高速公路膨脹性泥巖隧道施工技術(shù)研究

李 首 峰

(山西運城路橋有限責(zé)任公司，山西 運城 044000)

高速公路膨脹性泥巖隧道施工技術(shù)研究

李 首 峰

(山西運城路橋有限責(zé)任公司，山西 運城 044000)

針對膨脹性泥巖吸水膨脹、失水干縮、易擾動性和流變等特性，提出了高速公路膨脹性泥巖隧道施工的基本原則，并對膨脹性泥巖隧道施工方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，以保證高速公路隧道施工的質(zhì)量。

高速公路，膨脹性泥巖，隧道，特性

我國幅員遼闊，山地面積較大，占總面積的2/3，膨脹性巖土有著廣泛的分布，基本上在每個區(qū)域都有著一定的分布。膨脹性巖土具有易受擾動、變形量大、地應(yīng)力高和吸水膨脹等特點，因此極容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，對于高速公路隧道施工造成巨大的阻礙。因此，必須結(jié)合膨脹性泥巖的特點，對于施工技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)，從而保證高速公路隧道施工的安全與質(zhì)量，為人們提供更加安全高效的服務(wù)。

1 膨脹性泥巖的特性

1.1 吸水膨脹

泥質(zhì)的膨脹性圍巖，其膨脹程度主要是由巖石中的蒙脫石礦物的實際含量來決定的，其含量越高，膨脹程度越大，含量越低，膨脹程度就越小。

1.2 失水干縮

巖石的含水量發(fā)生變化，膨脹性泥巖就會發(fā)生形狀變化。在隧道開挖后，膨脹性泥巖就會逐漸的失水干燥，從而造成開裂干縮，一旦再次遇水，就會發(fā)生膨脹崩解。失水干燥程度越大，其遇水后的膨脹量就會越大。

1.3 易擾動性和流變特性

易擾動性和流變特性基本表現(xiàn)為巖石的松弛性和蠕變性，在泥巖中，基本成分是蒙脫石，其含量達(dá)到了92.8%，具有膨脹性特點，遇水后容易發(fā)生軟化現(xiàn)象，天然容重基本上2.4 g/cm3，滑帶處的摩擦角為6°。圍巖極容易受到隧道施工擾動、施工振動以及卸載松動的影響，其抗外界擾動能力很低。

2 施工基本原則

1)強(qiáng)化超前及徑向注漿，從而提高巖層中的支撐力，使得圍巖的強(qiáng)度得到增強(qiáng)，降低有害位移，并且降低圍巖的壓力。

2)在隧道開挖后，要盡快對圍巖進(jìn)行封閉，從而使得圍巖的吸水膨脹減少，防止崩塌。

3)對于初期支護(hù)，要進(jìn)行一定程度的加強(qiáng)，降低圍巖變形，從而防止因變形過大引起的坍塌現(xiàn)象發(fā)生。

4)可以根據(jù)工程的實際情況，設(shè)置一定的柔性變形層，使得圍巖的變形量控制在一定范圍內(nèi)。

5)進(jìn)行襯砌工作的時候，應(yīng)該運用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，保證襯砌具備有效的承載能力。

6)在施工的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)用水管理，對于施工廢水以及隧道滲水，要進(jìn)行及時的抽排。

3 膨脹性泥巖隧道施工方法

3.1 超前支護(hù)

在對膨脹性泥巖進(jìn)行開挖后，圍巖的應(yīng)力會得到釋放，從而增大其變形量，容易引起塌方事故，并且由于圍巖破碎，很難成孔，如果單獨使用小導(dǎo)管注漿的方法，難以得到理想的效果。因此，在工程中可以使用長12 m的R51自進(jìn)式錨桿，以及長6 m的φ42小導(dǎo)管進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，這樣能夠得到良好的效果。

在進(jìn)行超前支護(hù)的時候，應(yīng)該沿著開挖設(shè)計的輪廓線進(jìn)行布置，間隔布置小導(dǎo)管和自進(jìn)式錨桿，其環(huán)向間距應(yīng)該設(shè)定為0.8 m。通過普通的鑿巖鉆機(jī)對小導(dǎo)管進(jìn)行鉆孔打設(shè)，使用專用的鑿巖鉆車來進(jìn)行自進(jìn)式錨桿打設(shè)。在對小導(dǎo)管和自進(jìn)式錨桿進(jìn)行注水泥漿的時候，在地下水的發(fā)育地段，應(yīng)該選擇注水泥和水玻璃雙液漿。應(yīng)該將漿液的水灰比控制為0.5，而小導(dǎo)管的注漿壓力應(yīng)該在1.0 MPa，從而實現(xiàn)劈裂注漿效果。

3.2 隧道開挖

在隧道掘進(jìn)的時候，應(yīng)該選擇環(huán)形開挖的預(yù)留核心土法來進(jìn)行施工。在開挖的時候使用挖掘機(jī)，然后人工進(jìn)行修整成型，并且對于循環(huán)進(jìn)尺要嚴(yán)格控制。開挖環(huán)形導(dǎo)坑后，對開挖面應(yīng)該馬上噴厚度為2 cm～5 cm的C20鋼纖維混凝土來進(jìn)行封閉，然后需要架設(shè)型鋼鋼架，并且對混凝土進(jìn)行多次復(fù)噴，直到達(dá)到設(shè)計的厚度。當(dāng)開挖達(dá)到30 m時，應(yīng)該開始仰拱施工，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠及時成環(huán)。仰拱施工需要進(jìn)行全幅施工，每次施工的長度應(yīng)該控制為3 m。具體施工程序如圖1所示。

在施工程序中，Ⅰ為拱部的超前支護(hù)施工；Ⅱ為開挖的環(huán)形導(dǎo)坑；Ⅲ為支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，進(jìn)行型鋼鋼架架設(shè)，布置系統(tǒng)錨桿，并進(jìn)行鋼纖維混凝土噴射；Ⅳ為開挖的核心土；Ⅵ為仰拱的支護(hù)施工；Ⅶ為對仰拱鋼筋進(jìn)行綁扎操作，并且進(jìn)行仰拱混凝土澆筑；Ⅷ為對拱墻鋼筋進(jìn)行綁扎，保證臺車就位，并進(jìn)行拱墻的混凝土澆筑。

3.3 支護(hù)施工

應(yīng)該采用鋼架、噴、網(wǎng)和錨聯(lián)合支護(hù)的方式。

1)鋼架。

選擇Ⅰ20b的工字鋼，并且在現(xiàn)場直接進(jìn)行鋼架加工，設(shè)置間距為50 cm，然后沿著環(huán)向按照間距50 cm使用φ22鋼筋聯(lián)結(jié)成為整體。在架設(shè)鋼架的時候，底部應(yīng)該設(shè)置C20混凝土墊塊，從而避免鋼架下沉，另外還應(yīng)該在鋼架的兩側(cè)安置兩排鎖腳錨桿用來加強(qiáng)。

2)系統(tǒng)錨桿。

選擇中空長錨桿和φ42的注漿管注漿來進(jìn)行圍巖加固。然后選擇R51長12 m的中空錨桿，集中處置拱腳和拱腰處，在仰拱和拱頂處進(jìn)行對稱布置。另外還要對圍巖進(jìn)行徑向注漿，改善其特性，使其增強(qiáng)強(qiáng)度。

3)噴射鋼纖維混凝土。

通常情況下，鋼纖維混凝土的實際噴射厚度是25 cm，選擇水泥裹砂法的濕噴工藝來進(jìn)行分層施工，首先應(yīng)該噴鋼架的背后，然后噴鋼架之間的部分。

3.4 仰拱施工

在進(jìn)行仰拱施工的時候，應(yīng)該緊跟著開挖作業(yè)面來進(jìn)行，用挖掘機(jī)開挖仰拱土，然后進(jìn)行人工修整。在開挖完成后，要馬上架設(shè)鋼架，并且連接拱墻初期的支護(hù)支架，然后進(jìn)行系統(tǒng)錨桿施工，并且用鋼纖維混凝土噴射進(jìn)行封閉。在支護(hù)完成后，要及時的進(jìn)行仰拱鋼筋綁扎，澆筑混凝土。

3.5 襯砌施工

在對膨脹性泥巖隧道進(jìn)行施工的時候，需要嚴(yán)格按照施工要求，在施工時間上也有限制，過早施工可能會破壞襯砌結(jié)構(gòu)；過晚施工可能會影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致隧道坍塌。因此應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，進(jìn)行合理的施工，應(yīng)該在圍巖變形情況減緩之后進(jìn)行襯砌施工。選擇鋼模臺車的整體式施工方法，為了保證安全穩(wěn)定，應(yīng)該增加襯砌厚度，提高配筋率。

3.6 施工管理

在施工的過程中，要進(jìn)行嚴(yán)格的施工組織，保證不同工序能夠做好銜接。還要選擇合理的施工方法，應(yīng)該結(jié)合高速公路膨脹性泥巖隧道工程的實際情況，選擇最適合的施工工藝，提高施工效率，保證工程質(zhì)量。另外，還要強(qiáng)化監(jiān)測工作，加強(qiáng)監(jiān)督管理，要嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，確保監(jiān)測信息能夠?qū)⒛鄮r的變化狀況及時的反映出來，從而保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

在高速公路的隧道施工中，針對膨脹性泥巖，應(yīng)該對其特點進(jìn)行詳細(xì)的分析，按照相關(guān)的施工原則，選擇最合理的施工方法，在施工的過程中，要嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，并做好監(jiān)控工作，從而保證工程質(zhì)量。

[1] 黃 戡，彭建國，劉寶琛，等.雪峰山隧道原巖應(yīng)力場和開挖二次應(yīng)力場特征分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011(5)：63.

[2] 張 巍，尚彥軍，曲永新，等.泥質(zhì)膨脹巖崩解物粒徑分布與膨脹性關(guān)系試驗研究[J].巖土力學(xué)，2013(1)：21.

[3] 喬衛(wèi)國，孟慶彬，林登閣，等.深部高應(yīng)力膨脹性軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)及相似模擬試驗研究[J].礦冶工程，2011(2)：43-47.

[4] 魯?shù)梦模簯c國，歐爾峰，等.高速公路泥巖隧道圍巖壓力試驗研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2012(6)：111-113.

[5] 賈善坡，陳衛(wèi)忠，于洪丹，等.泥巖大變形隧道盾構(gòu)施工法的圍巖穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007(S2)：96.

Research on construction technology of expansive highway mudstone tunnel

LI Shou-feng

(ShanxiYunchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

In light of expansive mudstone characteristics including water swelling, dry-shrinkage, easy disturbance and flowing deformation and so on, the paper puts forward basic construction principles of expansive highway mudstone tunnel, and specifically describes expansive mudstone tunnel construction methods, with a view to guarantee highway tunnel construction quality.

highway, expansive mudstone, tunnel, characteristics

1009-6825(2014)28-0174-03

2014-07-31

李首峰(1982- )，男，工程師

U455

A