濕陷性黃土圍巖隧道施工方案

蔡福來(lái)

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，助理工程師，河北 三河 065201）

1 引言

地質(zhì)條件是影響隧道施工進(jìn)度、質(zhì)量的重要因素之一。針對(duì)不同的地質(zhì)條件，在隧道開挖與支護(hù)時(shí)，其方案雖會(huì)有所不同，但隧道在修建時(shí)如何克服可能遇到的上覆巖土層問(wèn)題卻是共同的任務(wù)，尤其如何破解巖層風(fēng)化破碎比較嚴(yán)重和軟質(zhì)巖土加大隧道口施工難度矛盾更是如此。實(shí)際施工表明，開挖后如何減少圍巖松動(dòng)，控制圍巖的穩(wěn)定性對(duì)于解決上述問(wèn)題至關(guān)重要。張咪等［1］利用數(shù)值模擬的方法對(duì)深埋軟巖的開挖及支護(hù)方案進(jìn)行研究，得出應(yīng)力重新分布后的應(yīng)力集中區(qū)，為支護(hù)方案的制定提供了參考。徐成明［2］研究證明針對(duì)明埡子隧道的軟弱圍巖，CRD法開挖使圍巖的變形量最小。張?zhí)炱娴龋?］砂土隧道開挖引起圍巖變形進(jìn)行研究，并對(duì)其造成的地表沉降進(jìn)行分析。婁志峰［4］對(duì)濕陷性黃土隧道開挖的控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。劉繼南［5］探討了隧道仰拱施工技術(shù)問(wèn)題，并對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提出應(yīng)對(duì)措施。

本文在上述學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作實(shí)踐深入理性思考，形成并提出隧道在濕陷性黃土中施工方案，該方案經(jīng)實(shí)際工程證明能夠有效地控制圍巖的穩(wěn)定性，確保工程安全順利完成。

2 工程概況

新建某隧道位于甘肅省，屬黃土臺(tái)塬區(qū)，地形西高東低，地面最大相對(duì)高差250 m。隧道為雙線單洞，最大埋深102 m，全長(zhǎng)6 782.45 m。該隧道所處地段水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水埋深50～70 m。隧道進(jìn)口段頂部圍巖具有濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)，土層厚度在17～20 m 之間。圍巖含水率實(shí)測(cè)高達(dá)22%～31%，呈軟塑狀態(tài)，開挖后圍巖強(qiáng)度降低，穩(wěn)定性很差，極易崩解、掉塊，形成垮塌，施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。

3 隧道施工方案

根據(jù)工程地質(zhì)、水文等自然條件，注重總結(jié)既往類似施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，有針對(duì)性、創(chuàng)新性地研究制定新建隧道施工方案。

3.1 預(yù)支護(hù)由于濕陷性黃土圍巖強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，必須在隧道開挖前對(duì)圍巖進(jìn)行有效加固，以增大其穩(wěn)定性和強(qiáng)度，為隧道安全順利施工奠定基礎(chǔ)。施工單位經(jīng)過(guò)綜合因素分析和方式方法比選，決定在隧道開挖前，對(duì)其采用管棚和超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)。

管棚采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，分段頂入管棚，然后進(jìn)行注漿加固。小導(dǎo)管的施工則采用風(fēng)鉆鉆孔，現(xiàn)場(chǎng)攪拌漿液，注漿機(jī)注漿加固；鋼拱架采用洞外加工廠分節(jié)預(yù)制，然后在洞內(nèi)進(jìn)行安裝；鋼筋網(wǎng)采用在洞外預(yù)制成品，然后在洞內(nèi)鋪裝；錨桿采用自行加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝的方法；在拌合站將噴射混凝土集中攪拌，然后通過(guò)混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，采取機(jī)械手濕噴的方法進(jìn)行作業(yè)。

3.2 洞口開挖主要包括洞口土石方開挖和洞口邊仰坡防護(hù)兩方面工作，具體要求如下：

3.2.1 洞口土石方開挖

1）為避免山洪等對(duì)邊坡的沖刷，應(yīng)在洞門開挖之前先修筑截、排水溝。由人工配合反鏟自上而下開挖，開挖至暗洞超前支護(hù)相應(yīng)標(biāo)高時(shí)，隨即進(jìn)行超前支護(hù)。

2）要認(rèn)真落實(shí)邊仰坡刷坡自上而下分層開挖要求，每層高度為2 m，開挖完成后要及時(shí)進(jìn)行錨桿網(wǎng)噴支護(hù)。同時(shí)，要做好坡面噴砼防護(hù)層與原坡面銜接，以防邊仰坡防護(hù)受到損壞。

3.2.2 洞口邊仰坡防護(hù)

1）在做好日常及重點(diǎn)防護(hù)的同時(shí)，還要注意落實(shí)臨時(shí)防護(hù)措施，如采取噴錨、格構(gòu)網(wǎng)等進(jìn)行洞口邊仰坡防護(hù)。

2）要針對(duì)洞頂巖層裂隙較多特點(diǎn)，采用漿砌片石或砼鋪砌溝底等方法防止地表水滲漏到隧道，漿砌片石要用砂漿抹面。

3.3 洞身開挖洞身開挖要進(jìn)行超前探測(cè)，人工配合機(jī)械開挖。洞身開挖方案主要包括：淺埋段采用三臺(tái)階法；深埋段采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法和局部地段設(shè)臨時(shí)仰拱等三種。各施工方案內(nèi)容及工藝要求分述如下：

3.3.1 三臺(tái)階開挖法 三臺(tái)階開挖法工序如圖1 所示。

1）上臺(tái)階開挖內(nèi)容及要求：每循環(huán)進(jìn)尺1 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并架設(shè)鋼架，及時(shí)施做鋼筋網(wǎng)，打設(shè)鎖腳錨管，并將二者焊接牢固，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度后打設(shè)錨桿。

2）中臺(tái)階開挖內(nèi)容及要求：要在上臺(tái)階施工至4 m 處進(jìn)行開挖，每循環(huán)進(jìn)尺1～2 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并及時(shí)進(jìn)行中臺(tái)階初期支護(hù)（同上臺(tái)階）。

3）下臺(tái)階開挖內(nèi)容及要求：要在中臺(tái)階施工至4 m 處進(jìn)行開挖，每循環(huán)進(jìn)尺1～2 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并施做下臺(tái)階初期支護(hù)（同上、中臺(tái)階）。完成下臺(tái)階開挖支護(hù)，應(yīng)盡快開挖仰拱以及制作仰拱鋼架，并達(dá)到及時(shí)快速與上部鋼架封閉成環(huán)。

圖1 三臺(tái)階工序示意圖

3.3.2 三臺(tái)階預(yù)留核心土法 三臺(tái)階預(yù)留核心土法工序如圖2所示。

1）上部弧形導(dǎo)坑開挖內(nèi)容及要求：當(dāng)拱部超前支護(hù)完成后，使用環(huán)向的方式對(duì)上部弧形導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，預(yù)留核心土4 m。開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，后續(xù)工作與三臺(tái)階法一致。

2）左右側(cè)中臺(tái)階開挖內(nèi)容及要求：左右側(cè)臺(tái)階要錯(cuò)開2～3榀拱架，臺(tái)階中部預(yù)留核心土4 m，后續(xù)工作與三臺(tái)階法一致。

3）左右側(cè)下臺(tái)階開挖內(nèi)容及要求：左右側(cè)臺(tái)階要錯(cuò)開2～3榀拱架，臺(tái)階中部預(yù)留核心土4 m，后續(xù)工作與三臺(tái)階法一致。

4）上中下臺(tái)階預(yù)留核心土開挖。

5）隧底開挖內(nèi)容及要求：在完成下臺(tái)階的開挖和支護(hù)工作后，應(yīng)盡快開挖仰拱以及制作仰拱鋼架，并達(dá)到及時(shí)快速與上部鋼架封閉成環(huán)。

圖2 三臺(tái)階預(yù)留核心土法工序示意圖

3.3.3 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱工序如圖3所示。

1）拱部超前支護(hù)完成施工后，采用環(huán)向方式開挖上臺(tái)階，當(dāng)完成上部開挖，隨即初噴4 cm 厚砼，架立鋼架，施做鋼筋網(wǎng)后復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度并且打設(shè)錨桿，底部噴10 cm砼作為臨時(shí)仰拱封閉。

2）當(dāng)上臺(tái)階施工到4 m 處，開始對(duì)中部臺(tái)階進(jìn)行開挖，將鋼架接長(zhǎng)，然后進(jìn)行洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)以及封底工作，其具體工序和上臺(tái)階一致。

3）中臺(tái)階開挖4 m 后，開始對(duì)下部臺(tái)階開挖，及時(shí)封閉初期支護(hù)，措施同中上臺(tái)階。下臺(tái)階開挖支護(hù)完成后應(yīng)及時(shí)開挖仰拱并將初支封閉成環(huán)。

3.4 施工時(shí)注意問(wèn)題

1）由于圍巖為濕陷性黃土，所以施工應(yīng)注意避開雨季；

2）施工過(guò)程要做好超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；

3）各項(xiàng)工藝指標(biāo)都應(yīng)嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求；

4）做好開挖與支護(hù)的銜接工作，保證工程安全順利實(shí)施。

圖3 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱工序示意圖

4 結(jié)論

本文對(duì)濕陷性黃土圍巖的施工方案進(jìn)行了研究，文中提出的預(yù)支護(hù)方案以及洞身開挖方案經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明可以有效地增強(qiáng)濕陷性黃土圍巖的強(qiáng)度，提高穩(wěn)定性，保證工程的順利進(jìn)行，為其他類似地質(zhì)條件的隧道開挖提供參考。