復(fù)雜軟弱圍巖隧道進(jìn)洞施工技術(shù)研究

王楊波

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400037）

隧道施工具有復(fù)雜性和高風(fēng)險(xiǎn)性，尤其是在遇到復(fù)雜軟弱圍巖時(shí)，如何確定進(jìn)洞方案尤為關(guān)鍵。另外，隧道洞口的山體巖層通常較為軟弱，因而在洞口段施工時(shí)務(wù)必做好相應(yīng)的加固措施，并科學(xué)確定進(jìn)洞的開(kāi)挖方式。但往往復(fù)雜軟弱圍巖隧道的進(jìn)洞施工和管棚施工均有較大的難度，比如，管棚的支護(hù)能力是必須重點(diǎn)考量的問(wèn)題，務(wù)必確保管棚可以承受來(lái)自隧道頂部的垂直土壓力。鑒于復(fù)雜軟弱圍巖隧道進(jìn)洞施工較為復(fù)雜，因而對(duì)復(fù)雜軟弱圍巖隧道進(jìn)洞施工技術(shù)做全面深入的分析探討十分必要。

1 項(xiàng)目概況

某隧道工程項(xiàng)目左線長(zhǎng)度為5433m，右線長(zhǎng)度為5378m，隧道設(shè)計(jì)行車速度為85km/h，最大埋深達(dá)到450m。隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的巖體較為破碎，穩(wěn)定性較差，且地表水發(fā)育不完全，土體較為松軟，有坍塌的危險(xiǎn)性。經(jīng)過(guò)實(shí)地勘測(cè)后決定，隧道的左線采用三區(qū)段斜豎井送排式分段縱向通風(fēng)，左線的斜井水平距達(dá)到789m，縱坡達(dá)到13.77%；右線采取二區(qū)段斜豎井送排式分段縱向通風(fēng)，左線的斜井水平距達(dá)到749m，縱坡達(dá)到14.27%。為有效確保隧道施工的高效進(jìn)行，決定運(yùn)用超前大管棚技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)洞施工。

2 進(jìn)洞方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在進(jìn)洞方案設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格遵循“零開(kāi)挖”和“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，避免對(duì)隧道周圍山體現(xiàn)有的地質(zhì)地形特點(diǎn)產(chǎn)生破壞，洞口邊仰坡采用明挖法進(jìn)行施工，分層進(jìn)行開(kāi)挖，并在開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)支護(hù)，以此充分確保邊坡的穩(wěn)定性。另外，在管棚支護(hù)方案的基礎(chǔ)上還采用了大管棚(鋼管帷幕)強(qiáng)支護(hù)施工防護(hù)方案，進(jìn)洞大管棚套拱設(shè)置到穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用儀器對(duì)套拱間距和角度進(jìn)行測(cè)定。鉆機(jī)采用地質(zhì)鉆機(jī)，待鉆孔施工完成后，立即安裝管棚，在管棚注漿過(guò)程中，嚴(yán)格控制注漿壓力。為了確保管棚鉆機(jī)鉆孔位置的準(zhǔn)確性，提升洞口支撐能力，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)論證決定加大型鋼混凝土導(dǎo)向墻的截面積和長(zhǎng)度，管棚導(dǎo)向墻的長(zhǎng)度設(shè)定為3m，拱角增加直徑為1.8m 的型鋼混凝土樁，以此作為施工基礎(chǔ)。初步論證發(fā)現(xiàn)，借助鋼筋混凝土的支撐作用，導(dǎo)向墻的穩(wěn)固性得到了增強(qiáng)，且洞口端部的圍巖抗壓能力也得到了增強(qiáng)，進(jìn)洞安全性更高。

3 管棚施工要點(diǎn)

管棚施工是隧道進(jìn)洞施工的重要內(nèi)容，其施工會(huì)直接影響或決定隧道整體施工質(zhì)量，尤其是鉆孔和注漿兩方面的施工更加重要?？偟膩?lái)說(shuō)，管棚的施工要點(diǎn)包括以下：

（1）鉆孔施工：鉆孔是管棚施工的關(guān)鍵工序之一，本項(xiàng)目在施工過(guò)程中給予了充分的重視。實(shí)地勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，隧道左線進(jìn)口的管棚施工現(xiàn)場(chǎng)有較多的堆積物，而且進(jìn)口處還存在較為嚴(yán)重的淺埋，試驗(yàn)鉆孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有坍孔的現(xiàn)象，這對(duì)此次施工極為不利。更重要的是，施工過(guò)程中套管跟進(jìn)勢(shì)必會(huì)增大碎石與套管之間的摩擦力，鉆進(jìn)的負(fù)荷扭矩自然會(huì)加大，極易導(dǎo)致斷管現(xiàn)象，且施工難度較大。經(jīng)過(guò)技術(shù)團(tuán)隊(duì)和施工團(tuán)隊(duì)分析論述后，決定采用二次鉆孔和二次打孔。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)強(qiáng)風(fēng)化巖體1m 部位時(shí)，立即抽出鉆機(jī)，由施工人員立即進(jìn)行二次鉆孔，發(fā)現(xiàn)水泥漿的固結(jié)作用幫助孔壁形成了一層牢固的保護(hù)層，鉆孔施工更易于開(kāi)展。除此之外，還對(duì)所使用的鉆機(jī)性能做了改造，將礦用電鉆的麻花鉆桿和潛孔鉆的沖擊鑿巖鉆頭有效的連接起來(lái)，實(shí)際鉆孔時(shí)確保石屑和孔內(nèi)土均可以存在于孔外，同時(shí)，開(kāi)展鉆孔和清孔工作，不僅鉆孔速度得到了提升，而且有效預(yù)防了孔塌陷情況的發(fā)生，成孔率提升。

（2）頂管施工：待成孔后立即進(jìn)行頂管，本次施工選用鉆機(jī)頂管，鋼絲用絲扣牢固連接。鋼管安裝完畢后，采用棉紗有效填充鉆孔與鋼管之間的空隙，待封堵完成后，確保留有進(jìn)料孔和出氣孔。

（3）注漿施工：注漿施工是管棚施工過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的施工環(huán)節(jié)，在管棚安裝就位后，立即進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保安裝牢固后即開(kāi)始灌漿施工。本項(xiàng)目灌漿壓力控制為1MPa，確保氣孔流漿后停止壓漿。而后由施工人員用硬鐵錘敲擊鋼管，發(fā)現(xiàn)響聲低啞，表明漿液已經(jīng)充分填滿鋼管。施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隧道右線出口存在堆積土石層，實(shí)際灌漿施工的注漿固結(jié)效果受到一定的約束，經(jīng)過(guò)研究決定在大管棚施工前，由施工人員先對(duì)其地表范圍進(jìn)行灌漿，選用PVC 管實(shí)現(xiàn)注漿目的，實(shí)踐應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，管棚的支護(hù)效果得到了一定程度的提升，表明大管棚在復(fù)雜軟弱圍巖隧道進(jìn)洞施工中效果顯著，可以實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)目的。

4 進(jìn)洞施工工藝要點(diǎn)

4.1 洞身開(kāi)挖技術(shù)

本次洞身開(kāi)挖所選用的施工技術(shù)包括全斷面法、中隔壁法和正臺(tái)階法。在爆破施工中本項(xiàng)目采取預(yù)裂爆破，具體的爆破作業(yè)均嚴(yán)格按照開(kāi)挖斷面、開(kāi)挖方法及地質(zhì)條件確定。為了有效實(shí)現(xiàn)爆破效果，嚴(yán)格控制周邊爆破眼的間距和裝藥量，周邊眼的間距控制為40cm，裝藥采用隔式裝藥有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞。

4.2 支護(hù)施工技術(shù)

隧道施工初期的的混凝土噴射均采用濕噴工藝，所選用的全自動(dòng)噴漿機(jī)械手具有操作方便和噴漿速度快的顯著特點(diǎn)，而且安全系數(shù)也較高。施工時(shí)噴射嚴(yán)格按照自下而上的順序進(jìn)行，且分段長(zhǎng)度控制為6m 以內(nèi)，噴射時(shí)先將低洼部位噴平，噴嘴和受噴面的間距控制為0.6 ～1.2m，待噴射混凝土終凝時(shí)間達(dá)到2h 后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并保證養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 天。如圖1，鋼拱架支護(hù)施工。

圖1 隧洞內(nèi)上臺(tái)階施工鋼拱架支護(hù)

在砂漿錨桿作業(yè)時(shí)，施工人員嚴(yán)格遵循先注漿后安裝錨桿的施工順序。此次施工選用單管注漿工藝，待注漿管與孔底的距離在50 ～100mm 處時(shí)開(kāi)始注漿，開(kāi)始注漿后，反復(fù)將注漿管向孔底傳送，以此確?？變?nèi)多余的水分可以擠壓出孔外。灌漿壓力控制在0.4MPa 內(nèi)，本項(xiàng)目所有的錨桿均安裝墊板，確保墊板可以與噴射混凝土緊緊相貼。隧道的鋼架支護(hù)也是重要的施工內(nèi)容，鑒于本項(xiàng)目所處的施工環(huán)境較為不利，因而本次鋼架支護(hù)選用格柵鋼架支護(hù)方式，在施工現(xiàn)場(chǎng)所設(shè)計(jì)的工裝臺(tái)上進(jìn)行加工，根據(jù)斷面的鋼架主筋輪廓合理設(shè)置鋼筋彎曲模型，鋼架焊接工作在胎膜內(nèi)進(jìn)行，可以很大程度上控制變形，待質(zhì)檢人員確定鋼架焊接質(zhì)量過(guò)關(guān)后，即開(kāi)展施工。

4.3 仰拱與鋪底施工

因?yàn)槭艿剿幍刭|(zhì)地形的原因，本項(xiàng)目在隧道內(nèi)預(yù)先設(shè)置了仰拱，并安排施工人員及時(shí)施工，以此確保支護(hù)結(jié)構(gòu)可以盡早閉合。仰拱與鋪底施工與開(kāi)挖面的距離均控制在30m，仰拱施工過(guò)程中搭設(shè)棧橋，保證洞內(nèi)施工交通通暢。在鋪底施工時(shí)，先組織施工人員對(duì)隧道底部的廢碴、淤泥進(jìn)行清理，一些超挖的部分則采用同等級(jí)混凝土進(jìn)行二次回填。

4.4 隧道防排水措施

本項(xiàng)目因?yàn)楸旧淼刭|(zhì)地形條件不佳，地表水發(fā)育不完全，土體較為松軟，因而隧道防排水便成為施工重點(diǎn)需要考慮的問(wèn)題。本項(xiàng)目秉承“防、排、截、堵相結(jié)合”的原則，實(shí)現(xiàn)了防水目的。具體的施工內(nèi)容包括排水盲管施工、防水板施工和止水帶施工。

（1）排水盲管施工：借助鉆孔定位排水管，將定位孔的間距控制在30 ～50cm，將膨脹錨栓打入定位孔，將固定釘設(shè)置在盲管兩端。而后采用無(wú)紡布緊緊包住盲管，用扎絲綁扎后用卡子卡住盲管，最后，固定到膨脹螺栓上。

（2）防水板施工：防水板正式施工前組織施工做好基面處理，對(duì)于超挖段采用掛網(wǎng)補(bǔ)噴，確保表面平順，對(duì)于表面出現(xiàn)滲水的部分采用注漿堵水設(shè)盲管引排，所選用的分離式防水板鋪設(shè)嚴(yán)格按照自下而上的順序進(jìn)行。

（3）止水帶施工：本項(xiàng)目所選用的止水帶為中埋式止水帶，保證止水帶埋設(shè)位置準(zhǔn)確，中間的空心圓環(huán)與施工縫的中心線精準(zhǔn)重合。具體施工時(shí)，將已經(jīng)制作完成的鋼筋卡由待灌混凝土側(cè)向另一側(cè)穿過(guò)擋頭模板，確保內(nèi)側(cè)可以卡進(jìn)止水帶的一半，將另外一半止水帶緊緊固定在擋頭板之上，混凝土澆筑施工完成后，再由施工人員拆除。

4.5 管棚帷幕施工

本次管棚帷幕施工選用水平鉆機(jī)進(jìn)行，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的外插角度先進(jìn)行鉆孔施工，而后將鋼管插入到孔內(nèi)，對(duì)于需要接長(zhǎng)的鋼管采用內(nèi)插接頭套完成，并進(jìn)行焊接處理。按照鋼管長(zhǎng)度和直徑來(lái)確定預(yù)留孔，確保每根鋼管安裝到后，立即灌注水泥砂漿，對(duì)鋼管的端口進(jìn)行風(fēng)口包壓。此過(guò)程中需要注意的一點(diǎn)內(nèi)容是，確保鋼管長(zhǎng)度大于導(dǎo)向墻，數(shù)值控制為100mm，并將鋼管和導(dǎo)向墻緊緊錨固，在錨固方式上，目前最常用的包括端部焊接和孔內(nèi)注漿兩種，均可以取得較好的瞄固效果。

5 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜軟弱圍巖隧道進(jìn)洞施工會(huì)面臨較大的施工難點(diǎn)，加強(qiáng)洞口的防護(hù)十分重要，為有效確保洞口的安全性，應(yīng)盡早完成明洞和二襯鋼筋緩凝土澆筑這兩方面的施工內(nèi)容，并重點(diǎn)強(qiáng)化施工管理，繼而確保洞的安全，保證開(kāi)挖施工的安全性。