弱圍巖淺埋偏壓四車(chē)道公路隧道安全施工技術(shù)分析

滕志平

（中交二公局鐵路建設(shè)有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

四車(chē)道公路隧道跨度較寬，開(kāi)挖斷面較大，遇到軟弱圍巖、淺埋偏壓時(shí)施工風(fēng)險(xiǎn)較高。軟弱圍巖力學(xué)效應(yīng)復(fù)雜，關(guān)系到整個(gè)工程作業(yè)的安全。施工安全是工程建設(shè)中大事，我國(guó)政府歷來(lái)重視生產(chǎn)安全、人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，對(duì)于軟弱圍巖淺埋偏壓四車(chē)道公路隧道安全施工問(wèn)題，工程建設(shè)各方都會(huì)放在工程管理的首位。本文結(jié)合案例工程，對(duì)弱圍巖淺埋偏壓四車(chē)道公路隧道安全施工技術(shù)進(jìn)行分析，為工程建設(shè)各方提供參考。

1 工程概況

一四車(chē)道公路隧道項(xiàng)目（K105+212~K110+935）總里程5.723km，設(shè)計(jì)速度80km/h，設(shè)計(jì)行車(chē)視距110m，一般最小半徑1020m，豎曲線(xiàn)最小半徑為700m，豎曲線(xiàn)最小長(zhǎng)度為30m，最大縱坡3.5%，最小坡長(zhǎng)438m。工程變速車(chē)道寬度為3.5m，選擇直接式減速+并行式加速行駛，長(zhǎng)度分別為110m、180m，變速車(chē)道外側(cè)硬路肩與主線(xiàn)方向相同。工程隧道工程量為4969m/2 座，占項(xiàng)目線(xiàn)路長(zhǎng)度87%，隧道挖方量為147.7m，具體見(jiàn)表1 所示。由表1 可知，項(xiàng)目特長(zhǎng)隧道（超出3000m）為2 座，具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、隧道比例高、投資規(guī)模大、建設(shè)難度大、棄渣方量大的特點(diǎn)，特別是②隧道，存在較大下穿漏斗區(qū)風(fēng)險(xiǎn)。工程計(jì)劃建設(shè)期為35.5 個(gè)月，工期控制壓力較大，工程要求作業(yè)期間無(wú)一般及以上生產(chǎn)安全責(zé)任事故，無(wú)一般及以上職業(yè)病危害責(zé)任事故，無(wú)一般及以上突發(fā)環(huán)境事件，風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別率100%，風(fēng)險(xiǎn)源預(yù)案覆蓋率100%，隱患整改率達(dá)100%，安全教育培訓(xùn)覆蓋率達(dá)100%。

表1 四車(chē)道公路隧道項(xiàng)目工程量

工程所在地為“兩山夾一溝攜一漏斗形式”，地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜，沿線(xiàn)地形起伏劇烈、巖溶發(fā)育、溝壑縱橫、山高坡陡。①隧道穿越煤層、巖溶區(qū)；②隧道穿越富水區(qū)，地下水為松散巖類(lèi)孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙溶洞水、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水。工程所在地為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年最高溫17.3℃，最低溫15.8℃，多年平均降水量1057.2~1078.7mm，常年平均相對(duì)濕度為81%。

2 隧道安全施工方案

2.1 標(biāo)段①特長(zhǎng)隧道施工方案

標(biāo)段①特長(zhǎng)隧道施工全長(zhǎng)2883m，出口段左洞達(dá)2890m，右洞長(zhǎng)2876m，作業(yè)任務(wù)艱巨，是四車(chē)道公路隧道安全施工控制關(guān)鍵目標(biāo)。因洞身穿越灰?guī)r富水地段、瓦斯地段等不良地質(zhì)段，加之隧道洞口位于山體坡面中間位置，與山頂旅游路、溝底距離分別達(dá)70m、50m，進(jìn)洞難度較高[1]。同時(shí)隧道洞口位于2 道沖溝之間，其中一側(cè)對(duì)應(yīng)薄層滑坡體（水流沖刷碎石土），自穩(wěn)實(shí)現(xiàn)難度大，極易隨隧道開(kāi)挖口而偏壓；隧道頂部為狹窄旅游路，原地貌被嚴(yán)重破壞，開(kāi)挖邊坡裸露陡峭，危石掉落、滑坡、塌方等風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率較高。為確保作業(yè)安全，依據(jù)最不利條件開(kāi)展技術(shù)方案設(shè)計(jì)籌劃，提前安排資源，全程落實(shí)早預(yù)防、早封閉、勤觀測(cè)的原則，消除安全隱患，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。特別是對(duì)于灰?guī)r富水地段，綜合應(yīng)用超前水平鉆、紅外線(xiàn)探水、地質(zhì)雷達(dá)等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方式，適時(shí)開(kāi)展鉆孔引排、注漿等操作。同時(shí)持續(xù)修筑施工便道至隧道左洞口，待左洞進(jìn)洞后經(jīng)橫通道進(jìn)入隧道右洞，期間加強(qiáng)隧道頂部危巖、兩側(cè)沖溝處理，確保操作安全。

2.2 標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道施工方案

標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)2086m，左線(xiàn)長(zhǎng)2082m，右線(xiàn)長(zhǎng)2090m，洞身圍巖為IV、V 級(jí)軟弱圍巖，洞身穿越較軟巖頁(yè)巖，自穩(wěn)能力不佳且存在局部滲水、坍塌、掉塊風(fēng)險(xiǎn)。標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道穿越灰?guī)r富水層底部，周邊巖溶水系、巖山暗河發(fā)達(dá)，暗河出水量較大。隧道進(jìn)口K110+300~800 段地表為碗狀漏斗形盆地，地表匯水量較大，加之穿越車(chē)盤(pán)向斜及接龍場(chǎng)正斷層，突水、涌水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步提高。而在標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道上方K110+820 右側(cè)192m 位置存在溶洞暗河，作業(yè)過(guò)程中暗河減小或中斷風(fēng)險(xiǎn)較大[2]。因此，技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)最不利條件開(kāi)展技術(shù)指導(dǎo)，縝密籌劃，剔鑿做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，在貫徹落實(shí)早預(yù)防、勤觀測(cè)、早封閉方針的基礎(chǔ)上，根據(jù)車(chē)盤(pán)向斜軸段地質(zhì)勘測(cè)資料，開(kāi)展超前支護(hù)、超前預(yù)注漿，并控制進(jìn)口段極小凈距隧道處理參數(shù)，最大限度減少開(kāi)挖進(jìn)尺與炸藥用量，確保作業(yè)過(guò)程安全。

3 安全施工技術(shù)控制要點(diǎn)

3.1 修建便道

根據(jù)四車(chē)道公路隧道工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合項(xiàng)目結(jié)構(gòu)物分布山大、坡陡、溝深的特點(diǎn)，貫徹經(jīng)濟(jì)性、安全性、實(shí)用性、便于維護(hù)的原則，進(jìn)行便道修建，路面為20cm 水泥穩(wěn)定碎石+5cm 瀝青混凝土路面，設(shè)計(jì)時(shí)速20km/h，設(shè)計(jì)縱坡<10%（困難地段極限<12%），連續(xù)縱坡<400m，為沿線(xiàn)材料運(yùn)輸以及開(kāi)挖運(yùn)渣作業(yè)開(kāi)展提供依據(jù)[3]。工程主便道借用旅游路改擴(kuò)建（如圖1 所示），其中一個(gè)支便道為426.3m 新建便道+地方道路（含錯(cuò)車(chē)道，如圖2 所示）。旅游路到標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道及棄土場(chǎng)支便道總長(zhǎng)1326.3m；另外一個(gè)支便道為695.7m 新建便道+480m 地方道路，總長(zhǎng)1175.7m，剩余便道形式分別為600m 借用地方道路、580m 借用地方道路，總長(zhǎng)分別為600m、580m。圖2 中，支便道錯(cuò)車(chē)道路面寬度為6.5m，長(zhǎng)度超出30m。

圖1 改擴(kuò)建便道斷面結(jié)構(gòu)

圖2 支便道錯(cuò)車(chē)道布置

3.2 隧道開(kāi)挖與支護(hù)

3.2.1 標(biāo)段①特長(zhǎng)隧道施作

鑒于標(biāo)段①特長(zhǎng)隧道地形特殊、洞口距離溝底高差大，避開(kāi)雨季，以隧道左洞進(jìn)洞為主要模式。

第一步：開(kāi)展左洞明暗交界（ZK108+112）施工，前期施作坡面防護(hù)、排水天溝，借助超前大管棚注漿加固進(jìn)洞。

第二步：進(jìn)洞80m 后，將一車(chē)型橫通道增設(shè)到ZK108+032 位置，準(zhǔn)備穿越右洞。期間借助通道、主洞棄渣進(jìn)行右洞洞口場(chǎng)地分層填筑擴(kuò)寬，并施作管棚、偏壓墻、洞口抗滑樁以及邊坡仰坡防護(hù)[4]。管棚為預(yù)制鋼支撐（已設(shè)計(jì)加工成型），中間設(shè)縱向連接筋，在管棚安裝時(shí)，技術(shù)人員可以先將其放置在牢固基礎(chǔ)，再沿著垂直隧道中線(xiàn)調(diào)整，必要時(shí)設(shè)置混凝土墊塊縮小管棚、圍巖間隙。調(diào)整完畢后，借助噴射機(jī)（含噴頭速凝劑）濕噴操作，自下而上、自左而右填平管棚、偏壓墻、邊坡仰拱，期間旋轉(zhuǎn)半徑為15cm，每次蛇形長(zhǎng)度為3.5m±0.5m。

第三步：由右洞K108+032 位置橫通道面向大里程組織掘進(jìn)貫通，掘進(jìn)方式為臺(tái)階法（如圖3所示），臺(tái)階長(zhǎng)10~15m，上半斷面超前15~20m。進(jìn)而左洞、右洞向小里程方向正常掘進(jìn)。

圖3 隧道臺(tái)階開(kāi)挖示意圖

3.2.2 標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道施作

根據(jù)標(biāo)段②特長(zhǎng)隧道進(jìn)口整體地形條件佳的特點(diǎn)，選擇右洞滯后左洞30m的開(kāi)挖方式。

第一步：在開(kāi)挖進(jìn)洞前，施作洞頂截水溝，配合多級(jí)泵站移動(dòng)式潛水泵接力排水，阻斷地表水滲入開(kāi)挖面渠道，保證明洞邊坡、成洞面穩(wěn)定。

第二步：開(kāi)挖方式為環(huán)形開(kāi)孔預(yù)留核心土法，在開(kāi)挖期間進(jìn)行邊坡防護(hù)。二次襯砌緊跟開(kāi)挖面，初期支護(hù)落底后進(jìn)行仰拱回填以及二次襯砌（滯后開(kāi)挖面20~30m），直到成洞面周邊，并預(yù)留核心土體。在仰拱操作前，清除底部虛渣、積水，借助防水砂漿找平表面，并沖洗濕潤(rùn)[5]。濕潤(rùn)后，借助整體弧形模板，由仰拱中心向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)澆筑前期配置混凝土，并密實(shí)搗固仰拱與邊墻銜接位置，指導(dǎo)仰拱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)70%；二次襯砌緊跟初期支護(hù)，借助自行式全液壓整體模板襯砌臺(tái)車(chē)，由兩側(cè)拱腳至拱頂對(duì)稱(chēng)連續(xù)澆筑混凝土至拱頂，密實(shí)填充拱頂全部空間后養(yǎng)護(hù)7d及以上。

第三步：根據(jù)洞口地質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)展洞口長(zhǎng)管棚施工，施工后開(kāi)挖核心土體進(jìn)洞，配合明洞襯砌及時(shí)回填洞口，反壓明洞開(kāi)挖后方、仰坡高度超15m位置。

4 安全施工效果量測(cè)分析

在四車(chē)道公路隧道施工期間，以圍巖內(nèi)部位移、圍巖壓力、支護(hù)及襯砌內(nèi)力為監(jiān)測(cè)對(duì)象，每個(gè)斷面設(shè)置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，相鄰斷面間隔10m，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)預(yù)埋位移計(jì)、全站儀反射片、壓力盒（振弦式土壓力），統(tǒng)計(jì)各測(cè)點(diǎn)的量測(cè)結(jié)果[6]，并按下式進(jìn)行計(jì)算分析：

式中：P——土壓力，MPa；

K——儀器標(biāo)定系數(shù)，MPa/Hz2；

fi——荷載頻率；

f0——初始頻率。

根據(jù)（1）式計(jì)算的監(jiān)測(cè)結(jié)果（平均值）見(jiàn)表2所示。

由表2可知，②隧道圍巖內(nèi)部位移偏大，但從總體來(lái)看，圍巖內(nèi)部位移均處于安全范圍內(nèi)，表明工程安全作業(yè)目標(biāo)順利達(dá)成，對(duì)隧道圍巖擾動(dòng)較小。在支護(hù)及襯砌施工7d內(nèi)，圍巖壓力較大，支護(hù)及襯砌內(nèi)力處于不穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)，而在支護(hù)及襯砌完成后，二次襯砌混凝土逐步硬化，促使隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力重新分布，圍巖壓力穩(wěn)定在0.35~0.70MPa，支護(hù)及襯砌內(nèi)力穩(wěn)定在-20.5MPa 內(nèi)，表明襯砌效果良好，可以為四車(chē)道公路隧道施工安全提供保障。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在有序推進(jìn)洞口工程、正洞開(kāi)挖及支護(hù)、正洞襯砌（仰拱+二次襯砌）、附屬工程施工等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，縝密觀察、勘測(cè)四車(chē)道公路隧道周邊軟弱圍巖淺埋偏壓情況，在進(jìn)入灰?guī)r富水段時(shí)采取鉆孔引排與預(yù)注漿襯砌支護(hù)操作，有效地降低了突水、涌水、危石掉落、滑坡、塌方等風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，確保了該項(xiàng)目公路隧道施工過(guò)程的安全。