與控制，即采用了全斷面與臺階法。但因隧道工程所處地質(zhì)條件的斷面較小，增加了施工作業(yè)的難度。為達到工程施工建設要求的進度控制目標，相關(guān)人員采用了長臺階施工方法。

在施工實踐過程中，施工距離上臺階要保持50m以上，才能保證正常出碴。這種施工情況，就意味著上下臺階無法同時進行施工作業(yè)，且存在相互干擾的問題，從而影響了施工進度的控制效果。而且，隧道工程施工建設的安全穩(wěn)定性難以得到應有的保證。所以，施工技術(shù)人只能采用傳統(tǒng)的兩臺階預留核心土或三臺階方法，來避免大塌方事故的出現(xiàn)。

二、高原高寒地區(qū)單線隧道的軟弱圍巖環(huán)境分析

研究表明，當金山隧道通過多處斷層環(huán)境時，F(xiàn)5斷層所帶來的影響范圍最大，其具有圍巖軟弱且破碎特性，非常容易導致支護結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形。為此，隧道工程建設人員結(jié)合以往類似工程處理支護結(jié)構(gòu)大變形問題采用方法進行分析總結(jié)。

經(jīng)初步分析，根據(jù)本隧道工程的地質(zhì)情況，具體采用的施工處理措施應按照如下三個標準進行分析判斷。如此，具體施工過程就可進行適當?shù)恼{(diào)整，以適用復雜的軟弱圍巖結(jié)構(gòu)。如下表所示，為隧道大變形分級標準。

隧道大變形分級標準

Ⅰ級大變形：單線隧道施工人員應結(jié)合工程項目的設計情況適當加大變形量的預留，并在拱部設置超前小導管。與此同時，還可適當加大環(huán)向的間距，以使初期支護結(jié)構(gòu)得以封閉與強化。此過程，在全環(huán)設置型鋼鋼架時，應采用鋼筋混凝土二次襯砌，來提高大變形施工處理的質(zhì)量效果。

Ⅱ級大變形：隧道工程建設人員應加大變形量預留，并在保證支護結(jié)構(gòu)得到封閉與強化基礎(chǔ)上，適當增加系統(tǒng)錨桿長度。在處理全環(huán)設置型鋼鋼架時，應在增加型鋼型號的同時，加密間距，并通過增加邊墻的徑向注漿，來進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的二次襯砌施工。

Ⅲ級大變形：此軟弱圍巖結(jié)構(gòu)變形影響環(huán)境下，相關(guān)人員應在Ⅱ級大變形施工處理方法基礎(chǔ)上，采用多重支護結(jié)構(gòu)或是優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)的形狀，來強化鋼筋混凝土的二次襯砌結(jié)構(gòu)作用穩(wěn)定性。

對于上述不同圍巖情況，施工技術(shù)人員應分別采用臺階法、三臺階法以及三臺階臨時仰拱法。此外，在具體開挖施工時，應及時進行閉合成環(huán)處理，即保證每一環(huán)支護均設置鎖腳錨桿，以提高支護結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性。這樣一來，就能防止拱腳發(fā)生下沉或內(nèi)移現(xiàn)象，進而杜絕較大變形或是拱部巖層坍塌等安全事故的出現(xiàn)。

總的來說，F(xiàn)5斷層圍巖結(jié)構(gòu)具有破碎、風化嚴重且自穩(wěn)定能力差的特征，施工技術(shù)人員應采用倆臺階法，并嚴格遵循軟弱圍巖的施工原則，來提高單線隧道施工建設的質(zhì)量效果。值得注意的是，為加快施工進度，作業(yè)隊按照尺寸和比例在裝載機上制做了一部移動式施工臺架，移動很方便、快捷。高度可以跟著裝載機液壓調(diào)節(jié)，大大加快了掌子面上臺階施工速度。上臺階鋼架支護完成后，立即開始噴錨，下臺階開始支護鋼架，這樣就縮短了初期支護的時間。

三、高原高寒地區(qū)單線隧道軟弱圍巖的快速施工要點

1.明確施工方法應用要求

兩臺階預留核心土施工方法的應用，需按照工程項目的施工建設要求將安全紅線步距要控制在仰拱35m，二襯70m。對于開挖的施工現(xiàn)場，為了加快循環(huán)時間，提高安全質(zhì)量，施工過程中對裝載機進行工裝改進，以利于上臺階的開挖作業(yè)。因F5斷層圍巖結(jié)構(gòu)破碎，在無法進行爆破施工處理時，采用挖機加螺旋刀片進行快速施工控制。此外，為實現(xiàn)單線隧道的快速施工控制目標，臺階長度為5m的施工，應保證立架與噴錨施工人員同時到場，以縮短施工工序的銜接時間。

2.加強圍巖超前地質(zhì)預報

對地質(zhì)較簡單的地段，以洞內(nèi)地質(zhì)編錄為主，根據(jù)對洞內(nèi)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體節(jié)理裂隙、地下水的發(fā)育情況等，分析圍巖的穩(wěn)定情況，并據(jù)此預報掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件；對地質(zhì)條件比較復雜的地段，如地層分界線、角度不整合接觸帶、物探異常段、富水段等，在洞內(nèi)地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上，采用物探超前地質(zhì)預報方法，對隧道掌子面前方的地質(zhì)條件進行預報；對地質(zhì)條件特別復雜的地段，如區(qū)域性斷層及次級斷層、突涌 水段等，在洞內(nèi)地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上，先進行物探超前地質(zhì)預報，必要時采用超前水平鉆探進行超前地質(zhì)預報；Dk194+980～DK207+500段設置平行導坑，距正線40m，且先期施工。對設置平行導坑段落，通過先期施工的。

3.圍巖監(jiān)控量測

本隧道以洞內(nèi)外觀察、水平收斂量測、拱頂下沉量測、洞身淺埋段地表下沉量測為必測項目，斷層破碎帶(主要為f4、f5、f6、f6-1、f8及f9等斷層)隧底上鼓量測根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況進一步確定。

4.強化斷面工裝改進效果

以開挖作業(yè)線的機械配置為例，此過程，相關(guān)人員應盡可能減少單孔作業(yè)時間、減少鉆孔施工以及避免鉆孔液對周邊圍巖溫度場帶來影響。

5.施工進度控制

本隧道采用自卸汽車進行出碴，由于是單線隧道，開挖斷面較小，不能夠進行平行作業(yè)，只能按順序進行施工，因此出碴的車輛數(shù)量是加快循環(huán)的關(guān)鍵，現(xiàn)場至少要保證7臺出碴車，方可滿足要求。超欠挖制控是控制噴錨作業(yè)時間的關(guān)鍵，現(xiàn)場要求每個臺架鉆孔進行定人員，定考核，及進調(diào)整，測量班進行每班放樣，保證爆破的質(zhì)量。

由上述多種快速施工方法的應用實踐可以證實，單線隧道的兩臺階預留核心土施工方法，能夠最大地保證隧道施工的安全步距。如此，不僅減少了坍塌安全事故的發(fā)生，還提高了安全施工的質(zhì)量管理效果。因此，工程建設人員應在當金山隧道進口正洞段全面采用。

四、結(jié)語

綜上所述，高原高寒地區(qū)環(huán)境下，單線隧道工程的施工進度保障，應從所處的軟弱圍巖結(jié)構(gòu)情況入手進行分析研究。如此，就能針對不同的軟弱圍巖結(jié)構(gòu)采用不同的快速施工方法，進而在保證隧道工程施工質(zhì)量效果的基礎(chǔ)上，滿足工程項目對施工進度的控制要求。事實證明，只有這樣，才能使工程項目的建設使用達到預期的目標，進而促進所處地區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展進程，以快速抓住當前階段各行各業(yè)經(jīng)濟建設快速發(fā)展的機遇。