六盤山隧道軟弱圍巖快速施工工藝

劉勝鎖

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西西安 710065)

0 引言

軟弱隧道的施工方法，常規方法為CRD法施工，存在以下缺點:1)限制了大型施工機械的使用，降低了工效;2)臨時施工支護多，投入大，不經濟;3)施工中相互干擾大。

在六盤山隧道施工中，采用三臺階、強初護、勤量測、早封閉，狠抓施工工序循環時間的施工方法。在該隧道采用此法成功地解決了隧道軟弱圍巖施工投資大、工期長等難題，確保了工程質量和工期。

1 工程概況

青島至蘭州公路(寧夏境)東山坡至毛家溝段高速公路位于寧夏回族自治區境內，是國家高速公路網規劃中18條橫線的第6條——青島至蘭州高速公路在寧夏境內的重要路段，也是構筑國家高速公路網的重要環節和組成部分，同時也是甘肅省公路主骨架鳳翔路至巉口高速公路穿越寧夏境的共線段，全長170.9 km。

六盤山特長隧道設計為分離式隧道，左右線間隔31 m～48 m，屬超長隧道。右線隧道K6+230～K15+710，長9 480 m;左線隧道ZK6+270～ZK15+760，長9 490 m。

六盤山特長隧道，圍巖為亞粘土、碎石土、粉砂質泥巖。隧址區內出露地層為白堊系、第三系，并由覆蓋于基巖之上的第四系堆積層組成，節理裂隙發育，巖體較破碎，呈鑲嵌碎裂結構，局部巖體較完整，呈中薄層狀構造，地下水出水狀態為滴滲水，隧道巖體工程地質條件較差，隧道進口洞口邊坡穩定性較差。

2 工程特點

隧道地質條件差，水量比較大，進口位于F2斷裂帶影響帶上，全隧道全部為Ⅳ級和Ⅴ級圍巖，隧道工期、安全是本項目的最大難點。

本地冬季時間長，每年10月份開始下雪，冬季施工困難多，效率低，成本高。

3 施工方案及技術要求

為了加快施工進度，做到安全、穩妥的施工軟弱圍巖，我們加強了初期支護，通過超前小導管、錨噴、架立鋼架來控制圍巖變形。其施工基本原則是“少擾動、早支護、勤量測、緊封閉”。嚴格按照內控標準施工，確保每個施工工序的時間，采用三臺階七步即上臺階、中臺階、下臺階。由于軟弱圍巖在初期開挖時變形比較大，增加預留變形量，拆換時開挖增加斷面面積，斷面比較大，凈空較寬，采用無軌運輸，以加快施工進度，但同時應加強通風排煙措施。

3.1 開挖

開挖是隧道施工的龍頭，只有快速掘進才能使隧道其他工序快速施工。開挖采用三臺階七步開挖法施工，洞身是強風化粉砂質泥巖，中厚層狀構造，節理裂隙較發育，巖體呈裂隙塊狀結構，采用爆破法開挖。

優點為:三臺階開挖法適應不同跨度和多種斷面形式，初期支護工序操作便捷。在臺階法開挖的基礎上，預留核心土，左右錯開開挖，利于開挖工作面穩定。當變形較大或突變時，在保證安全和滿足凈空斷面的前提下，可盡快調整閉合時間。

三臺階七步開挖法可分為以下主要步驟:

1)上部弧形導坑環向開挖，施作拱部初期支護。

2)中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護。

3)中心預留核心土開挖，隧底開挖，施作隧底初期支護。

每步開挖后均應及時支護，隧底初期支護后應及時施作仰拱，盡早封閉成環。

三臺階七步開挖法的施工工藝流程見圖1，開挖步驟圖見圖2，開挖透視圖見圖3。

3.2 初期支護

3.2.1 超前支護

超前支護采用φ42超前小導管并注漿作超前支護。它是防止塌方最有效的措施之一，對噴混凝土完畢期間的臨時支護起關鍵性的作用，可以防止圍巖層層剝落，對開挖弧形的圓順也起到關鍵性的作用。小導管一般先在拱部120°范圍內開挖輪廓線以外0.3 m處φ50鉆頭打眼，沖擊插入φ42鋼管，仰角約為3°～5°。注漿時應從拱腳向拱頂對稱一次壓入，水泥漿濃度應先干后稀，水灰比約為1∶0.6～1∶1，注漿前先噴混凝土封閉工作面，以防漿液流出。

圖1 三臺階七步開挖法施工流程

圖2 開挖步驟圖（單位：m）

3.2.2 型鋼鋼架

隧道開挖后，采用Ⅰ20a型鋼鋼架，每榀0.7 m支護，每榀型鋼鋼架分成7節，其中上臺階3節、中臺階2節、下臺階2節，型鋼接頭采用鋼板、螺栓聯結方式。由于分塊多，各分塊在圍巖應力影響下，均要產生變形和位移。為使分塊之間的聯結位置準確，我們根據現場量測數據和類比分析，確定了鋼架的加工、架立尺寸，預留變形量。這樣，解決了鋼架因受力而接不上，因下沉或位移而造成侵限的矛盾。按施工順序開挖成型后，按設計及時架立該部型鋼支撐，型鋼軸線應與豎直重合。可采用φ42小導管對鋼架定位，型鋼之間采用縱向連接筋相連，確保型鋼穩定。在型鋼鋼架架立好后，進行系統錨桿的施作，錨桿施作，應越快越好，以控制開挖后圍巖變形。

圖3 開挖透視圖（單位：m）

3.2.3 噴射混凝土

噴射混凝土封閉快、增強快，是支護的重要組成部分。可以說，軟弱圍巖段能否依靠初期支護長時間承受圍巖壓力，噴射混凝土的質量至關重要。在噴射混凝土內部具有均勻和高度的不透水性，并在表面上不產生收縮裂紋，具有較高的抗拉強度，能在短時間內提高強度，以適應支護圍巖和滲水的需要，使易風化的巖石不與空氣接觸，提高其表面磨損的抵抗能力。

3.3 人員和機械配置

在軟弱圍巖隧道開挖過程中，由于支護時間長短決定圍巖穩定的控制情況，因此圍巖開挖后暴露時間越短，變形越小，支護越穩定，安全性越高。在隧道施工中，各個工序施工時間和人力機械配置如表1所示。

表1 隧道施工各工序時間和人力機械配置表

4 結語

本文只對六盤山隧道軟弱圍巖施工很小的一方面進行分析論述，因工序較多，各工序必須密切配合，狠抓施工工序時間，加快施工進度，確保在規定時間內完成各個工序，嚴格控制初期支護質量，預留適當變形量，按要求量測指導施工。六盤山隧道采用此種方法后施工進度明顯加快，投資成本明顯減少，成功保證了工期和效益的雙豐收。