軟弱圍巖連拱隧道施工技術(shù)

董龍峰

（云南交投集團(tuán)云嶺建設(shè)有限公司，云南 昆明 650224）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，高速公路施工技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，山區(qū)高速公路工程施工中地質(zhì)條件較為復(fù)雜，尤其是如果遇到軟弱圍巖結(jié)構(gòu)，處理不當(dāng)就會對隧道建設(shè)施工的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。作為項目設(shè)計人員和施工人員，應(yīng)該綜合考慮項目工程的實際情況，確定隧道設(shè)計施工的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

本文高速公路項目處于南澗縣，隧道全長為255m，施工區(qū)域存在軟弱圍巖，圍巖等級為V1級和V2級。實際施工時，應(yīng)用超前管棚周壁的預(yù)注漿施工方式對隧道洞口段圍巖進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)初期需要應(yīng)用頸向系統(tǒng)錨桿支撐混凝土結(jié)構(gòu)。對于圍巖主洞的側(cè)壁導(dǎo)坑，也需應(yīng)用超前管棚周壁的預(yù)注漿施工方式進(jìn)行臨時支護(hù)。

和傳統(tǒng)的分離式隧道結(jié)構(gòu)相比，連拱隧道施工具有占地面積小、施工成本低的優(yōu)點，另外，應(yīng)用連拱隧道施工技術(shù)進(jìn)行施工不會產(chǎn)生路基分離，可以有效縮短隧道施工長度，正是因為具有這些優(yōu)勢，該技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高高速公路施工水平［1]。但是連拱隧道施工過程中，開挖施工使得斷面的跨度明顯增加，使隧道結(jié)構(gòu)的受力情況會變得愈發(fā)復(fù)雜，且很容易受到地質(zhì)條件的影響。如果施工區(qū)域為軟脫圍巖，施工時連拱隧道結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生變形，作為施工人員必須深入研究支撐體系的變化規(guī)律，緩解軟弱圍巖給施工過程帶來的影響。

1.1 隧道洞門仰坡穩(wěn)定性評價

通過對隧道進(jìn)口段的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域軟脫圍巖覆蓋層厚度大，巖體為容易破碎的狀態(tài)，洞門穩(wěn)定性差，在實際開挖施工中如果不采取有效的措施加以支護(hù)，很容易發(fā)生垮塌事故；隧道出口段基巖漏出地表，隧道洞門穩(wěn)定性一般。為了保證施工安全，在開挖施工時應(yīng)注意加強邊坡支護(hù)的設(shè)計。

1.2 環(huán)境工程地質(zhì)評價

隧道施工區(qū)域植被生長旺盛，主要植被為灌木，環(huán)境狀態(tài)良好，經(jīng)過調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)地下水源，施工范圍內(nèi)也沒有發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)和礦產(chǎn)，當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟绞綖楣艿里嬎?。進(jìn)口位置和居民居住地較近，施工過程可能會對居民的正常生活產(chǎn)生較大的影響，因此必須采取相應(yīng)的措施降低這類影響，并且注意嚴(yán)禁在夜間施工；隧道出口和居民居住區(qū)距離較遠(yuǎn)，施工過程幾乎不會對居民的生活產(chǎn)生影響，施工方式和時間可以靈活設(shè)置。在整個區(qū)域內(nèi)，地表水會順著地勢流入臨近川河內(nèi)，施工時需要設(shè)置排水暗溝，防止地表水對臨近河流造成影響。

2 連拱隧道裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.1 地質(zhì)環(huán)境影響

連拱隧道工程受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時會遇到覆蓋層薄、圍巖松散的情況，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，隨著后行洞開挖施工，由于連拱隧道特殊的結(jié)構(gòu)形式，使先行洞洞頂上方已平衡穩(wěn)定的圍巖應(yīng)力發(fā)生變化，需進(jìn)行二次調(diào)整。隨著隧道掌子面的不斷掘進(jìn)，應(yīng)力不斷發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力變化超過二襯混凝土自身所能承受的應(yīng)力時就會產(chǎn)生裂縫。

2.2 沉降縫設(shè)置的影響

連拱隧道覆蓋層薄、圍巖松散，設(shè)計沉降縫位置與實際地質(zhì)變化有出入，雖在圍巖級別變化處設(shè)置沉降縫，但地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，圍巖產(chǎn)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

連拱隧道后行洞施工，由于超前預(yù)支護(hù)的管棚長度、數(shù)量和注漿工作以及三角區(qū)加固未嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行施工。在施工時將連拱三角區(qū)挖空，引起測中線上方三角區(qū)圍巖松馳變化，導(dǎo)致連拱三角區(qū)下沉，引發(fā)靠測中線側(cè)二襯邊墻下沉開裂；另一方面將先行洞靠測中線側(cè)仰拱、二襯拱腳土體挖空，導(dǎo)致先行洞靠測中線側(cè)仰拱及二襯邊墻下沉開裂。

3 二襯裂縫處理措施

3.1 裂縫周邊圍巖注漿固結(jié)

針對連拱隧道后行洞施工，將連拱三角區(qū)挖空導(dǎo)致連拱三角區(qū)下沉，引發(fā)靠測中線側(cè)二襯邊墻下沉開裂問題處理，若隧道覆蓋層較薄可采用地表鉆孔對三用角進(jìn)行注漿加固，使三角區(qū)圍巖穩(wěn)定，不繼續(xù)發(fā)生松馳變形。

1）連拱隧道暗洞范圍以測設(shè)線為中心、兩側(cè)縱向各設(shè)一排φ89×6mm的鋼花管，共3排，鋼管底標(biāo)高距洞頂開挖線＞60em，間距按實際情況梅花型布置，隔孔施工。

2）注漿采用水泥漿液，水灰比及注漿壓力通過試驗確定，注漿順序采取同排隔孔錯開的注漿方式，注漿完成采用C20水泥砂漿填充鋼管。

針對連拱隧道后行洞施工，將先行洞靠測中線側(cè)仰拱、二襯拱腳土體挖空，導(dǎo)致先行洞靠測中線側(cè)仰拱及二襯邊墻下沉開裂問題：

1）連拱隧道左右幅靠連拱側(cè)基礎(chǔ)位置各設(shè)置2排φ42×4mm注漿小導(dǎo)管，L＝4.5m，排間距＝0.5m，縱向間距＝1.0m，左右幅錯開布置，隔孔施工。

2）注漿采用水泥漿液，水灰比及注漿壓力通過試驗確定。

3.2 裂縫的處理方法

1）仰拱、邊溝裂縫處理方法。待連拱側(cè)基礎(chǔ)周邊圍巖注漿固結(jié)后，對仰拱、邊溝裂縫采用水泥漿液進(jìn)行灌注、封堵，務(wù)必灌注封堵密實。

2）二襯裂縫處理方法。根據(jù)需要處理的裂縫寬度不同，二襯裂縫處理方法被分為三種：①表面覆蓋法。如果裂縫寬度沒有超過0.2mm，可以應(yīng)用表面覆蓋法進(jìn)行處理，將修補涂料涂抹在裂縫的表面，達(dá)到修復(fù)裂縫的目的。常見的修補材料主要有防水材料、聚合物薄膜等，具體的過程是徹底清理鋼筋混凝土表面，然后進(jìn)行打毛處理，給予一定壓力的水沖洗后等待其干燥，然后將修補材料涂抹到裂縫的位置。這種處理方法過程簡單、應(yīng)用便捷、成本較低，但是不能對裂縫內(nèi)部進(jìn)行修補。

②低壓注漿法。如果裂縫寬度處于0.3～0.5mm，需要應(yīng)用低壓注漿法處理。應(yīng)用這種裂縫處理方法的過程為：徹底清理裂縫，按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)配置注漿液，以規(guī)定壓力進(jìn)行注漿，二次注漿并清理注漿表面。操作時，先應(yīng)用白膠布粘貼裂縫，用窄毛刷沾漿沿裂縫反復(fù)涂刷，促使裂縫封閉，l0min后揭去白膠布并粘貼注漿嘴。粘貼注漿嘴的過程中周圍可能會出現(xiàn)小型裂口，為了避免漏漿問題反復(fù)用漿液補上。補縫器吸取適量的注漿液，插入注漿嘴，緩慢、持續(xù)地推動補縫器活塞，促進(jìn)漿液慢慢壓入裂縫。為了確保整個縫隙充滿漿液，完成注漿后30min再次進(jìn)行補漿。

③開槽修補法。如果裂縫的寬度超過0.5mm，需要應(yīng)用開槽修補法進(jìn)行修補。應(yīng)用這種裂縫處理方法時需要先在裂縫的位置開一個槽，槽的規(guī)格為寬5cm、深5cm，修補裂縫需要應(yīng)用到的材料主要有環(huán)氧樹脂、聚硫橡膠、水泥、砂，將其按照一定的比例混合在一起，這里需要注意必須按照砂、水泥、環(huán)氧樹脂、聚硫橡膠的順序加入，為了保證漿液的濃度達(dá)到設(shè)計水平，需要加入適當(dāng)?shù)谋?，將拌制均勻的混合料沿著混凝土鑿槽注入縫隙，然后及時用毛氈等進(jìn)行覆蓋，當(dāng)混合料完成初凝后就可以進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。

4 二襯裂縫的防治措施

1）隧道正式施工時，根據(jù)第三方地質(zhì)檢測報告，綜合考慮隧道所在區(qū)域的水文地質(zhì)情況以及周圍的工程地質(zhì)情況，判斷和確定隧道施工區(qū)域的圍巖類別，如果發(fā)現(xiàn)圍巖的實際情況不符合項目設(shè)計，應(yīng)及時調(diào)整、更改和優(yōu)化設(shè)計方案。另外，為了避免施工過程中出現(xiàn)裂縫問題，根據(jù)實際情況選擇合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。

2）嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行施工，特別是超前預(yù)支護(hù)工作以及三角區(qū)的加固工作不能存在僥幸心理，嚴(yán)禁偷工減料［2]。

3）圍巖級別發(fā)生變化的位置很容易出現(xiàn)沉降問題，為了避免這種問題，應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計要求在圍巖級別變化處設(shè)置沉降縫，針對施工過程中圍巖級別發(fā)生變更的位置也需要設(shè)置變形縫，以保障隧道施工安全。

4）隧道施工中加強施工管理，增強質(zhì)量意識。作為技術(shù)人員首先應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)地閱讀施工設(shè)計圖紙，確保充分理解設(shè)計意圖。正式施工前必須做好全面、充分的技術(shù)交底工作。將安全管理工作和技術(shù)人員、工作人員的薪酬福利聯(lián)系起來，增強工作人員的質(zhì)量和安全意識。應(yīng)該針對每一道工序嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制度，將檢查結(jié)果報送到監(jiān)理工程師處，監(jiān)理工程師檢查合格方可安排下一道工序的施工。加強施工原材料的監(jiān)測，嚴(yán)禁質(zhì)量不合格的原材料進(jìn)入施工現(xiàn)場；試驗室需要負(fù)責(zé)確定最佳的施工材料配合比，為后續(xù)的施工提供指導(dǎo)；對項目施工中的成品以及半成品質(zhì)量進(jìn)行檢查；項目施工中應(yīng)用到的混凝土必須按照試驗室所確定的配合比進(jìn)行配置，然后才能投入正式施工使用。

5 結(jié)語

現(xiàn)連拱隧道多用于中短隧道設(shè)計，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工序多，施工難度較大。隧道襯砌出現(xiàn)裂縫，雖然有地質(zhì)原因造成，但也存在施工不當(dāng)?shù)脑?。在施工過程中應(yīng)加強質(zhì)量管理，嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行施工。