隧道軟弱圍巖開挖技術(shù)

陳喜群

（中交第四公路工程局有限公司 北京第十分公司，北京100022）

1 工程概況

G7611 高速公路起點位于都勻，途經(jīng)惠水、安順、鎮(zhèn)寧、六枝、六盤水、威寧、昭通、金陽、西昌，終點至香格里拉。A1 合同段袁家包隧道的左右2 個起訖樁號ZK0+494～ZK0+844 和ZK0+494～ZK0+844，長度分別為350m 和355m，隧道最寬處10.3m，最窄處8.7m，為雙向4 車道，洞巖為Ⅵ級。

2 施工方法

隧道左線進口以及出口、右線出口的5m 處和進口20m均采用明挖法進行施工，剩下的其他路段可以采用新奧法施工。由于該隧道的圍巖均為Ⅵ級，圍巖施工可采用三臺階預(yù)留核心土法，如有特殊情況可以采用仰拱加強支撐力。圍巖支護施工要先完成拱部施工之后再進行邊墻施工，順序由上而下。

3 軟弱圍巖開挖和超前支護施工方案

3.1 隧道圍巖軟弱的開挖方法

隧道開挖時要保護好圍巖，避免因操作不當(dāng)發(fā)生變形。每一層的開挖深度都要按照要求進行，為了保證開挖深度的準(zhǔn)確性，避免與實際要求數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，可以利用先進的深度測量工具，如激光斷面儀。開挖之前要對開挖目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)情況有所了解，重視監(jiān)控量測的重要性，以施工量測為引導(dǎo)，對施工方法進行適當(dāng)調(diào)整。

開挖工作主要借助機械設(shè)備來完成，必要時可采用爆破法。施工過程中要加強施工管理，嚴(yán)格按照施工要求完成混凝土澆筑，開挖不可一次性完成，盡量避免使用爆破法，開挖過程中要多次測量，對于圍巖堅實度不足的情況可以采用支護法，開挖過程中要多投入人力，必要情況下可以采用松動爆破法。具體施工方法要以地質(zhì)預(yù)測和監(jiān)控測量結(jié)果為準(zhǔn)，并結(jié)合實際情況適當(dāng)調(diào)整。開挖完成后采用支護法支撐。

施工程序及步驟如下：（1）上部環(huán)形土開挖，進行初期支護；（2）左側(cè)導(dǎo)坑開挖，進行初期支護；（3）右側(cè)導(dǎo)坑開挖，進行初期支護；（4）預(yù)留核心土開挖；（5）仰拱開挖；（6）仰拱部支護；（7）仰拱回填澆筑；（8）拱墻防水板及二次襯砌。

臺階長度一般8～10m，二次襯砌與掌子面的距離以≤50m為宜。

3.2 初期支護施工方案

3.2.1 錨桿施工

錨桿呈梅花型布置，均設(shè)置墊板，錨桿墊板與基面密貼。

1）中空注漿錨桿：鉆孔時可利用風(fēng)動鑿巖機，注漿采用專業(yè)的注漿泵。鉆孔完成后，要保持孔內(nèi)的清潔。鉆孔深度達到設(shè)計值時，若鉆出褐色、黃色的巖粉，或釬頭受到異常沖擊，表明此處巖石軟弱，或巖石夾層破碎，需要改變錨桿深度或者移動位置。

2）注漿壓力以地下水的靜水壓力為準(zhǔn)，通常前者為后者的2 倍或者3 倍，同時不能忽視巖層帶來的裂隙阻力，但瞬間最高壓力值應(yīng)≤0.5MPa。

洞內(nèi)結(jié)束注漿的標(biāo)準(zhǔn)：一般情況下，注漿壓力在0.5～1MPa或注漿水灰比在0.45～0.5 且單孔灌注量在1t，便完成了單孔灌注。

可用于施工的錨桿，桿身必須調(diào)直無缺損；錨桿長度要比錨桿孔深度超出6～10cm，保證每一根用于施工的錨桿長度必須與設(shè)計要求相符，縫長誤差≤5cm，錨桿上要保持清潔；錨桿孔位置誤差≤10cm。

圖1 所示為砂漿錨桿施工工藝流程。

3.2.2 掛鋼筋網(wǎng)施工

鋼拱架安裝前，先檢測開挖面超欠挖情況，欠挖部分采用人工進行鑿除，欠挖面積鑿除需要耗費人工量較大的情況下，可以采用爆破的方式；超挖部分小于20cm 可以用混凝土回填，但必須保證回填所用的混凝土標(biāo)號相同；超挖部分大于20cm 時需要采用等強漿砌片石注漿。超挖或者欠挖部分處理好之后方可進行鋼支撐施工。

鋼筋網(wǎng)加工所用的鋼筋必須符合設(shè)計要求，具體規(guī)格為φ8mm，在預(yù)制場地完成鋼筋網(wǎng)加工，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為15cm×15cm。鋼筋網(wǎng)設(shè)置應(yīng)緊貼巖面。噴頭與噴面的距離要保持適當(dāng)，噴射角度要恰當(dāng)，增加鋼筋網(wǎng)背面混凝土的密實度。

3.2.3 工字鋼拱架施工

鋼支撐采用工字鋼，工字鋼按設(shè)計規(guī)格加工焊接而成，按設(shè)計要求下料。在工字鋼成型機上分節(jié)加工工字鋼，各節(jié)鋼拱架兩端均設(shè)置連接板，采用高強螺栓連接，試拼裝合格后對鋼拱架進行編號，分節(jié)運至洞內(nèi)，按編號人工拼裝，經(jīng)螺栓拼接后騎縫焊接牢固。

斷面檢查結(jié)果完好無損方可進行安裝，局部欠挖要在第一時間采用人工或者相關(guān)設(shè)備開挖。首次噴面完成后可安裝鋼支撐，并與錨桿焊接，鋼支撐安裝要注意垂直度、高程和中線等關(guān)鍵點。每榀鋼支撐之間，環(huán)向每隔1m 設(shè)置1 根φ22mm連接鋼筋，相鄰榀鋼拱架環(huán)形縱向呈梅花形布置。工字鋼架設(shè)好后再噴射混凝土。

鋼架安裝之前要保持安置面的清潔，避免影響鋼架的穩(wěn)固性。鋼架4 面分別安裝1 根鎖腳錨管，底部開挖完成沒有問題的情況下，要在第一時間完成底部初期支護，讓鋼架處于全封閉空間。為Ⅴ級圍巖的拱部鋼架底部安裝槽鋼。架設(shè)鋼架前要將鋼架準(zhǔn)確定位，此環(huán)節(jié)可以采用徑向錨桿完成。

施工工藝要點：（1）安裝前分批檢查驗收鋼支撐的加工質(zhì)量，不合格的禁止使用；（2）鋼支撐有足夠的剛度和強度，焊接質(zhì)量符合規(guī)范要求；（3）各節(jié)接頭連接牢固、縱向連接鋼筋等配件齊全，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；（4）同一榀鋼支撐位于同一平面上，傾斜度≤50mm；（5）嚴(yán)格控制中線及標(biāo)高；（6）鋼支撐與巖面間安設(shè)鞍形墊塊，確保巖面與拱架密貼；（7）確保初噴質(zhì)量，鋼架在初噴3cm 后架設(shè)；（8）段間連接安設(shè)墊片擰緊螺栓，確保鋼支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.2.4 噴射混凝土

該隧道采用濕噴法進行混凝土噴射施工，以此減少粉塵量和回彈量。1km 及以上長度隧道須配備濕噴機，生產(chǎn)率應(yīng)≥10m3/h【1】。混凝土由洞外拌和站拌和，用專門的混凝土運輸車輛將混凝土運入洞中并裝入噴射機的裝料倉，通過人工完成噴射。

噴射混凝土施工控制要點：（1）速凝劑的摻量必須準(zhǔn)確、添加均勻，不得隨意增加或減少；（2）噴射混凝土必須機械拌和，在工作面設(shè)置灰盤，避免噴料受到污染；（3）將回彈料和剩余噴料及時清理，回彈料不得重復(fù)使用；（4）施工人員必須佩帶勞動防護用品，噴射手必須佩帶防護面罩；（5）噴射混凝土后由專人灑水養(yǎng)護。

混凝土噴射施工要有序進行，一般順序為先墻后拱、先下后上。進行噴射作業(yè)時，噴射機的噴嘴會保持螺旋式旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)直徑為20～30cm，這樣噴射的混凝土密實度更高。在噴射時，操作人員要注意水壓、風(fēng)壓和距離對噴射作業(yè)的影響。

隧道混凝土噴射厚度＞5cm 時，要分為2 層進行噴射。先噴射平巖面，首次混凝土噴射完成1h 后混凝土終凝，用水沖洗混凝土面并進行第二次噴射。噴射完成2h 后混凝土終凝，要定時噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時長要在1 周以上。

3.3 隧道塌預(yù)防措施

1）做好超前地質(zhì)預(yù)報工作：開挖之前先探測地層情況，了解地層地質(zhì)情況和含水量，保證后續(xù)超前支護和其他有關(guān)工作的順利進行，根據(jù)實際探測情況適時調(diào)整超前支護方案。在開挖深度臨近設(shè)計方案中指明的水含量較大區(qū)域，要多次對開挖區(qū)域的巖石情況進行探測和分析，如遇特殊情況，需要給出相應(yīng)的應(yīng)對方案。

2）有效完成施工監(jiān)控量測，采用信息化技術(shù)量測圍巖、拱頂、地表的變化情況，總結(jié)數(shù)據(jù)信息并分析出結(jié)果，為施工提供實時數(shù)據(jù)信息，以便及時調(diào)整設(shè)計和施工方案。如果通過施工監(jiān)控量測發(fā)現(xiàn)圍巖變形程度逼近標(biāo)準(zhǔn)值，要及時采取有效措施加固圍巖，避免發(fā)生坍塌。

3）每一處開挖區(qū)域的地質(zhì)情況和開挖方式均有所差異，可以采用注漿超前支護的方式加強穩(wěn)固性。根據(jù)巖層和地下水情況的不同，可以選用水泥漿或者水泥-水玻璃雙液漿，以此來加強周邊圍巖的穩(wěn)固性，使其有足夠的承載能力，避免圍巖發(fā)生變形。

4）三臺階法開挖：每一次開挖完成之后要及時封閉支護，支護均與錨桿焊接，預(yù)防拱腳偏位，導(dǎo)致變形嚴(yán)重，最終坍塌。

5）開挖按序進行，爆破工作要謹(jǐn)慎。

6）施工過程中要在洞口配備充足的搶險材料。

7）若通過施工監(jiān)控量測發(fā)現(xiàn)圍巖變形速度過快、圍巖面不斷掉塊剝落、支護混凝土噴面發(fā)生裂縫或者表皮剝落且鋼架變形程度較大、掌子面節(jié)理裂縫滲水量加劇等情況，工作人員和施工設(shè)備要及時撤離現(xiàn)場，由專業(yè)人員完成加固，排除安全隱患后方可繼續(xù)施工。

4 結(jié)語

綜上所述，在不斷發(fā)展工程建設(shè)的同時，也要對軟弱圍巖問題進行深入的分析，在隧道建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題一定要具有針對性地進行解決，從而保障工程建設(shè)的安全性以及穩(wěn)定性。