面向復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道工程施工技術(shù)研究

摘要：根據(jù)某隧道工程位于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境之中的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種面向復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道施工技術(shù)，并按照該施工技術(shù)從錨桿超前預(yù)支護(hù)、隧道土方開(kāi)挖、全斷面襯砌施工等方面組織開(kāi)展該隧道工程施工。通過(guò)對(duì)該隧道拱頂下沉量和及地表下沉量等兩項(xiàng)施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明，該隧道工程施工質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范和隧道設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的面向復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道施工技術(shù)，有效保證了該隧道施工質(zhì)量，取得了良好施工效果。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境；隧道施工；超前預(yù)支護(hù)；土方環(huán)形開(kāi)挖

0" "引言

在一些特殊地區(qū)，由于受到山體阻擋，使道路工程無(wú)法向前開(kāi)展。如果繞過(guò)山體修建公路，則需要提高公路工程成本，而開(kāi)挖隧道則可以解決這一問(wèn)題。隧道是對(duì)地下空間資源開(kāi)發(fā)與利用的一種重要手段，其施工過(guò)程中若遇到特殊的地質(zhì)條件，很可能造成隧道圍巖變形、土方坍塌以及沉降等問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)施工安全事故。若遭遇巖溶地質(zhì)，則容易引起突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及人身安全。某些隧道工程由于存在著地域性斷裂，從而嚴(yán)重制約了工程的建設(shè)進(jìn)程，加之工程的規(guī)模較大，對(duì)于大斷裂的危險(xiǎn)性很難進(jìn)行有效的評(píng)估，從而加大了隧道施工難度。

在施工過(guò)程中，土體中膨脹巖普遍存在著含水量高、體積變化大、內(nèi)應(yīng)力高等問(wèn)題，膨脹巖結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，嚴(yán)重威脅隧道施工的安全?；诖?，需要在各種地質(zhì)條件下，尋找有針對(duì)性的施工方案，以確保隧道的建設(shè)質(zhì)量和施工過(guò)程中的人員安全。復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的隧道工程，難以把控施工質(zhì)量，拱頂下沉以及地表沉降比較嚴(yán)重，為此需要對(duì)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1" "工程概況

某隧道工程全長(zhǎng)為2156.26m，隧道高度為8.69m，隧道凈高為5.62m。隧道所在地段是規(guī)模較大的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域。經(jīng)地質(zhì)勘察可知，該地段土層自上而下的結(jié)構(gòu)如下：地表覆蓋層厚為50cm以?xún)?nèi)的雜填土，且多被擠壓至下層土縫隙中，未能單獨(dú)分層；雜填土下部為粉質(zhì)黏土，該層工程力學(xué)性質(zhì)一般，具有中等偏高的壓縮性，天然孔隙比為0.897，壓縮系數(shù)為0.32MPa，層頂高程為1.10～3.67m，層厚為0.40～6.20m，全線分布；粉質(zhì)黏土下部夾雜著沉積型巖石，圍巖節(jié)理和裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性較差；地下水比較豐富。由于該隧道工程的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、給隧道工程施工帶來(lái)很大難度。

2" "面向復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1" "錨桿超前預(yù)支護(hù)

2.1.1" "超前預(yù)支護(hù)的必要性

由于該隧道工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，為了保證隧道施工的質(zhì)量與安全，需在隧道開(kāi)挖之前采用錨桿支護(hù)方法進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)。錨桿超前預(yù)支護(hù)示意如圖1所示。

由圖1可知，首先沿著隧道外圍輪廓線，設(shè)定錨桿位置，并使錨桿具有一定的外插角。其次在挖掘面前端鉆孔、插入錨桿并灌注混凝土形成圍巖錨固圈，對(duì)隧道圍巖進(jìn)行預(yù)支護(hù)。最后在圍巖錨固圈的保護(hù)下進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工[1]。根據(jù)隧道圍巖的地質(zhì)條件、隧道開(kāi)挖進(jìn)尺以及隧道施工斷面的大小，即可確定超前錨桿的長(zhǎng)度、外插角以及環(huán)向間距。

2.1.2" "超前錨桿的設(shè)置

通常情況下，超前錨桿的長(zhǎng)度在3.45～5.45m之間，可以根據(jù)實(shí)際情況增加錨桿長(zhǎng)度。超前錨桿采用早強(qiáng)砂漿全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿，錨桿直徑為30～40mm的螺紋鋼。超前錨桿與隧道軸線外插角范圍在5～10°之間。在隧道拱頂上方每環(huán)布設(shè)40～50根超前錨桿，橫向每1.5m為一環(huán)，縱向每 2.5m為一環(huán)[2]。

2.1.3" 超前錨桿施工方法

使用錨桿鉆機(jī)在錨桿布設(shè)位置鉆孔，鉆孔深度根據(jù)施工需要確定，鉆孔直徑為90～100mm。根據(jù)外插角控制鉆孔傾斜參數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)鉆孔存在誤差，可以通過(guò)提桿的方式對(duì)外插角進(jìn)行調(diào)整[3]。在鉆好的孔內(nèi)插入制作好的螺紋鋼，并灌入早強(qiáng)砂漿，砂漿凝結(jié)后即可形成錨桿。錨桿的尾端使用鋼筋網(wǎng)焊接的方式與其他錨桿連接，以避免在后續(xù)隧道開(kāi)挖施工中出現(xiàn)撐子面滑塌現(xiàn)象。

2.2" "隧道土方開(kāi)挖

2.2.1" "土方開(kāi)挖方法

超前預(yù)支護(hù)施工完成后，待錨桿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工。雖然采取超前預(yù)支護(hù)措施，但考慮到施工地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，為了進(jìn)一步保證施工安全，避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)坍塌等事故，采用環(huán)形開(kāi)挖與預(yù)留核心土相結(jié)合的方法開(kāi)展隧道開(kāi)挖施工。隧道環(huán)形開(kāi)挖與預(yù)留核心土示意如圖2所示。

由圖2可知，隧道環(huán)形拱頂為第一開(kāi)挖部分，其次是核心土，最后是隧道下半部土體。由人工配合挖掘機(jī)對(duì)隧道環(huán)形拱頂導(dǎo)坑進(jìn)行開(kāi)挖，并在環(huán)形土體開(kāi)挖完成后設(shè)置臨時(shí)支護(hù)[4]。核心土的作用是穩(wěn)固掌子面與拱部圍巖，減少拱部圍巖開(kāi)挖工作量，同時(shí)也可以起到早期支護(hù)的作用[5]。在環(huán)形拱部開(kāi)挖并保留核心土?xí)r，需要注意控制核心土的長(zhǎng)度與寬度等參數(shù)。隧道環(huán)形開(kāi)挖核心土的高度、長(zhǎng)度以及寬度等參數(shù)，要根據(jù)實(shí)際情況確定。

2.2.2" "核心土預(yù)留方法

通常情況下考慮到便于后續(xù)人工作業(yè)，應(yīng)根據(jù)人工作業(yè)高度確定核心土預(yù)留高度，其高度取值范圍在2.55～2.85m之間。對(duì)于工程規(guī)模比較大的隧道，可以將預(yù)留核心土的高度設(shè)為3m以上，但是不能超過(guò)3.5m。

預(yù)留核心土長(zhǎng)度為人工工作面長(zhǎng)度的1/3左右，最大長(zhǎng)度不能超過(guò)人工工作面長(zhǎng)度的2/3，最小長(zhǎng)度不能低于人工工作面長(zhǎng)度為1/4。核心土形狀為梯形，上窄下寬，上部寬度范圍在3.5～4.6m之間。預(yù)留核心土的邊坡坡度不能過(guò)大，為了確保隧道開(kāi)挖過(guò)程中核心土的穩(wěn)定性，將其坡度控制在1：0.45～1：0.65[6]。

當(dāng)核心土體有滑移面或破碎時(shí)，可以對(duì)土體進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)和噴射混凝土進(jìn)行封閉，以保證施工安全。在超前預(yù)支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)的保護(hù)下，對(duì)隧道核心土進(jìn)行開(kāi)挖，隨后使用挖掘機(jī)開(kāi)挖隧道下半部土體。在整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)泥巖特性控制挖掘進(jìn)尺量，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下每次進(jìn)尺均不能超過(guò)2.3m。

2.3" "全斷面襯砌施工

2.3.1" "混凝土襯砌施工順序

當(dāng)隧道已經(jīng)成形、初期支護(hù)已經(jīng)穩(wěn)固、襯砌鋼筋結(jié)構(gòu)已經(jīng)布設(shè)之后，開(kāi)始進(jìn)行襯砌施工。襯砌施工采取自下而上的施工順序，即先仰拱、再拱墻、后拱頂。如果隧道較長(zhǎng)，可將隧道分成若干個(gè)小的施工段，并以15m作為單個(gè)施工段長(zhǎng)度。

2.3.2" "混凝土灌注

該隧道襯砌為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用拼裝式拱架襯砌模板進(jìn)行施工?？紤]到復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道襯砌容易發(fā)生開(kāi)裂、滲水等現(xiàn)象，為了增加隧道襯砌的強(qiáng)度及防水性能，采用抗?jié)B等級(jí)不低于8級(jí)的防水混凝土[7-8]。

在襯砌施工過(guò)程中，按照防水混凝土配合比使用混凝土攪拌機(jī)拌制防水混凝土。在隧道拱頂兩側(cè)各鉆取3～4個(gè)注漿孔，注漿孔間距不宜過(guò)小，應(yīng)控制在2.85m左右。待混凝土完成拌制后，將其從注漿孔灌注到襯砌模板內(nèi)并實(shí)施振搗。

2.3.3" "混凝土養(yǎng)護(hù)和施工縫處理

當(dāng)灌注的混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，將襯砌模板撤下，對(duì)混凝土襯砌進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7～14d。養(yǎng)護(hù)的目的是增強(qiáng)隧道襯砌強(qiáng)度，保證隧道的穩(wěn)定性和承載能力。最后對(duì)分段襯砌施工留下的伸縮縫以及施工縫進(jìn)行密封處理，使隧道襯砌形成一個(gè)整體，以此完成面向復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道施工。

3" "施工質(zhì)量檢驗(yàn)

3.1" "第一項(xiàng)檢驗(yàn)

3.1.1" "檢驗(yàn)方法

該隧道工程按照上述施工技術(shù)完成襯砌施工后，進(jìn)行施工質(zhì)量檢驗(yàn)。根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3660—2020）關(guān)于“隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目”的規(guī)定，選擇拱頂下沉作為該隧道工程施工質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)該《規(guī)范》可知，設(shè)計(jì)要求隧道拱頂預(yù)留下沉量為50.65mm，實(shí)測(cè)下沉量不得超過(guò)50.65mm，否則視為施工質(zhì)量不合格。在拱頂處布設(shè)傳感器，每隔10d讀取一次拱頂下沉數(shù)據(jù)并進(jìn)行詳細(xì)記錄。

3.1.2" nbsp;檢驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

按照上述檢驗(yàn)方法對(duì)該隧道的施工質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出的隧道拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，該隧道襯砌施工后，其拱頂下沉量雖然隨著時(shí)間的增加而逐漸增大，但是當(dāng)達(dá)到60d時(shí)隧道拱頂下沉量基本穩(wěn)定在6.26mm。在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)，其隧道拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)符合《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3660—2020）的規(guī)定和隧道設(shè)計(jì)要求，證明該隧道工程施工質(zhì)量不存在問(wèn)題。

3.2" "第二項(xiàng)檢驗(yàn)

3.2.1" "檢驗(yàn)方法

為進(jìn)一步驗(yàn)證該隧道施工質(zhì)量，根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3660—2020）關(guān)于“隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目”的規(guī)定，第二次檢驗(yàn)選擇地表下沉作為該隧道工程施工質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

根據(jù)該《規(guī)范》，設(shè)計(jì)要求隧道地表允許下沉量為30.45mm，實(shí)測(cè)下沉量不得超過(guò)30.45mm，否則視為施工質(zhì)量不合格。在隧道中心線左、右兩側(cè)的地表上各布設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，在隧道中心線上布設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，使用測(cè)量?jī)x對(duì)測(cè)點(diǎn)下沉量進(jìn)行量測(cè)和詳細(xì)記錄。

3.2.2" "檢驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

按照上述檢驗(yàn)方法對(duì)該隧道施工地表下沉量進(jìn)行了檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出的隧道地表下沉量測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，該隧道襯砌完成施工后，地表最大下沉量?jī)H為5.26mm，符合《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3660—2020）的有關(guān)規(guī)定和隧道設(shè)計(jì)要求，證明該隧道工程的施工質(zhì)量不存在問(wèn)題。

通過(guò)以上對(duì)隧道施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，說(shuō)明該隧道工程施工質(zhì)量良好，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)說(shuō)明本文所述隧道施工技術(shù)能夠有效保證施工質(zhì)量，具有良好的可行性與可靠性。

4" "結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合工程案例，考慮到復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的施工需求，設(shè)計(jì)了符合工程案例需要的隧道施工技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該隧道施工技術(shù)有效降低了隧道拱頂下沉量以及隧道地表下沉量，獲得了良好的施工質(zhì)量，為復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道工程施工提供了技術(shù)支撐，為隧道施工技術(shù)的研究提供了參考依據(jù)，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

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