隧道軟弱破碎帶施工處治技術(shù)

摘要：文章結(jié)合軟弱破碎帶施工處治工程實(shí)例，根據(jù)隧道病害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，提出采用臨時(shí)仰拱保證支護(hù)體系穩(wěn)定的兩種處治方法，有效保證了施工過(guò)程中的安全及后期隧道運(yùn)營(yíng)期間的安全，提高了隧道的耐久性，降低了后期維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：隧道；軟弱破碎帶；臨時(shí)仰拱；樹(shù)根樁

中圖分類(lèi)號(hào)：U457+.2A230763

0引言

隨著西部交通建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路建設(shè)逐漸由平原丘陵地帶推進(jìn)至山嶺地帶。廣西山脈發(fā)達(dá)，喀斯特地貌尤為典型，且喀斯特地貌軟弱破碎地層較為常見(jiàn)，給高速公路建設(shè)帶來(lái)了很多不利的影響，很大程度上影響了施工的安全性及進(jìn)度，給項(xiàng)目的管理建設(shè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)［1］。同時(shí)山嶺地帶地層巖性差異較大，工程人員在解決不同隧道地質(zhì)問(wèn)題時(shí)各種嘗試投入很大，浪費(fèi)了大量成本［2］。本文結(jié)合賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）的工程實(shí)例，為解決類(lèi)似問(wèn)題提供參考，開(kāi)拓思路，以便降低項(xiàng)目的施工風(fēng)險(xiǎn)及成本。

1工程概況

下排二號(hào)隧道出口位于都安縣地蘇鄉(xiāng)上節(jié)村下坦隊(duì)以東600 m，隧道走向約為268°。設(shè)計(jì)隧道為分離式隧道，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為714 m。進(jìn)出口隧道路面設(shè)計(jì)高程分別約為174.728 m、169.075 m，右線最大埋深為202 m，左線最大埋深約為188 m。隧道區(qū)屬巖溶峰叢地貌，山峰陡峻，地形起伏較大，山體連綿起伏。擬建隧道穿越多座山體，谷地和山地高程約160～403 m，相對(duì)高差約為236 m。隧道洞身埋深較大，最大埋深約202 m。施工圖資料顯示，在ZK373+060～ZK373+200路段左側(cè)表現(xiàn)為巖溶密集發(fā)育區(qū)。

2隧道病害情況

下排二號(hào)隧道左洞ZK373+090～ZK373+069段按原設(shè)計(jì)S5-B襯砌類(lèi)型施工。S5-B襯砌支護(hù)參數(shù)如下：I18工字鋼，鋼架為75 cm間距；42 mm×4 mm超前小導(dǎo)管，縱向間距為3.0 m；25 mm中空錨桿，S=120（環(huán)）×75（縱向），L=350 cm；鋼筋網(wǎng)為20 cm×20 cm；噴射混凝土厚度為24 cm；二襯、仰拱厚度為45 cm。在開(kāi)挖施工過(guò)程監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)正常，無(wú)顯著變化。

ZK373+083～ZK373+069段掌子面揭露圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r+黑色土層。掘進(jìn)過(guò)程中，黑色土層從掌子面右側(cè)往左側(cè)進(jìn)一步擴(kuò)大，開(kāi)挖到ZK373+069掌子面時(shí)，整個(gè)掌子面全部為黑色土層夾局部黃土層。黑色土層干燥，未擾動(dòng)時(shí)土質(zhì)堅(jiān)硬密實(shí)，擾動(dòng)后土層松散，無(wú)黏力，局部夾有大塊石頭，直徑50～150 cm不等。

ZK373+069～ZK373+058段掌子面揭露圍巖全為黑色土層+黃色土層。黑色土層干燥，未擾動(dòng)時(shí)土質(zhì)堅(jiān)硬密實(shí)，擾動(dòng)后土層松散，無(wú)黏力，施工過(guò)程拱頂易出現(xiàn)小塌方；局部夾有石頭，直徑10～60 cm不等。施工至ZK373+058掌子面，發(fā)現(xiàn)ZK373+090～ZK373+070段初期支護(hù)拱頂局部出現(xiàn)噴射混凝土剝落，初支局部開(kāi)裂情況，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)停止掌子面施工，撤離作業(yè)人員，做好安全警戒。停工期間加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)觀測(cè)，期間ZK373+090～ZK373+058段初期支護(hù)快速下沉和收斂，出現(xiàn)環(huán)向開(kāi)裂、噴射混凝土剝落、扭曲變形等現(xiàn)象。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，初支沉降變形量平均為5～10 mm/d，初支處于急劇變形階段，導(dǎo)致初期支護(hù)侵入二襯范圍。

3隧道病害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)隧道洞內(nèi)及周邊的水文地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，對(duì)隧道仰拱、側(cè)墻、掌子面等采用多功能地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆探后確定了地質(zhì)調(diào)查資料，繪制了該隧道破碎帶的范圍（見(jiàn)圖1），明確了周邊水力聯(lián)系及組成等基本情況［3］。

（1）該隧道軟弱破碎帶的范圍約為ZK372+090～ZK373+058（YK373+065～YK373+038），縱向長(zhǎng)度左線約為32 m，右線為27 m。

（2）通過(guò)洞內(nèi)外觀察，該隧道穿越獨(dú)峰，施工期間洞內(nèi)較干燥，洞內(nèi)外無(wú)水力聯(lián)系及補(bǔ)給關(guān)系。

（3）多功能鉆機(jī)的鉆探結(jié)果顯示，以上路段隧底均處于軟弱破碎地層，軟弱層深度及寬度無(wú)法探明。右線掌子面往掘進(jìn)方向10 m處顯示為完整基巖，左線未能探明（見(jiàn)圖2）。

（4）隧道右線山頂YK373+062～YK373+028段發(fā)現(xiàn)一個(gè)塌陷性溶洞，同時(shí)溶洞原地面有整體下沉的痕跡。

4制定處治方案

4.1軟弱破碎帶初期支護(hù)病害處治方案

由于地質(zhì)復(fù)雜，組織多方討論確定了下排二號(hào)隧道左洞出口初期支護(hù)病害處治方案，具體如下：

（1）加快仰拱及二襯施工進(jìn)度，保證仰拱封閉成環(huán)，縮短仰拱及二襯與掌子面之間的步距［4］。

（2）立即對(duì)ZK373+090～ZK373+058段上臺(tái)階進(jìn)行反壓回填；對(duì)變形侵限段增設(shè)I 18工鋼復(fù)拱及臨時(shí)仰拱，組成閉合環(huán)，鋼架間距1.0 m；上臺(tái)階中間施工80 cm寬、50 cm高，C25混凝土條形基礎(chǔ)，上臺(tái)階每一榀護(hù)拱施工2根 I 18斜向鋼支撐。

（3）臨時(shí)穩(wěn)定措施施工完成且監(jiān)控量測(cè)顯示變形穩(wěn)定后，對(duì)初期支護(hù)背后存在空洞位置泵送C20混凝土回填密實(shí)［5］。

（4）采用42 mm×4 mm雙層小導(dǎo)管對(duì)侵限段進(jìn)行預(yù)加固處理，縱向間距為1.0 m，小導(dǎo)管內(nèi)注砂漿填塞滿(mǎn)。

（5）預(yù)支護(hù)完成后，對(duì)ZK373+090～ZK373+058段進(jìn)行逐榀換拱。該段采用S5-P襯砌類(lèi)型進(jìn)行支護(hù)，預(yù)留變形量根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，防止二次侵限。

（6）上、中、下臺(tái)階拱腳各采用2根108 mm鎖腳鋼管加強(qiáng)支護(hù)，斜向下45°打設(shè)，單根鎖腳鋼管長(zhǎng)度暫定為18 m，長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，要求深入基巖3.0 m。

（7）下臺(tái)階開(kāi)挖后應(yīng)對(duì)基底進(jìn)行探孔，如揭露為基底充填溶洞，應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)揭露的溶洞形態(tài)及工程地質(zhì)等情況及時(shí)采用鋼管樁等方案進(jìn)行基底處理。

（8）病害處治期間加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)［6］，如有異常情況立即撤離相關(guān)人員，并及時(shí)反饋給相關(guān)責(zé)任人，具體工程量以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際收方量為準(zhǔn)。

其中S5-P襯砌支護(hù)參數(shù)如下： I 20工字鋼，鋼架為50 cm間距；42 mm×4 mm超前小導(dǎo)管，縱向間距2.50 m；25 mm中空錨桿，S=120（環(huán)）×50（縱向），L=400 cm；鋼筋網(wǎng)為20 cm×20 cm；噴射混凝土厚度為26 cm；二襯、仰拱厚度為50 cm。

4.2軟弱破碎帶地基處置方案

隧道洞內(nèi)采用復(fù)合型地基進(jìn)行加固處理：仰拱底部采用樹(shù)根樁（干鉆）+碎石墊臺(tái)，雙層超前小導(dǎo)管（6 m）注砂漿預(yù)加固、初支采用22b+16b工字鋼加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)留變形量為30 cm。上臺(tái)階每循環(huán)設(shè)置2根5 m長(zhǎng)、50 mm鎖腳鋼管，中臺(tái)階每循環(huán)設(shè)置2根10 m長(zhǎng)、50 mm鎖腳鋼管，拱腳每循環(huán)設(shè)置2根15 m長(zhǎng)、108 mm×6 mm鎖腳鋼管［7］。二襯鋼筋由雙層調(diào)整為四層，間距由20 cm調(diào)整為10 cm，混凝土強(qiáng)度調(diào)整由C30調(diào)整為C40，襯砌厚度調(diào)整為70 cm（見(jiàn)圖3）。

5處治效果

隧道軟弱破碎帶圍巖應(yīng)力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)十分不穩(wěn)定，極大影響作業(yè)人員的安全及施工進(jìn)度。

施工過(guò)程中通過(guò)采用臨時(shí)仰拱，讓破碎巖層形成臨時(shí)的閉環(huán)，形成徑向自穩(wěn)受力體系，破碎圍巖與臨時(shí)仰拱形成抱箍效應(yīng)，穩(wěn)定性良好，在施工過(guò)程中保障了作業(yè)人員的安全［8］。

考慮隧道長(zhǎng)久的運(yùn)營(yíng)期，軟弱破碎帶基礎(chǔ)的處治至關(guān)重要，通過(guò)采用復(fù)合型地基進(jìn)行加固處理，大量的樹(shù)根樁穿越了軟弱破碎地層，將隧道基底應(yīng)力分散至地層更深更穩(wěn)固的位置［9］，為隧道支護(hù)體系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本文處治隧道軟弱破碎帶仰拱基礎(chǔ)及施工過(guò)程中采用臨時(shí)仰拱保證支護(hù)體系穩(wěn)定兩種方法［10］，雖然成本增加，但有效保證了施工過(guò)程中的安全及后期隧道運(yùn)營(yíng)期間的安全，通過(guò)本方法處治提高了隧道的耐久性，避免了后期大修花費(fèi)更大的成本，值得推廣應(yīng)用。

6結(jié)語(yǔ)

隧道施工具有作業(yè)循環(huán)性、連續(xù)性強(qiáng)，綜合性較強(qiáng)，隱蔽性大、作業(yè)空間有限，施工環(huán)境惡劣，風(fēng)險(xiǎn)性大等特點(diǎn)，施工始終與工程地質(zhì)和水文地質(zhì)有關(guān)，施工大部分不受氣候影響，全過(guò)程施工均是動(dòng)態(tài)的。

為保證隧道施工順利推進(jìn)，應(yīng)做到如下幾點(diǎn)：

（1）充分地熟悉設(shè)計(jì)圖紙，尤其是地質(zhì)勘查資料、水文地質(zhì)報(bào)告，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)交底過(guò)程中指出的重點(diǎn)及注意事項(xiàng)做詳細(xì)的分析及交底，并明確要求及目標(biāo)，這是施工的基礎(chǔ)保障。施工前期，進(jìn)一步熟悉隧道周邊的地質(zhì)環(huán)境、水力聯(lián)系及水系補(bǔ)給（進(jìn)、出），范圍盡可能地?cái)U(kuò)大，把影響隧道施工的各個(gè)因素都調(diào)查清楚，補(bǔ)充完善設(shè)計(jì)的缺陷及不足。

（2）合理安排各工序之間的節(jié)奏，保證開(kāi)挖到二襯施工的各個(gè)工序之間形成良性循環(huán)。嚴(yán)格把控各循環(huán)之間設(shè)備、人員、材料的合理調(diào)配及安排，以掌子面開(kāi)挖及支護(hù)為主控因素。動(dòng)態(tài)控制各施工環(huán)節(jié)，過(guò)程中對(duì)掌子面圍巖的變化情況保持高度的敏感性，動(dòng)態(tài)調(diào)整開(kāi)挖方法、優(yōu)化超前形式、調(diào)整支護(hù)方案，確保從開(kāi)挖到支護(hù)的一次成型效果滿(mǎn)足實(shí)際情況。

（3）嚴(yán)格控制支護(hù)閉合時(shí)間，臺(tái)階法以短臺(tái)階開(kāi)挖為最佳，圍巖越差，閉合時(shí)間要求越短，則臺(tái)階必須縮短，在保證開(kāi)挖跨度安全的前提下，仰拱封閉成環(huán)越快越好。支護(hù)閉合時(shí)間加快，圍巖穩(wěn)定性增加，整體施工安全及質(zhì)量得到保證。加快處治方案的制定及實(shí)施，在遇上復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)，要盡可能地縮短方案的制定時(shí)間，確保圍巖的暴露時(shí)間降到最短，方能充分地利用圍巖自身的穩(wěn)定性，為施工處治的提供安全的環(huán)境，避免次生災(zāi)害的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，繪制隧道處治過(guò)程中各工序剖面圖，實(shí)時(shí)對(duì)整體情況進(jìn)行把控，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的處治按照方案落實(shí)。

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作者簡(jiǎn)介：陳活（1988—），工程師，主要從事道路橋梁施工技術(shù)工作。