淺談山區(qū)高原特長隧道崩坡體段進洞施工技術(shù)

陳洪雷

【摘? 要】近年來，高速公路建設(shè)項目逐步向西南山區(qū)轉(zhuǎn)移。西南山區(qū)地形復雜、山勢尖峭聳立、谷深坡陡、生態(tài)脆弱，受地震活動影響，山體下部往往會形成崩坡積體。崩坡積體以灰?guī)r塊石、碎石為主，其間充填黃色黏土、粉土等細粒土，孔隙較多，局部有潛流并形成石筍，透水性強，富水性差，地下水受降雨影響，徑流方式以垂直交替為主，運移速度較快，水動力條件較好。在此種地質(zhì)條件下，隧道進洞施工難度極大，為保證隧道順利安全進洞，必須采取特殊措施。

【Abstract】In recent years， the expressway construction project has gradually transferred to the southwest mountainous area. The southwest mountainous area is characterized by complex topography， steep mountain， deep valley and steep slope， and fragile ecology. Under the influence of seismic activity， colluvial deposit slope is often formed in the lower part of the mountain. The colluvial deposit slope is mainly composed of limestone block stone and gravel， filled with yellow clay， silt and other fine-grained soil， with many pores， local undercurrent and stalagmite formation， with strong water permeability and poor water yield. The groundwater is affected by rainfall， and the runoff mode is mainly vertical alternation， with fast migration speed and good hydrodynamic conditions. Under such geological conditions， it is very difficult for the tunneling construction of the tunnel. In order to ensure the smooth and safe tunneling of the tunnel， special measures must be taken.

【關(guān)鍵詞】山區(qū);高原;特長隧道;崩坡積體;進洞施工

【Keywords】mountainous area; plateau; super-long tunnel; colluvial deposit slope; tunneling construction

【中圖分類號】U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）05-0194-03

1 引言

論文主要從山區(qū)崩坡體段隧道超前支護技術(shù)原理出發(fā)，首先，對洞口邊仰坡段崩坡體進行加固處理，然后采用超前支護加固圍巖，洞身開挖采用三臺階七步開挖法施工。不良崩坡體段隧道進洞施工過程中要做好監(jiān)控量測工作，對拱頂下沉、地表沉降等項目進行監(jiān)控，保證施工安全并為二襯施工提供數(shù)據(jù)支撐。

2 工程概況

四川汶馬高速公路C15合同段位于阿壩州理縣境內(nèi)，工程所經(jīng)地區(qū)山體陡峭，為構(gòu)造侵蝕深切割的高山地貌，崩坡積體物質(zhì)成分主要由崩坡積塊碎石、黏土組成，局部有架空現(xiàn)象，巖土界面起伏較大，覆蓋層厚度不一，由于橫剖面方向巖土界面陡峻，崩坡積體厚度較大，在地震、暴雨、前緣開挖擾動等不利因素下，極易引起斜坡垮塌、淺表溜滑以及牽引式整體滑動等失穩(wěn)現(xiàn)象。

洞口所處位置崩坡積體厚度大，鉆孔揭露最大厚度為46.2m，山體界面前部緩，中后部陡傾，斜坡坡度大，隧道仰坡開挖后前緣抗滑段較短，堆積體整體穩(wěn)定性差。為攻克崩坡體段隧道進洞施工過程中的技術(shù)難題，項目對山區(qū)崩坡體段隧道進洞進行了深入研究和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上編寫本文。

3 主要解決問題

為攻克山區(qū)崩坡體段隧道進洞施工過程中的技術(shù)難題，項目對山區(qū)崩坡體段隧道進洞進行了深入研究和總結(jié)，主要采取洞外邊仰坡錨噴支護，洞內(nèi)加強支護結(jié)構(gòu)，充分結(jié)合監(jiān)控量測的施工原則，以“管超前、短進尺、嚴注漿、強支護、少擾動、早封閉、勤量測”為指導思想進行施工。

4 工藝原理

工程主要是采用錨噴防護對崩坡積體進行處理以此加強崩坡積體的穩(wěn)定性，再在超前系統(tǒng)支護下采用三臺階七步開挖法進洞，以此減少因局部支撐強度不夠造成拱頂?shù)南鲁良暗乇淼某两担黾佣纯诘恼w受力的結(jié)構(gòu)原理。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 隧道進洞施工工序

截水溝施工→洞口邊仰坡防護→超前鋼管施工→三臺階七步開挖法進洞施工。

5.2 截水溝施工操作要點

5.2.1 測量放樣

根據(jù)復測后的導線點和加密點，使用全站儀，將洞頂邊仰坡坡口開挖線放出，然后根據(jù)實際開挖坡線及地形，用鋼尺量距開挖坡線5m外的位置，作為截水溝位置。

5.2.2 截水溝開挖

①清表。由于處于崩坡體段，因此，溝槽開挖前需進行危石的清理，防止石頭滑落造成不必要的安全事故。

②基槽開挖。根據(jù)測量放樣位置，采用人工手風鉆結(jié)合弱爆破的方式進行開挖，控制好平面尺寸及深度，避免超挖或欠挖。開挖自上而下，在陡坡作業(yè)時，施工人員必須配備安全帶等防護用品，保證施工安全。

5.2.3 截水溝砌筑

截水溝砌筑及勾縫均采用M7.5漿砌片石，所用片石在使用前用水沖洗干凈，勾縫嵌入砌體縫內(nèi)20mm，保證灰縫飽滿、平順。對截水溝溝底、溝壁、出水口必須進行加固處理，防止水流滲漏和沖刷。

5.3 邊仰坡施工操作要點

5.3.1 邊仰坡開挖

①測量放樣。由測量人員放出邊仰坡開挖的上口線，并根據(jù)坡比及開挖高度確定每層開挖的下口線。②洞口邊仰坡開挖。洞口邊仰坡必須采用自上而下分階段的方式進行開挖。開挖到洞口的臨時設(shè)計面，并充分結(jié)合圍巖情況，開挖其余部分，形成永久性的邊仰坡。

5.3.2 初噴支護

噴射混凝土時，噴頭垂直噴面或有5～10°的傾斜角，噴嘴距受噴面保持0.6～1.2m，噴射順序由下至上，以螺旋狀，沿橫向反復移動，初噴射混凝土的厚度為3～5cm，為鋼筋網(wǎng)提供足夠的保護層。

5.3.3 自進式錨桿施工

項目根據(jù)隧道邊坡為崩坡堆積松散巖體的特點，洞口邊坡防護特采用L=4.5m、？準=28mm自進式錨桿，自進式錨桿端頭為一次性簡易鉆頭，中部為空心注漿管道，使用氣腿式風鉆鉆孔。

5.3.4 鋼筋網(wǎng)掛設(shè)

邊坡噴錨支護采用？準8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為20cm×20cm。所有鋼筋網(wǎng)片采用集中加工，現(xiàn)場掛設(shè)，鋼筋網(wǎng)片與小導管尾部焊接的方式。

5.3.5 噴射混凝土

噴射混凝土工藝同初噴，噴混終凝后要噴水養(yǎng)護，14天內(nèi)須保持濕潤，以防干裂，影響質(zhì)量。

5.4 管棚施工操作要點

5.4.1 測量放樣

測量人員放出隧道設(shè)計輪廓線，并在噴好的邊仰坡上標出套拱的拱頂、拱腳的位置。

5.4.2 套拱施工

①施工準備。套拱施工之前先開挖洞口邊仰坡，開挖過程中須注意預留好施做套拱的核心土，拱腳開挖完成后，須檢測拱腳地基承載力是否滿足設(shè)計要求。②套拱拱架安裝。第一，套拱骨架采用2榀I18工字鋼做骨架，安裝時先安裝暗洞處一榀，再向外安裝剩余的1榀。鋼架單元之間按設(shè)計要求焊接鋼板并通過螺栓相連，鋼架與鋼架之間通過縱向鋼筋連接。第二，鋼架安裝上、下、左、右允許偏差為±50mm，管棚鋼架安裝拱腳須坐落在實處，若拱腳位置存在虛渣，須清理干凈后澆筑混凝土，待混凝土達到強度要求后再安裝鋼架。第三，鋼架安裝完成后，按設(shè)計要求施做孔口套管，在拱部120°范圍內(nèi)對稱布置，孔口管通過焊接與鋼架相連。第四，套拱模板安裝。套拱模板分為底模、端模和外模三部分，均用木板拼裝而成。模板安裝采用下支內(nèi)拉的形式固定，即模板下部支撐在核心土上，上部通過拉桿與拱架相連。為澆筑混凝土方便，須在套拱外模處預留混凝土入口。第五，套拱混凝土澆筑、養(yǎng)護。套拱混凝土采用C25現(xiàn)澆混凝土，拱墻混凝土澆筑過程中須由下向上、兩側(cè)對稱澆筑。

套拱混凝土須控制好混凝土坍落度，以120～160mm為宜，混凝土澆筑速度不宜過快，防止出現(xiàn)套拱爆?，F(xiàn)象。

套拱側(cè)模和外?？稍诨炷翝仓?4h后拆除，拆完模板后，覆蓋土工布并灑水養(yǎng)生，養(yǎng)生時間不少于7天。

套拱底模在養(yǎng)生結(jié)束后拆除，拆完模板后，用鋼釬鑿出孔口套管管口，并使用紅油漆噴涂編號。

5.4.3 管棚鉆孔

由于洞進口所處位置崩坡積體厚度大，整體穩(wěn)定性不高，主要為碎石土層，結(jié)構(gòu)松散。管棚鉆孔特采用自行式潛孔鉆套管鉆進技術(shù)，鉆孔采用回轉(zhuǎn)加沖擊方式鉆進，采用偏心鉆頭并自動跟進套管。鉆孔前，先將洞口核心土平整，以便于潛孔鉆機來回行走方便。

5.4.4 清孔驗孔

鉆孔完成后，立即用高壓空氣進行清孔，防止堵孔。

5.4.5 安裝管棚

棚管頂進采用裝載機結(jié)合管棚機配合的方式進行，接長鋼管的長度必須滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭必須做到前后相互錯開，鋼管安裝完成后，立即安裝管內(nèi)鋼筋骨架。

5.4.6 套管拔出

在管棚安裝完成之后，采用液壓智能拔管機進行拔管，防止卡管斷管情況的發(fā)生。在拔管時，深層崩坡體中的孤石很容易卡住鋼管，應用傳統(tǒng)的氣錘敲擊法，由于沖擊力度無法掌控，很容易導致鋼管發(fā)生斷裂。通過采用液壓智能拔管機進行拔管，在拔管過程中，嚴格控制拔管速度和拔管方向，防止拔管過程中鋼套管對錨索周圍巖體造成擾動，并能夠很好地防止卡管斷管情況的發(fā)生。

5.4.7 注漿

安裝好所有鋼管，并焊接注漿頭，將注漿機與鋼管注漿頭相連即可開始注漿，注漿從兩側(cè)向拱頂方向依次進行。

5.5 三臺階七步開挖法施工操作要點

5.5.1 洞身開挖

根據(jù)崩坡積體特點選擇三臺階七步開挖法施工。上、中、下臺階預留核心土開挖進尺與各臺階開挖及循環(huán)進尺要保持一致，注意開挖過程中初期支護結(jié)構(gòu)及核心土的穩(wěn)定性，必要時可利用核心土體及加設(shè)臨時支撐。

5.5.2 超前支護體系

為減少隧道初期支護荷載，防止掌子面發(fā)生坍塌，在超前鋼管的支護下，還應沿著隧道開挖輪廓線施做超前小導管，并進行注漿加固處理。

5.5.3 初期支護

崩坡體段隧道初期支護鋼拱架采用I18～I20工字鋼，間距60～80cm，系統(tǒng)錨桿采用雙層中空注漿錨桿，若土體含水率較高，噴射混凝土強度和厚度均適當提高。

5.5.4 監(jiān)控量測

崩坡體段隧道進洞施工中，必須全力做好監(jiān)控量測工作，根據(jù)隧道監(jiān)控量測相關(guān)要求，必測項目包括洞內(nèi)外觀察、周邊位移量測、拱頂下沉量測、地表沉降觀測。

①洞內(nèi)外觀察。主要包括對洞口地表的情況、地表的沉陷、邊仰坡的穩(wěn)定、地表水滲漏的觀察等。②周邊位移量測。周邊位移量測過程中，凈空水平收斂測線的布置，應根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測斷面所在位置、隧道埋置深度等條件確定。③拱頂下沉量測。拱頂下沉量測必須與凈空水平收斂量測在同一量測斷面內(nèi)進行，尤其是崩坡體段圍巖穩(wěn)定性較差，測點布置應適當加密，增設(shè)拱頂下沉測點1～2個。④地表沉降觀測。地表沉降觀測必須直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止為止。

通過施工過程中應用監(jiān)控量測手段，掌握崩坡體滑動動態(tài)，并且根據(jù)量測信息，及時預見事故和險情，從而動態(tài)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以此可確保崩坡體段隧道進洞施工的安全。

5.5.5 二次襯砌

由于隧道所承受的壓力巨大，二次襯砌需采用不得低于45cm的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為增強結(jié)構(gòu)強度，混凝土標號不得低于C30，二次襯砌環(huán)向主筋不小于？準22，內(nèi)外雙層布置。

因洞口處于崩坡體段，在施工中承受巨大壓力，初期支護完成后，應盡快施工仰拱及二次襯砌，仰拱與掌子面距離必須控制在35m以內(nèi)，二次襯砌與掌子面距離不得小于70m，以便能夠盡早封閉成環(huán)，改善結(jié)構(gòu)受力，提高洞體結(jié)構(gòu)承載力。

6 效益分析

6.1 經(jīng)濟效益

論文所采取的邊仰坡錨噴支護+加強超前支護+加強洞內(nèi)支護的施工方法，特別適用于崩坡體段隧道進洞施工，此種支護形式較加長明洞+超前鋼管+增強洞內(nèi)支護相比節(jié)約工期20天，節(jié)約成本27.8萬元，具有良好的經(jīng)濟效益。

6.2 技術(shù)效益

6.2.1 施工快速高效

論文所采用的施工方法比較簡單，減少了大型機械設(shè)備的使用，大大降低了施工難度，能夠在保證安全、質(zhì)量的前提下，快速高效地完成進洞施工。

6.2.2 超前系統(tǒng)雙保險

論文采用超前鋼管和超前小導管雙保險的超前系統(tǒng)，有效防止了崩坡體段進洞施工中可能產(chǎn)生的滑塌、地表沉降以及周邊收斂等問題。

6.2.3 大大提高洞口邊坡穩(wěn)定性

論文在隧道洞口邊坡防護中采用自進式錨桿施工技術(shù)，鉆進后在中空體的孔腔中由內(nèi)向外灌注水泥漿，使得錨固范圍內(nèi)的崩坡體段的松散巖體得到進一步加固，阻止破碎松散巖塊掉落，顯著增強了隧道洞口邊坡的穩(wěn)定性，達到了安全、快速、經(jīng)濟的目標。

6.3 工期效益

論文中的施工方法簡單，有效保證安全和質(zhì)量，而且不需要采用大型機械設(shè)備，同時，與加長明洞+超前鋼管+增強洞內(nèi)支護施工技術(shù)相比，在對邊仰坡處理后能夠?qū)崿F(xiàn)快速進洞施工，加快了橫洞的施工進度，有效保證主洞總體工期，從很大程度上節(jié)約了工期，節(jié)省了成本。

6.4 社會效益

獅子坪隧道為汶馬高速關(guān)鍵性工程，為了盡快進行獅子坪隧道主洞施工，獅子坪隧道2#通風橫洞的施工進度更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵工程，采用論文中的施工方法基本實現(xiàn)了在崩坡體段安全進洞施工，為獅子坪隧道主洞施工奠定了良好的基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

通過介紹山區(qū)崩坡體段隧道進洞施工過程，深入總結(jié)了山區(qū)崩坡體段隧道進洞施工關(guān)鍵工程技術(shù)，安全、高效地完成了獅子坪隧道平導進洞施工任務，為公司在山區(qū)崩坡體段隧道進洞施工技術(shù)研究方面積累了寶貴的經(jīng)驗，并培養(yǎng)了一批復合型人才。同時，對于穿越崩坡體段的隧道工程，在地質(zhì)差、軟弱圍巖、松散崩坡積層堆積體等環(huán)境下施工具有重要的指導意義。

【參考文獻】

【1】張瑞明.高原不良地質(zhì)隧道進洞施工技術(shù)[J].西藏科技，2005（04）：41-45.