大跨度隧道軟弱膨脹圍巖段施工控制技術

李雷明

摘要：在地質軟弱破碎、膨脹性圍巖的大跨度隧道施工中，圍巖變形、初支開裂是常見的施工問題，制定經(jīng)濟合理的處置措施，安全、快速通過是施工的關鍵。本文根據(jù)施工隧道的實際情況，制定了合理的施工控制技術，可為今后類似工程的施工提供一定的借鑒。

關鍵詞：大跨度;軟弱;膨脹;施工控制技術

Abstract： In the construction of large-span tunnels with geologically weak broken and expansive surrounding rocks， the deformation of surrounding rocks and cracking of primary branches are common construction problems. The development of economic and reasonable disposal measures as well as the safe and rapid passage are the key to construction. Based on the actual situation of the construction tunnel， this article has formulated reasonable construction control technology， which can provide a certain reference for the construction of similar projects in the future.

Key words： large span;weakness;expansion;construction control technology

1? 工程概況

楊林隧道位于昆明市嵩明縣、宜良縣境內(nèi)的國家高速公路網(wǎng)昆明繞城高速公路東南段，起點和終點分別是嵩明縣楊林鎮(zhèn)甸頭村和宜良縣北羊街。楊林隧道左線樁號為ZK13+250～ZK22+712全長9462m;右線樁號K13+270～K22+680全長9410m，為雙線分離式六車道隧道，進口至出口方向一直為下坡施工，坡度為-1.98%。此隧道不僅是國內(nèi)在建最長的三車道公路隧道，也是云南省省內(nèi)目前施工里程最長的公路隧道。隧道區(qū)基本地震烈度為Ⅸ度，隧道建設需克服多種不良地質，例如：瓦斯地層、巖溶地層、膨脹性圍巖、軟弱破碎、斷層破碎富水帶等。施工過程中極易發(fā)生不良地質災害，為全線的重難點工程和控制性工程。

2? 地質情況概述

楊林隧道進口左右線ZK14+700～ZK14+850段（右線相同里程段）施工揭示，圍巖主要以強～全風化頁巖、碳泥質灰?guī)r、粉砂巖夾頁巖為主、同時有泥質白云巖，泥質砂巖、局部夾砂巖層等，灰色～灰黑色、灰白色巖層相互交錯，從線路左側向右上方傾斜，傾角較小，單巖層厚度總體較薄，分布不均，且節(jié)理發(fā)育，破碎呈鑲嵌層狀碎裂結構，頁巖和泥灰?guī)r層呈薄片狀、層間光滑，暴露后自行松散脫落、遇水軟化呈泥狀，且?guī)r層沿隧道縱向變化較快，有的巖層扭曲呈現(xiàn)褶皺形式，手捏即碎，部分手捏成團，可塑性強。經(jīng)第三方試驗檢測，圍巖巖體自由膨脹率為45～68%。（圖1）

3? 施工中出現(xiàn)的不良地質現(xiàn)象

3.1 軟弱圍巖變形大

該段施工期間，初期支護出現(xiàn)多次大變形，圍巖大變形在拱部120°范圍較為明顯，隧道行駛方向右側圍巖壓力遠大于左邊，拱頂下沉遠大于周邊收斂。ZK14+740和K14+735拱頂累計沉降量560mm和510mm，水平收斂累計210mm和195mm。

3.2 圍巖易失穩(wěn)、坍塌

在施工過程中，該段變形一直較大，且無穩(wěn)定趨勢。主要的表現(xiàn)形式有：部分初支出現(xiàn)滲水、濕面現(xiàn)象，初支混凝土開裂、掉塊，初支出現(xiàn)縱環(huán)向裂縫，鋼架變形、扭曲甚至錯裂，初支侵限。

3.3 變形速率大、范圍大

隧道掘進、臺階轉換施工中，掌子面后方10～15m范圍內(nèi)已施工完成的初支變形快，變形速率大，最高可達159mm/d。（圖2、圖3）

3.4 圍巖壓力大、變形持續(xù)時間長

楊林隧道初支施工后，垂直應力大且壓力持續(xù)增加，軟弱圍巖變形處于蠕變期，自穩(wěn)性差，變形持續(xù)1個月左右。隨著施工繼續(xù)，圍巖應力受擾動，變形持續(xù)時間長。

3.5 受力點基本相同

通過施工總結，該段受力基本在拱部120°范圍，破壞程度基本相同，直觀表現(xiàn)為鋼拱架扭曲變形，前期增設的套拱在圍巖的壓力作用下，拱部范圍出現(xiàn)變形、扭曲甚至斷裂。

4? 軟弱膨脹圍巖段施工控制技術

該段的圍巖自承能力較低，不能一味地要求圍巖發(fā)揮自承能力，應從開挖方法的選擇上、加強初期支護強度、隧道監(jiān)控量測等方面進行加強。

4.1 施工工法

施工應嚴格遵循“管超前、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則使用合理的開挖方法。通過多次對比和實踐，三臺階預留大核心土法可有效地減緩變形速率，控制變形。同時，仰拱及時施做，變形趨于穩(wěn)定后，適時施做二襯，確保各工序間有足夠的銜接作業(yè)空間，對控制變形也十分有利。

4.2 雙層拱架支護法

前期施工中采用增加臨時套拱、臨時仰拱的方法，對控制變形效果明顯，但套拱、臨時仰拱的拆除造成了大量的廢棄工程，施工進度受到嚴重制約。經(jīng)專家論證后，對原設計初期支護進行調整，改為雙層鋼拱架進行施工。先施作第一層鋼拱架（I25a），并加強監(jiān)控量測，視變形情況適時施作第二層鋼拱（I20a）。鋼架間距為60cm，鎖腳采用6m長的Φ42×4mm注漿小導管，每個臺階兩側各布設兩根。

4.3 徑向錨桿的施工

該段圍巖致密性比較強，原設計徑向錨桿為3.5m長的Φ42×4mm注漿小導管。前期徑向小導管注漿效果不理想，不能有效地固結周圍巖體。施工中采取了后注漿方式，初支施工完成后返回變形段注漿，可有效地減緩變形速率，并減少圍巖變形。但是就注漿效果的可持續(xù)時間來說，僅有7天左右，因為受松散巖類空隙水及基巖裂隙水的作用，可持續(xù)時間較短。后續(xù)施工中徑向錨桿調整為6m長的Φ25砂漿錨桿和3.5m長的Φ42×4mm注漿小導管，梅花形交替布置，對控制變形更有效果。

4.4 適量加大預留變形量

根據(jù)施工現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，該段施工期間將預留變形量控制在50cm左右。

4.5 加強拱架縱向連接

將原設計的拱架連接筋調整為I14工字鋼連接，在拱架拱頂及連接法蘭上下各0.5m處增加工字鋼連接，使拱架整體受力增強，提高了拱架抗扭、抗彎性能，控制變形起到一定作用。

4.6 加大連接板厚度

由于連接板是鋼拱架受力的薄弱位置，為加強鋼架連接，為避免連接板位置變形、開裂，鋼拱架連接板由10mm調整為12mm。

4.7 拱腳處增設槽鋼及擴大拱腳

在各臺階拱腳位置增設槽鋼，增強拱腳受力，同時在上、中臺階拱腳外側加設工字鋼斜撐，增大拱腳的受力面積，對控制變形起到較好的作用。

4.8 控制噴射混凝土質量

為了防止巖層大面積坍塌，開挖以后必須及時進行初噴，減少圍巖的暴露時間。又因為初支背后存在空洞，并且松散破碎巖體的擠壓容易使應力集中，造成初支出現(xiàn)裂縫或者掉塊的現(xiàn)象，所以噴射混凝土封閉必須密實。

4.9 加強超前地質預報及監(jiān)控量測

鑒于此處施工特點，采用RPD-180CBR多功能鉆機結合地質雷達的方法準確判斷前方圍巖情況。在已完成的初支面上加密監(jiān)控量測點，加大觀測頻率，同時利用斷面儀進行斷面的掃描，為初支參數(shù)調整及二襯施工時機提供數(shù)據(jù)支撐。

5? 結束語

通過上述措施，楊林隧道軟弱膨脹圍巖段施工效果顯著，結論如下：

①楊林隧道為大跨度三車道公路隧道，巖體破碎軟弱，圍巖具有膨脹性，初支破壞嚴重，前方施工安全無法保證。

②圍巖垂直應力大、變形量大、持續(xù)時間長，破壞范圍基本一致。

③通過施工工法的選擇，加強初期支護強度，加大預留變形量，仰拱及時施做等一系列措施，能較好地控制變形及初支破壞。

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