公路隧道工程軟弱圍巖施工技術(shù)

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摘要：結(jié)合某公路隧道工程概況，分析隧道軟弱圍巖常見病害，提出相應(yīng)的施工方法，并對超前小導(dǎo)管灌注施工、微臺(tái)階法、初期支護(hù)、底部仰拱、襯砌、地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)測等方面做出研究，希望能為相關(guān)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：公路隧道；軟弱圍巖；支護(hù)；襯砌

0引言

隧道施工是公路工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，具體施工方法的選擇關(guān)系到安全性、經(jīng)濟(jì)成本等眾多指標(biāo)。通常情況下，兩車道隧道的施工開挖長度為12～13m，隧道呈扁平狀，選取適宜的施工方法是施工人員需要解決的主要問題之一。由于軟弱圍巖穩(wěn)定性較差，無法承受較大的壓力，所以存在軟弱圍巖的公路隧道施工對于具體方法的要求更為嚴(yán)格。

1工程概況

某公路隧道由東向西延伸，最大填埋深度為318m，長約3169m。通過地質(zhì)勘察得知，隧道圍巖中碎屑巖成分居多，整體強(qiáng)度低，大多為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，裂隙較發(fā)育，淺層風(fēng)化程度尤為嚴(yán)重，圍巖表層存在明顯的剝落現(xiàn)象，而且少數(shù)碎石的厚度偏大，不具備完整性，隧道進(jìn)出口地形平緩，圍巖性質(zhì)較軟，隧道口邊坡容易出現(xiàn)坍塌，需對其進(jìn)行支護(hù)。隧道淺埋區(qū)比重大，隧道頂圍巖厚度小，強(qiáng)度無法滿足支撐條件，易引發(fā)坍落或冒頂?shù)痊F(xiàn)象。

2隧道軟弱圍巖常見病害

⑴隧道形變程度較為明顯，夾雜數(shù)據(jù)波動(dòng)的區(qū)域在掌子面附近20～30m的段落中，此外，在發(fā)生形變的一段時(shí)間內(nèi)，形變發(fā)展呈加快趨勢；⑵早期開挖過程中，掌子面出現(xiàn)少量滲水，一段時(shí)間或降雨后滲水情況加劇，支護(hù)結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生大范圍沉降；⑶形變區(qū)出現(xiàn)較大沉降，隨即出現(xiàn)收斂；⑷隧道拱頂或邊墻出現(xiàn)裂縫；⑸圍巖形變區(qū)域出現(xiàn)環(huán)向開裂；⑹收斂最大處上的工字鋼架出現(xiàn)扭曲變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)開裂，伴隨混凝土脫落；⑺形變時(shí)間久，據(jù)測量得知，隧道在實(shí)施襯砌施工前始終沒有處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3公路隧道軟弱圍巖的施工方法

3.1超前小導(dǎo)管灌注施工

由于公路隧道圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，形變速度快，壓力大、自穩(wěn)周期短暫，在施工時(shí)或施工后容易造成坍塌等事故。根據(jù)隧道工程的實(shí)際情況，決定使用超前小導(dǎo)管等方式對圍巖進(jìn)行灌漿加固。本工程選用長度為3m、外徑保持在42mm的導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，導(dǎo)管設(shè)置間距為0.4m，環(huán)形套管中共含有37支導(dǎo)管，每隔1.5m設(shè)置一環(huán)，縱向連接長度不得低于1m，外插角度保持在10°～15°之內(nèi)，導(dǎo)管末端直接焊接在鋼筋架上。漿液使用水泥砂漿，水泥、石灰用量相同，外摻水玻璃，摻量為5%總重。注漿孔設(shè)置完成后方可開始壓漿，漿液受壓可迅速進(jìn)入巖體，使其破碎結(jié)構(gòu)充分黏結(jié)，以形成高強(qiáng)抗?jié)B的整體結(jié)構(gòu)[1]。

3.2微臺(tái)階法

公路隧道開挖施工運(yùn)用微臺(tái)階法，整個(gè)斷面按3層進(jìn)行開挖，上層臺(tái)階的長度為4～5m，高度為4.8m。每開挖兩榀即進(jìn)尺1.0m；在對下層臺(tái)階進(jìn)行開挖時(shí)，先挖出右側(cè)雛形，兩榀為一級分級進(jìn)尺，左側(cè)稍落后，約三榀，進(jìn)尺與右側(cè)相同；仰拱開挖緊跟臺(tái)階進(jìn)行。開挖時(shí)，應(yīng)對爆破進(jìn)尺進(jìn)行準(zhǔn)確控制，將上層臺(tái)階進(jìn)尺情況作為基礎(chǔ)指標(biāo)；臺(tái)階開挖需同步推進(jìn)；控制交錯(cuò)距離，確保拱架有一只拱腳觸地，否則會(huì)引發(fā)掉拱事故。若隧道圍巖破碎情況嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)縮減進(jìn)尺，每次只能開挖出0.5m。

3.3初期支護(hù)

開挖結(jié)束后立即進(jìn)行初期支護(hù)，以免圍巖風(fēng)化釀成事故。為減少圍巖暴露時(shí)間并預(yù)防其出渣擾動(dòng)，可運(yùn)用初噴漿方法。初噴厚度通常為5cm。該隧道初期支護(hù)使用錨噴法，選用特定鋼拱架，按間距50cm分布，拱架由Ф22鋼筋串接，串接鋼筋環(huán)向距離100cm；錨桿與串接鋼筋相同，長度為3m，按梅花形布設(shè)，間距1m；鋼拱架后方設(shè)置鋼筋網(wǎng)，共兩層，由Ф8鋼筋圍編而成，網(wǎng)格20cm；共噴射C20混凝土約26cm。為方便鋼拱架安裝，可按每榀五節(jié)分節(jié)制作，其中上層臺(tái)階三節(jié)，其余各一節(jié)。由于該隧道圍巖十分軟弱，拱底承載能力無法滿足設(shè)計(jì)要求，鋼拱架在完成安裝后會(huì)立即出現(xiàn)沉降，混凝土澆筑環(huán)節(jié)耗時(shí)較長，對施工進(jìn)度造成較大影響，因此應(yīng)在拱架安裝以前提前做好砼塊。隧道多段鋼拱架為進(jìn)行落底封閉，拱腳與地面垂直，雖具有增加受力面積的作用，但水平方向上的收斂阻力較小。隧道圍巖處壓力過大，導(dǎo)致拱架出現(xiàn)明顯移動(dòng)，致使混凝土結(jié)構(gòu)開裂。在不更改腳板的前提下，可在拱架內(nèi)部設(shè)置長度為1m的小型拱架，同時(shí)配備腳板，以提高水平作用力，同時(shí)在拱腳位置加設(shè)鎖定錨桿，即可有效解決上述問題，控制收斂。隧道滲漏水情況嚴(yán)重的區(qū)域中，錨桿應(yīng)改選Ф42導(dǎo)管，運(yùn)用徑向注漿法促使圍巖形成整體，以實(shí)現(xiàn)防水效果，減少圍巖所受壓力[2]。

3.4底部仰拱

早日成環(huán)是運(yùn)用微臺(tái)階法的宗旨，及時(shí)對落底進(jìn)行封閉成環(huán)是保證早期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，避免沉降與收斂的捷徑之一。仰拱初期支護(hù)應(yīng)與開挖掌子面緊緊跟隨，單次開挖長度不宜過大，完成開挖后的路段應(yīng)立即設(shè)置鋼拱架，同時(shí)噴上混凝土完成封閉，如果開挖后的路段未得到上述處理，則在長時(shí)間的暴露情況下容易出現(xiàn)失穩(wěn)、沉降或收斂。針對不存在仰拱段的路段，仰拱應(yīng)低于下層臺(tái)階約15～20m，這樣主要是為出渣提供便利條件，滿足車輛活動(dòng)要求即可，不宜過長。仰拱施工以前，應(yīng)徹底清除拱底雜物，同時(shí)進(jìn)行排水設(shè)置，將隧道中的滲透水引排到仰拱段之外，隨后方可進(jìn)行澆筑施工[3]。

3.5襯砌

該隧道運(yùn)用復(fù)合式防水襯砌。襯砌結(jié)構(gòu)由C25防水混凝土澆筑而成，抗?jié)B等級可達(dá)S8。防水設(shè)計(jì)將排水作為核心，充分結(jié)合防水與排水，遵循結(jié)構(gòu)自身防水這一基本原則，強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)自身的防水、抗?jié)B性能，同時(shí)將伸縮縫與變形縫作為主要防范對象，通過加設(shè)防水層等方式予以輔助。一襯與二襯之間會(huì)存在一定的空隙，在此空隙中設(shè)置透水管，并在外墻側(cè)鋪設(shè)排水管。襯砌施工需要在隧道圍巖保持穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，襯砌混凝土的澆筑要點(diǎn)為：⑴各量測內(nèi)容變化情況趨于穩(wěn)定，圍巖保持平穩(wěn)；⑵已完成位移達(dá)到預(yù)期限度的90%左右；⑶襯砌周邊位移速度不超過0.10～0.20mm/d，且拱部沉降速度低于0.07～0.15mm/d，及時(shí)進(jìn)行封閉成環(huán)。

3.6地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)測

地質(zhì)預(yù)報(bào)在實(shí)際施工過程中有著十分重要的作用。它可以對地質(zhì)情況進(jìn)行十分清晰的預(yù)測，并提供必要的數(shù)據(jù)參考，施工方可以據(jù)此提出適宜的施工方案。該隧道在施工過程中利用了TSP系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)150m超前預(yù)測，具有不可替代的重要作用。施工監(jiān)測同樣具有重要作用，實(shí)際的沉降、收斂數(shù)據(jù)可以為支護(hù)參數(shù)的改善提供必要的指導(dǎo)，并對具體方案進(jìn)行檢驗(yàn)，以充分保證施工安全。

4結(jié)語

在公路隧道的軟弱圍巖中，由于其有沉降量大、形變不規(guī)律、穩(wěn)定性差等問題，使得基于軟弱圍巖展開的隧道施工難度極大，稍有不慎就會(huì)造成坍塌等事故。為此，在施工以前必須制定細(xì)致且切實(shí)可行的方案，開挖過程中需嚴(yán)格遵循“導(dǎo)管超前、規(guī)范注漿、縮短進(jìn)尺、加強(qiáng)支護(hù)、及時(shí)封閉、多次量測”等基本原則，并在施工過程中運(yùn)用與實(shí)際情況相適應(yīng)的方法，充分發(fā)揮出預(yù)報(bào)系統(tǒng)與監(jiān)測單元的主要作用，進(jìn)而從根本上保證隧道施工安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]唐穎.公路隧道軟弱圍巖施工方法的探討[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44（8）：68-71.

[3]黃波.公路隧道軟弱圍巖開挖方法研究[J].施工技術(shù)，2004，33（10）：28-30.

作者：劉海奇 單位：貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司