赤竹坪隧道集中破碎帶施工技術(shù)研究

邱海波

（保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

公路隧道施工環(huán)境復(fù)雜，易受到集中破碎帶的干擾，從現(xiàn)階段的行業(yè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，新奧法施工技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。新奧法充分融合了巖體力學(xué)理論，其支護(hù)結(jié)構(gòu)采取的是錨桿和噴射混凝土相結(jié)合的方式，有助于控制圍巖變形，使其具有穩(wěn)定性[1-3]。該技術(shù)具有工藝成熟、操作便捷的特點(diǎn)。

1 工程概況

赤竹坪隧道起訖樁號(hào)為YK137+088.5～YK140+083（ZK137+090～ZK140+100），左線3010m、右線2994.5m，采取分離式雙洞4車道建設(shè)形式，設(shè)計(jì)速度為100km/h。該工程中，進(jìn)出口兩處均設(shè)為端墻式洞門，內(nèi)部設(shè)置復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，以噴錨支護(hù)的方式形成初支，以模筑混凝土的方式形成該隧道的二次襯砌結(jié)構(gòu)。

隧道地處低山地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程為108～935m，最大高差約827m。山體自然坡度為20～35°，植被發(fā)育。進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧址區(qū)兩端洞口附近已有狹窄山路通過(guò)，較易拓展為施工便道，通行條件一般。隧道洞身地層為殘坡積砂質(zhì)黏性土層、全～微風(fēng)化燕山期花崗巖、全～中風(fēng)化砂巖。根據(jù)巖性、埋藏深度及風(fēng)化程度特征，洞身分為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)。受F15、F15-1、F16、F17、F18、F19、F20、F21、F22及WF1的斷層或破碎帶影響，隧道洞身部分地段圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

2 破碎帶特點(diǎn)

隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，導(dǎo)致地層發(fā)生大幅度活動(dòng)現(xiàn)象，如錯(cuò)動(dòng)、扭轉(zhuǎn)等，區(qū)域內(nèi)巖體完整性不足，巖塊尺寸普遍偏小，產(chǎn)生大規(guī)模的破碎帶。自然狀態(tài)下破碎地層缺乏穩(wěn)定性，存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)，局部易受到地下水影響，安全隱患增加。

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

3.1 地質(zhì)雷達(dá)以及探測(cè)原理

隧道超前預(yù)報(bào)中所使用的地質(zhì)雷達(dá)通常配有40MHz、100MHz、400MHz和1000MHz四種天線。通常針對(duì)探測(cè)對(duì)象的工程特點(diǎn)以及探測(cè)范圍和精度，選擇合適的工作頻率的天線。作為隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的常用儀器，地質(zhì)雷達(dá)的特點(diǎn)是分辨率高，擅長(zhǎng)于進(jìn)行大數(shù)據(jù)量、高密度的連續(xù)探測(cè)并實(shí)時(shí)給出彩色波形圖，所以比較適合該隧道工程超前探測(cè)的需要。

3.2 TSP探測(cè)原理

TSP超前預(yù)報(bào)是利用地震波在不均勻、不連續(xù)的質(zhì)體中產(chǎn)生反射波，實(shí)現(xiàn)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)目標(biāo)。

地震波在巖石中以球面波形式傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r(shí)，如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶等，一部分地震信號(hào)被反射回來(lái)，另一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播和發(fā)生反射。

3.3 超前水平鉆孔以及探測(cè)原理

隧道地質(zhì)超前水平鉆探技術(shù)是利用預(yù)定鉆孔方向的鉆機(jī)在隧道掌子面前方鉆孔進(jìn)行施工地質(zhì)調(diào)查，通過(guò)提取地層巖芯直接觀察，從而判斷地下巖層性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)方法。

赤竹坪隧道在集中破碎帶施工過(guò)程中，先通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)、TSP探測(cè)、超前水平鉆孔等方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)掌子面前方的圍巖情況，針對(duì)不同地質(zhì)狀況及不良地質(zhì)及時(shí)采取相應(yīng)處理措施，選擇合理的施工方案，從而預(yù)防可能出現(xiàn)的塌方等事故，確保施工的安全，提高施工效率。

4 新奧法在集中破碎帶的應(yīng)用

4.1 施工工藝流程

超前小導(dǎo)管→開挖→初噴→布設(shè)錨桿→掛鋼筋網(wǎng)→安裝鋼拱架→噴射混凝土→監(jiān)控量測(cè)。

4.2 施工工序

（1）超前小導(dǎo)管施工。考慮到圍巖破碎地段的特殊性，選擇壁厚4mm、長(zhǎng)4m的熱軋無(wú)縫鋼管，將其作為該次施工的小導(dǎo)管，按照40cm的間距依次布設(shè)在掌子面上。結(jié)束對(duì)拱部的預(yù)加固處理后再組織開挖作業(yè)。該工程小導(dǎo)管包含上斜、外斜兩種形式，前者在水平方向的投影長(zhǎng)度應(yīng)得到有效的控制，需超過(guò)一次進(jìn)尺的長(zhǎng)度。小導(dǎo)管支護(hù)方案具體如圖1所示。

（2）開挖。采取CD法+上下臺(tái)階預(yù)留核心土法相結(jié)合的方式完成集中破碎帶的開挖作業(yè)，以現(xiàn)場(chǎng)的圍巖情況為依據(jù)靈活調(diào)整，以挖掘機(jī)為主要施工設(shè)備，輔以人工作業(yè)的方式。①CD法。對(duì)于破碎巖段的施工，較合適的是CD法。在結(jié)束超前支護(hù)作業(yè)后方可組織隧道開挖，施工中加強(qiáng)對(duì)進(jìn)尺的控制，及時(shí)測(cè)量并盡可能減少擾動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖條件，選擇單側(cè)壁導(dǎo)坑法，以圍巖監(jiān)測(cè)結(jié)果為基本判斷依據(jù)，視實(shí)際情況靈活調(diào)整預(yù)留變形量，正常情況下以12cm為宜。施工中，側(cè)導(dǎo)洞臺(tái)階長(zhǎng)度設(shè)為3～5m，開挖循環(huán)進(jìn)尺穩(wěn)定在0.5～1m較為合適，形成開挖面后及時(shí)組織初期支護(hù)作業(yè)，必要時(shí)可采取松動(dòng)爆破措施，以便順利開挖。②上下臺(tái)階預(yù)留核心土法。此工法在該工程中也取得廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在硬質(zhì)破碎巖段，在結(jié)束超前支護(hù)作業(yè)后隨即開挖，正常狀況下開挖預(yù)留變形量以10cm較為合適，并加強(qiáng)對(duì)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果的分析，以此為依據(jù)靈活調(diào)整預(yù)留變形量。經(jīng)過(guò)開挖作業(yè)后形成的臺(tái)階總長(zhǎng)度控制在8～15m，按照與CD法相同的開挖循環(huán)進(jìn)尺控制標(biāo)準(zhǔn)合理組織施工作業(yè)。

圖1 S-Va型襯砌結(jié)構(gòu)小導(dǎo)管支護(hù)設(shè)計(jì)圖

（3）初噴。結(jié)束開挖作業(yè)后，若各項(xiàng)指標(biāo)都滿足要求，即可初噴施工，以達(dá)到盡早封閉巖面的效果，進(jìn)而增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。對(duì)于材料的選擇，以普通P.O.42.5R散裝水泥為主，使用的中粗砂應(yīng)滿足含泥量≤1%、細(xì)度模數(shù)2.9的要求，將其作為初噴的細(xì)集料；選用5～15mm連續(xù)級(jí)配碎石，作為該次施工的粗骨料；為改善混凝土性能，向其中摻入適量速凝劑，拌和并形成混凝土后，將其用于初噴作業(yè)。

（4）中空注漿錨桿。該工程選擇的是φ25mm中空注漿錨桿。首先鉆錨桿孔眼，滿足孔徑、深度等方面的要求后使用高壓風(fēng)清理，去除內(nèi)部殘留的巖屑，再將符合規(guī)范的桿體置入其中，注漿后再通過(guò)焊接手段連接錨桿與鋼筋網(wǎng)。組織錨桿抗拉拔試驗(yàn)，以便分析注漿施工情況。中空注漿工藝流程具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 中空注漿施工工藝流程

（5）鋼筋網(wǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼筋網(wǎng)片的加工過(guò)程中首先要將其制成2m×1m網(wǎng)片，轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)后再拼接成型，此時(shí)要控制好鋼筋搭接長(zhǎng)度。考慮支護(hù)巖面的平整狀況，合理鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，兩者形成的間隙以4cm較為合適，鋼筋網(wǎng)片間所形成的連接處可通過(guò)點(diǎn)焊的方式穩(wěn)定連接，使其維持穩(wěn)定狀態(tài)而不發(fā)生晃動(dòng)[4]。

（6）拱架制安。以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，精確控制分段下料長(zhǎng)度，再將其組裝成型。通過(guò)試拼掌握總體施工狀況，靈活調(diào)整不足之處。選擇指定的加工廠，按照設(shè)計(jì)圖紙完成所有拱架基礎(chǔ)構(gòu)件的安裝作業(yè)，通過(guò)螺栓連接的方式形成完整的主洞拱架和側(cè)導(dǎo)拱架，兩者再采用角鋼焊接。在洞內(nèi)安裝到位后，組織初噴砼施工作業(yè)，并焊接定位筋。拱架拱腳要具有穩(wěn)定性，需在平整性較好的基礎(chǔ)上設(shè)置。

（7）噴射砼施工。初期支護(hù)施工選擇的是C25早強(qiáng)混凝土，按照配比要求在拌合樓生產(chǎn)，再轉(zhuǎn)移到施工現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)過(guò)開挖作業(yè)后即可組織初噴，盡量縮短巖面的暴露時(shí)間，在完成錨桿、掛網(wǎng)和拱架的安裝作業(yè)后，組織復(fù)噴，以便形成完整的受力體系，有效維持圍巖的穩(wěn)定性。

（8）監(jiān)控量測(cè)。做好監(jiān)控量測(cè)工作是施工中的重要環(huán)節(jié)，主要考慮的是隧道斷面，明確該處發(fā)生的收斂情況，具體包含拱頂下沉、地表沉陷以及周邊位移。對(duì)此，要在各監(jiān)測(cè)結(jié)果的內(nèi)軌頂面處布設(shè)測(cè)點(diǎn)。

4.3 主要技術(shù)成果及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過(guò)對(duì)破碎圍巖的準(zhǔn)確判別、分類及歸納其特性，采取相對(duì)應(yīng)的支護(hù)參數(shù)。

（2）通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外經(jīng)常采用的軟弱圍巖的預(yù)加固技術(shù)，并對(duì)每種預(yù)加固技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，最終結(jié)合赤竹坪隧道集中破碎帶的工程特點(diǎn)，確定了集中破碎帶的隧道預(yù)加固方案。

（3）通過(guò)研究，形成一套“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早封閉”的完整施工工序。

（4）創(chuàng)新點(diǎn)：采用新奧法作為在隧道集中破碎帶施工中的有效手段，可以避免工程潛在隱患和安全事故的發(fā)生，為安全質(zhì)量問(wèn)題提供依據(jù)和幫助。新奧法針對(duì)地質(zhì)條件和施工情況等進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，能尋求最大的經(jīng)濟(jì)效益和避免質(zhì)量、安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章以赤竹坪隧道工程項(xiàng)目為基本背景，考慮到集中破碎帶的特殊性，選擇新奧法展開施工作業(yè)，營(yíng)造了安全的施工環(huán)境，具有積極意義。新奧法是隧道工程建設(shè)中的典型方法，施工單位在應(yīng)用時(shí)要以地質(zhì)條件為依據(jù)，靈活調(diào)整工藝參數(shù)，在滿足工程質(zhì)量要求的前提下盡可能提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。