軟弱圍巖隧道臨時(shí)仰拱法快速施工質(zhì)量關(guān)鍵因素控制

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南市，714000） 趙 東

（中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東濟(jì)南市,250000） 劉繼偉

隨著交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展，隧道工程在公路、鐵路等交通工程中占比越來越高，軟弱圍巖地層隧道也越來越多，由于圍巖穩(wěn)定性差導(dǎo)致工程施工難度大且威脅施工安全。針對(duì)軟弱圍巖隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)破碎、易變形等特點(diǎn)，超前小導(dǎo)管注漿配合臨時(shí)仰拱法施工因速度快、安全性高，在現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用，但是由于施工質(zhì)量精準(zhǔn)度不高，容易導(dǎo)致出現(xiàn)大變形災(zāi)害。

1 質(zhì)量問題

臨時(shí)仰拱施工鋼架的施工精度、鋼架與小導(dǎo)管施工的配合緊密程度等因素對(duì)施工質(zhì)量影響較大。經(jīng)過調(diào)查，常見問題及所占比例見表1。

表1 常見質(zhì)量問題及所占比例

按照主次因素分析法，軟弱圍巖臨時(shí)仰拱法施工質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。①軟弱圍巖采用臺(tái)階式開挖，加固用工字型鋼架按臺(tái)階逐節(jié)現(xiàn)場(chǎng)拼接，鋼架各單元之間螺栓連接，施工過程中容易因自重過大導(dǎo)致鋼架間距控制不均，出現(xiàn)局部扭曲現(xiàn)象；②隧道開挖后，在掌子面沿外輪廓逐個(gè)打眼安裝小導(dǎo)管預(yù)先注漿，施工中難以控制小導(dǎo)管的外插角，也存在小導(dǎo)管環(huán)向間距誤差；③小導(dǎo)管與鋼架外輪廓有相互抵觸和位置沖突現(xiàn)象，鋼架安裝位置受影響，影響其整體受力性能，對(duì)施工質(zhì)量和安全也有較大影響[1]。

因此施工中要提高鋼架制作和安裝的精度，位置偏差控制在5cm以內(nèi)，垂直度偏差不超過±2°，每個(gè)掘進(jìn)循環(huán)安裝3~4榀。對(duì)超前小導(dǎo)管的外插角和環(huán)向間距嚴(yán)格控制，提高其與鋼架的密貼度，提高小導(dǎo)管與鋼架共同承受荷載的效果。同時(shí)，加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握隧道變形情況，保證施工安全和質(zhì)量。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

劉家窯隧道為雙線隧道，總長(zhǎng)度1 348m，最大埋深為127m。地處黃土高原溝壑梁峁區(qū)，地表坡度20°～45°，隧道頂谷深切，多呈“V”字型，多為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土覆蓋，形成的圍巖為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖。地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，埋藏深度較深，主要由大氣降水補(bǔ)給。

2.2 施工原則

隧道采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工，針對(duì)隧道施工中遇到的黃土陷穴、濕陷性黃土、松軟土等不良地質(zhì)和特殊巖土，以TSP 探測(cè)為主，輔以超前地質(zhì)鉆機(jī)、紅外探水儀，長(zhǎng)、中、短程相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行綜合探測(cè)[2]，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)測(cè)量。對(duì)拱頂下陷、收斂測(cè)量、洞口及淺埋段布設(shè)與洞內(nèi)測(cè)量相對(duì)應(yīng)的地表下陷測(cè)線，根據(jù)已形成的地質(zhì)草圖、地表調(diào)繪、水量監(jiān)測(cè)等結(jié)果，及時(shí)調(diào)整施工安排。

2.3 施工方法

2.3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

以構(gòu)造發(fā)育區(qū)、地下水發(fā)育帶等重點(diǎn)區(qū)段為重點(diǎn)，每開挖一次，循環(huán)掃描一次，掃描間隔不超過10米。TSP 探測(cè)前后兩次重疊10m 以上，軟弱破碎地帶和地下水發(fā)育區(qū)每次預(yù)報(bào)距離80～120m，土體完整的地方可延長(zhǎng)至120～150m。根據(jù)地質(zhì)條件，每循環(huán)先探1～3 孔，鉆孔位置控制在掘進(jìn)輪廓線1.5～3m，鉆孔長(zhǎng)度30～100m，孔徑70～150mm，每循環(huán)有1個(gè)控制性鉆孔，長(zhǎng)度大于其它鉆孔5m[3]。

2.3.2 小導(dǎo)管施工

鉆孔孔徑比管徑大3～5mm，外插角5-10°，孔位及鉆孔深度偏差±50mm。小導(dǎo)管50cm 一根，每3m一環(huán)。超前小導(dǎo)管采用ф42×3.5無縫鋼管，前端加工成尖錐形，尾端焊接ф6.5mm鋼筋加勁箍，管身鉆注漿孔，孔徑6～8mm，尾部長(zhǎng)度不小于100cm，作為不鉆孔的止?jié){段。注漿孔間距15cm，梅花形布置。成孔后人工將導(dǎo)管插入鉆孔內(nèi)，鋼管尾端必須焊接于鋼拱腹部，將平面支護(hù)轉(zhuǎn)換為三維支護(hù)以增強(qiáng)支護(hù)作用。

2.3.3 隧道開挖

采用新奧法原理，做到不欠挖、少超挖，表面平整無明顯凹凸，按照“嚴(yán)控水、強(qiáng)支撐、短進(jìn)尺、勤量測(cè)”的原則組織施工[4]。開挖預(yù)留變形量Ⅳ級(jí)圍巖控制在10～15cm，Ⅴ級(jí)圍巖控制在15～20cm[5]。每個(gè)工作面每循環(huán)進(jìn)尺為1榀拱架的距離。臺(tái)階進(jìn)尺控制在3-4m，臨時(shí)仰拱采用噴射混凝土，分6 個(gè)工作面將三個(gè)臺(tái)階和仰拱部分進(jìn)行平行流水作業(yè)。

2.3.4 鋼架施工

鋼架安裝前檢查開挖斷面，處理欠挖侵空區(qū)域，在開挖的圍巖表面噴射4cm 封閉混凝土，起到隔離封閉作用，防止鋼架收到污染。在型鋼加工廠進(jìn)行鋼架制作，按設(shè)計(jì)尺寸1:1制作鋼架制作模型，在場(chǎng)地上放樣，將制作好的工字鋼架各單元在鋼架制作場(chǎng)地上預(yù)拼，合格后方可使用?，F(xiàn)場(chǎng)施工中制作簡(jiǎn)易木架將鋼架支撐，鋼架與噴射混凝土盡量密貼，如有較大間隙設(shè)置墊板處理。將鋼架與鎖腳鋼管在調(diào)整好鋼架間距和垂直度后進(jìn)行焊接，使鋼架與系統(tǒng)錨桿逐漸連成一體。

2.3.5 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)包括地表沉降監(jiān)測(cè)、水平收斂量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)三項(xiàng)內(nèi)容。地表沉降監(jiān)測(cè)為開挖面前方隧道埋深和開挖高度之和范圍內(nèi)，在隧道中心線和兩側(cè)2～5m 范圍內(nèi)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，襯砌結(jié)構(gòu)封閉、地表下沉基本停止為止。水平收斂量測(cè)采用激光斷面儀和收斂計(jì)量測(cè)，在內(nèi)軌頂面以上2.5m高度處左右兩側(cè)對(duì)稱布置量測(cè)點(diǎn)，開挖后及時(shí)設(shè)置測(cè)點(diǎn)，每個(gè)量測(cè)斷面各布置一個(gè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)和一條水平凈空收斂量測(cè)基線，在開挖12h內(nèi)進(jìn)行初讀數(shù)，拱頂下沉量測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在拱頂水平收斂測(cè)量段，在拱頂埋點(diǎn)進(jìn)行噴涂混凝土后快速進(jìn)行。

3 結(jié)語

軟弱圍巖臨時(shí)仰拱法施工中，要重點(diǎn)關(guān)注鋼架加工和拼接精度、小導(dǎo)管插入和注漿精度以及鋼架和導(dǎo)管的配合密貼性，是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。同時(shí)，加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和隧道施工的監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)圍巖情況隨時(shí)掌握和調(diào)整施工方案，確保隧道施工安全高效。