火山灰?guī)r隧道施工方法研究

張彥飛

（山西省公路局，山西 太原 030006）

火山灰?guī)r隧道施工方法研究

張彥飛

（山西省公路局，山西 太原 030006）

鑒于國內(nèi)目前還沒有火山灰?guī)r隧道施工方面的標(biāo)準(zhǔn)，本文以火山灰隧道施工實例為研究對象，提出了火山灰?guī)r隧道的具體施工操作步驟，有效加快了施工進度，提高了經(jīng)濟效益，并為業(yè)內(nèi)提供了有效的借鑒。

火山灰?guī)r；隧道；施工方法；研究

東福窯隧道雙洞長2.2km，隧道單洞凈空橫斷面積88.93m2。其所在段落巖性屬火山灰?guī)r，是火山噴出地表下落地表的火山灰堆積固結(jié)成巖的產(chǎn)物，主要以中酸性為主，大部分出露于晚侏羅系。顏色以黑色為主，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。具有復(fù)雜的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)力強度比較低。國內(nèi)外在設(shè)計和施工火山灰?guī)r隧道過程中，在初期支護，甚至二次襯砌都不同程度上出現(xiàn)了大的變形，有的久治不育。針對東福窯隧道火山灰?guī)r特性，為規(guī)避傳統(tǒng)施工方法的局限性，以加快隧道施工進度、保證隧道施工安全、提高施工質(zhì)量為目的，提出了火山灰?guī)r上下臺階仰拱緊跟的施工工藝流程、施工步驟、控制要點，突出火山灰?guī)r隧道施工的技術(shù)特點。

一、施工工藝流程及操作要點

1.施工步驟

由原設(shè)計的全斷面法施工優(yōu)化為臺階法施工，上臺階高度5.5m,下臺階高度2.1m。在DIN4150標(biāo)準(zhǔn)下鉆爆開挖或炮機開挖：

（1）上臺階施工

①開挖前在隧道拱部施作超前錨桿預(yù)支護；②開挖，循環(huán)進尺a=1～1.5m；③清危、出碴；④掌子面及開挖面初噴5～7cm混凝土，掌子面是否需要玻璃纖維錨桿加固，根據(jù)實際地質(zhì)情況現(xiàn)場確定；⑤鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)，安裝格柵鋼架，施作系統(tǒng)錨桿；⑥噴射第二層混凝土，厚20cm；⑦鋪設(shè)第二層鋼筋網(wǎng)，噴射第三層混凝土及終噴3cm砼至設(shè)計厚度（該工序可滯后掌子面35m）。

（2）下臺階施工

下臺階施工與上臺階同步，臺階長度不大于5m。①開挖，循環(huán)進尺2a=2～3m；②清危、出碴；③開挖面初噴5～7cm混凝土；④鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)、安裝格柵鋼架、施作系統(tǒng)錨桿；⑤噴射第二層混凝土，厚20cm；⑥鋪設(shè)第二層鋼筋網(wǎng)，噴射第三層混凝土及終噴3cm砼至設(shè)計厚度（該工序可滯后掌子面30m）。

（3）仰拱施工

仰拱開挖面距離上臺階掌子面不大于20m。①開挖，循環(huán)進尺不大于5m；②出碴，清除虛碴及雜物；③開挖面初噴5～7cm混凝土；④鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)，噴射第二層混凝土，厚20cm；⑤鋪設(shè)第二層鋼筋網(wǎng)，噴射第三層混凝土至設(shè)計厚度；⑥洞碴回填至設(shè)計路面下80cm高度。

2.關(guān)鍵部位工藝控制

⑴上臺階開挖后開挖面及掌子面等處噴混凝土是必要的，避免巖石因暴露時間過長或巖石自身穩(wěn)定性差等原因造成局部掉塊、坍塌。

⑵噴射混凝土及砂漿錨桿施工質(zhì)量控制是質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序，特別是砂漿錨桿在使用前須進行錨桿適應(yīng)性試驗。

⑶掌子面停工或施作仰拱時，在掌子面施作玻璃纖維錨桿是必要的。

⑷施作仰拱時，嚴(yán)格控制循環(huán)進尺，盡量縮短循環(huán)時間，盡早閉合。

3.超前地質(zhì)預(yù)報

隧道工程地質(zhì)復(fù)雜多變，現(xiàn)場成立專業(yè)的超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報小組，并納入工序管理。提前掌握開挖地層的特性，確定合理的支護參數(shù)和施工方法，制定切實可行的施工預(yù)案，確保施工安全。在設(shè)計地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場采用全斷面地質(zhì)素描、超前探孔及TSP203地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)等手段。

⑴TSP203地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)物探

利用TSP203地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料確定隧道前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置及特性。

⑵超前探孔

超前探孔是對TSP203地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)成果的確認(rèn)和補充。超前探孔能夠最直接地揭示掌子面前方的地質(zhì)特征，準(zhǔn)確率較高。

利用XY-2PC地質(zhì)鉆機在上臺階中間部分向前上方進行30m超前取芯地質(zhì)鉆探，每20m一次。取芯鉆頭部分要求帶雙芯筒，芯樣直徑大于146mm，連續(xù)自動記錄鉆進速度與軸向壓力，通過綜合試驗數(shù)據(jù)判斷前方地質(zhì)情況。

⑶地質(zhì)素描分析

地質(zhì)素描是驗證、分析和修訂各設(shè)計階段的地質(zhì)勘測資料的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著為工程施工和竣工后長期運行提供必要的地質(zhì)資料。對開挖揭示的地質(zhì)現(xiàn)象作詳細(xì)的記錄，對不良地質(zhì)及變形控制作出及時預(yù)測，從而采取相應(yīng)措施。

4.監(jiān)控量測

⑴隧道周邊收斂及拱頂沉降

隧道開挖初噴混凝土后，立即在其周邊及拱頂每10m預(yù)埋一組反光片 (反光片基座要求伸入圍巖20cm)，作為隧道周邊收斂及拱頂沉降的監(jiān)測點。利用全站儀獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過隧道圍巖變形分析系統(tǒng)軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和處理，指導(dǎo)施工。

⑵混凝土應(yīng)力監(jiān)測

在洞身噴射混凝土中預(yù)埋HGLJ-40型混凝土應(yīng)力計，通過監(jiān)測混凝土應(yīng)力計的應(yīng)力變化來反應(yīng)支護體系受力的情況，綜合分析支護體系的可靠性，為調(diào)整支護參數(shù)提供可靠的參考數(shù)據(jù)，確保施工安全。

⑶錨桿應(yīng)力監(jiān)測

該監(jiān)測項目適用于柔性支護體系中的柔性錨桿。通過在柔性錨桿與受力墊板間安裝MGH-300型錨桿測力計，測出錨桿的拉力變化情況來判斷圍巖及支護體系的受力情況。

⑷多點巖石變位計監(jiān)測圍巖變形

利用JB-4120型多點巖石變位計監(jiān)測深層圍巖沿鉆孔軸線的變形情況,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，更有效地獲取深層圍巖變形特性，從而指導(dǎo)設(shè)計和施工。

二、效益分析及研究意義

1.效益分析

火山灰?guī)r公路隧道施工采用上下臺階仰拱跟進法開挖，施工空間大，可以引入大型施工機具多作業(yè)面平行作業(yè)，工效高。采用本施工方法后，施工進度由30～32m/月提升至60m～65m/月，施工進度明顯加快，工期保障性強；而且施工無臨時支護結(jié)構(gòu)，與CD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（停車帶大跨度段）相比，平均每延米節(jié)約6500元的臨時支護成本。東福窯隧道的火山灰?guī)r段共約500米，目前正在施工階段，預(yù)計能節(jié)約成本325萬元，而且采用本施工方法無需投入特殊設(shè)備，施工質(zhì)量即可滿足結(jié)構(gòu)要求，操作便捷，推廣性強。

2.研究意義

山西大同境內(nèi)多處存在死火山，不少公路所經(jīng)之地都存在火山灰?guī)r層，而火山灰?guī)r單軸抗壓強度比較低，局部地段存在擠壓變形嚴(yán)重。火山灰?guī)r段對施工方法及施工工藝要求嚴(yán)格，火山灰?guī)r段的監(jiān)控量測方法、數(shù)據(jù)處理、對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)還沒有可以直接借鑒。火山灰?guī)r段的隧道施工進度將控制和影響總工期，論文提出的施工方法能有效加快施工進度，提高經(jīng)濟效益，并保質(zhì)保量地完成火山灰?guī)r隧道施工任務(wù)，為業(yè)內(nèi)提供了有益的借鑒。

［1］蘭州鐵道學(xué)院.隧道工程［M］.北京：人民鐵道出版社，1977.

［2］關(guān)寶樹.隧道力學(xué)概論［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，1985.

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1673-0046（2010）12-0181-02