高速公路隧道穿越以碎塊石為主巖層安全施工技術(shù)

楊雄峰 陳立彥 敖順通

【摘要】本文將從碎石為主的巖層基本特點(diǎn)出發(fā)，分析其在隧道施工過程當(dāng)中對(duì)整體施工造成的影響，并提出相應(yīng)的施工安全保障技術(shù)，以期望在保證施工安全的基礎(chǔ)上為相應(yīng)的工程提供有效參考，促進(jìn)施工質(zhì)量的提升。

【關(guān)鍵詞】高速公路隧道;碎塊石巖層;安全施工? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.088

隧道是當(dāng)前高速公路施工中的重要組成，其質(zhì)量決定著公路的運(yùn)營質(zhì)量。在高速公路隧道的施工過程當(dāng)中，只有做好圍巖保護(hù)提升圍巖的自穩(wěn)能力才能實(shí)現(xiàn)整體施工質(zhì)量的提升。碎石巖層隧道施工難度較大，具備層狀弱面的特征，其結(jié)構(gòu)面組合不僅不利于圍巖穩(wěn)定，且容易產(chǎn)生側(cè)壁失穩(wěn)，因此在高速公路施工的過程中需要從洞口爆破開挖、錨桿施工以及混凝土噴射施工等多方面積極應(yīng)對(duì)才能夠確保施工質(zhì)量。

1、碎塊石為主巖層特點(diǎn)

根據(jù)我國目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)來看，當(dāng)前公路隧道的圍巖等級(jí)分為六級(jí)（詳見表1），不同級(jí)別的圍巖穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性完全不同，在隧道開挖后可能出現(xiàn)的塌方、滑動(dòng)、涌水、巖爆等問題也會(huì)有不同程度的凸顯。所以根據(jù)圍巖分級(jí)判斷施工措施是高速公路隧道建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)公路隧道圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以判定碎塊石為主巖層級(jí)別為III級(jí)或者IV級(jí)，該巖層屬于硬質(zhì)巖層但具備一定的軟弱結(jié)構(gòu)面分布，節(jié)理發(fā)育比較突出，而且碎石塊為主巖層內(nèi)大多數(shù)地下水活動(dòng)較為明顯，隧道施工過程會(huì)伴隨有滲水、滴水以及涌水的現(xiàn)象產(chǎn)生。對(duì)其進(jìn)行隧道施工不利于圍巖穩(wěn)定，容易發(fā)生坍塌需要加強(qiáng)支護(hù)，且爆破時(shí)容易發(fā)生過大振動(dòng)，需要注意。

2、碎塊石為主巖層施工影響

2.1洞內(nèi)塌方

洞內(nèi)塌方是隧道施工常見的事故之一，造成洞內(nèi)塌方的原因有施工設(shè)計(jì)不合理、技術(shù)工藝選擇不規(guī)范的等，但歸根結(jié)底還是需要結(jié)合地質(zhì)地形進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。地質(zhì)地形條件中造成洞內(nèi)塌方的最主要原因就是水的影響，當(dāng)隧道穿過斷層以及破碎帶是產(chǎn)生塌方的概率也較大，而碎石為主的巖層，軟弱結(jié)構(gòu)面分布性較為明顯，含水量較為突出，所以高速公路隧道穿越以碎塊石為主巖層時(shí)要注意應(yīng)對(duì)。

2.2爆破振動(dòng)

爆破是隧道開挖的主要環(huán)節(jié)，爆破過程當(dāng)中需要考慮的因素除了炸藥量、爆破方式，還需要結(jié)合地質(zhì)、現(xiàn)場條件進(jìn)行綜合判斷。爆破過程當(dāng)中產(chǎn)生震動(dòng)非常普遍，影響因素包括振動(dòng)的參數(shù)、加速度位移、振動(dòng)頻率以及持續(xù)時(shí)間。

3、高速公路隧道穿越以碎塊石為主巖層安全施工技術(shù)

3.1施工方案選擇

3.1.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是高速公路隧道施工前的必要步驟，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)通過鉆探或者現(xiàn)代物探等方式對(duì)巖土體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及地下水預(yù)應(yīng)力等分布等情況進(jìn)行勘測(cè)，從而為進(jìn)一步施工提供有效指導(dǎo)。通過對(duì)圍巖情況的掌握判斷以新奧法為設(shè)計(jì)原則，對(duì)圍巖進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使其減少自身重量、降低主拉應(yīng)力，并在施工的過程中選擇適合的開挖斷面支護(hù)方式，以達(dá)到減少事故發(fā)生概率保證施工質(zhì)量的目的。

3.1.2形成加固圈

碎石塊為主巖層高速公路隧道的施工重點(diǎn)在于提高圍巖整體的穩(wěn)定性和承受力，加固圈的形成能夠促進(jìn)設(shè)備日常維護(hù)和矯正的順利進(jìn)行，為碎石塊地層施工技術(shù)提供有效保證。通常情況下采用超前小導(dǎo)管開挖形成輪廓線，并采取水泥注漿加固的方式使其四周形成一定的強(qiáng)度以及厚度。另外，為避免對(duì)其他工程或周邊環(huán)境造成影響，隧道施工的建設(shè)過程當(dāng)中應(yīng)該沿著隧道拱部120度的范圍內(nèi)進(jìn)行輪廓線布置，并充分考慮鋼架間距以及塔接長度。

3.1.3超前小導(dǎo)管支護(hù)

碎石塊為主巖層隧道施工中的預(yù)支護(hù)十分重要，采用超前小導(dǎo)管穩(wěn)定開挖工作面能夠在注漿之后實(shí)現(xiàn)松散、軟弱巖層的穩(wěn)定，同時(shí)也能夠完成碎石以及裂隙中空氣和水分的置換。超前小導(dǎo)管施工過程主要包含測(cè)量、布線標(biāo)記管孔位、形成鉆孔作業(yè)、鋼管加工、密封處理、實(shí)施注漿等步驟，通過凝結(jié)將原有顆?；蛄严赌z結(jié)成為全新的大強(qiáng)度穩(wěn)固整體，從而改善圍巖松散破碎的狀況，并在此基礎(chǔ)之上形成穩(wěn)定的安全結(jié)構(gòu)有效減少圍巖失穩(wěn)破壞造成的坍塌率。

3.2施工技術(shù)要點(diǎn)分析

3.2.1洞口爆破開挖

碎塊石為主巖層高速公路隧道施工過程當(dāng)中勘測(cè)設(shè)計(jì)完成之后，出入口爆破是首要任務(wù)。相對(duì)而言，隧道出入口處的巖石風(fēng)化破碎更為嚴(yán)重，所以在爆破的時(shí)候需要面對(duì)復(fù)雜的力學(xué)特征，在此過程當(dāng)中必須要進(jìn)行嚴(yán)密的振動(dòng)監(jiān)測(cè)防止塌方。碎塊石為主巖層產(chǎn)生爆破震動(dòng)比較明顯，可以通過控制爆破進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，在滿足經(jīng)濟(jì)要求的基礎(chǔ)之上提升爆破質(zhì)量。一般而言，光面爆破和預(yù)裂爆破是降低爆破震動(dòng)的有效方式，能夠?qū)⒈普駝?dòng)控制在一定的數(shù)值之內(nèi)，并減少對(duì)遺留巖體的損傷。整個(gè)爆破施工的重點(diǎn)在于嚴(yán)格控制鉆孔精度、斷面測(cè)量、放線精度、控制裝藥量以及正確起爆順序的保證，同時(shí)在施工的過程當(dāng)中要做到及時(shí)檢測(cè)、及時(shí)反饋。

3.2.2錨桿施工

錨桿是隧道支護(hù)的基本組成，碎石塊為主巖層節(jié)理發(fā)育比較突出，選擇錨桿法進(jìn)行圍巖支護(hù)十分理想。在錨桿支護(hù)的過程當(dāng)中錨桿能夠穿過軟弱不穩(wěn)定巖土體使其固定在穩(wěn)定的巖土層上并提供足夠的拉力克服碎石塊巖層的自重和下滑防止側(cè)壁失穩(wěn)。同時(shí)，錨桿的適當(dāng)排列能夠形成壓縮區(qū)以及壓縮帶，通過錨桿加固松弛地層的整體承載力會(huì)有所提升。在進(jìn)行錨桿施工的過程當(dāng)中，首先需要借助鑿巖機(jī)完成鉆孔作業(yè)，在滿足施工設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上清潔錨桿孔眼，放入藥包實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)固定，最后將桿體插入孔道保證其與剛性網(wǎng)焊接為一體，并通過抽樣檢測(cè)評(píng)價(jià)抗拔能力。

3.2.3混凝土噴射施工

噴射混凝土能夠加強(qiáng)支護(hù)效果，施工過程當(dāng)中應(yīng)該注意強(qiáng)度、厚度、附著以及密實(shí)度這四個(gè)要素，以開挖斷面處理為基礎(chǔ)，注重原材料的選擇保管，避免長時(shí)間存放影響混凝土凝結(jié)。噴射前要注重原材料的檢查，確保其能夠增大混凝土與巖石的粘結(jié)力減少回彈和外滲?；炷羾娚涞倪^程當(dāng)中采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)隨拌隨用，避免長時(shí)間存放失效。根據(jù)支護(hù)要求和作業(yè)條件選擇自下而上的噴射順序，混凝土噴射施工完成之后要注重觀察和監(jiān)測(cè)，確保噴射質(zhì)量減少裂紋發(fā)生。

綜述：

綜合上述所言不難看出，高速公路隧道施工過程當(dāng)中受地質(zhì)影響較為嚴(yán)重，因此要抓住地質(zhì)巖層特點(diǎn)在施工過程當(dāng)中采取相應(yīng)的措施應(yīng)對(duì)。碎石塊為主的巖層隧道施工側(cè)壁失穩(wěn)坍塌風(fēng)險(xiǎn)較大，因此要結(jié)合工程實(shí)際抓住工程要點(diǎn)通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、形成加固圈、并采用超前小導(dǎo)管支護(hù)保證隧道穩(wěn)固。另外在施工過程當(dāng)中，洞口爆破開挖和錨桿施工以及混凝土噴射為施工要素，除了保證工藝流程嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)之外，在管理層面也應(yīng)該引起重視為整個(gè)工程質(zhì)量的提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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