軟弱圍巖隧道施工問題探討

摘 要：文章詳細(xì)闡述了修筑長大軟弱圍巖隧道的施工方法，分析了隧道病害的原因，提出了相應(yīng)的防治措施，并得出了一些有益的結(jié)論，以供其他類似工程參考借鑒。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖隧道；施工；病害治理

1 工程概況

隧道全長3186m，最大埋深56m，隧道穿越第四系全新統(tǒng)坡洪積粉土，第三系新統(tǒng)玄武巖，第三系中新統(tǒng)泥巖。由于隧道處于泥巖，拱部加有少量的玄武巖，泥巖具有強(qiáng)膨脹性，遇水收縮、失水收縮，全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育，易掉塊、坍塌，隧道整體地質(zhì)條件較差。圍巖具有強(qiáng)膨脹性，且遇水膨脹，失水收縮。

2 軟弱圍巖施工

隧道洞身處于泥巖中拱部夾有少量玄武巖，泥巖具有強(qiáng)膨脹性，開挖后失水收縮，遇水膨脹，玄武巖節(jié)理發(fā)育，破碎自穩(wěn)能力差，含有少量的裂隙水出現(xiàn)。針對這種情況，該隧道對土質(zhì)圍巖隧道采用非鉆爆開挖作業(yè)（即風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開挖），對石質(zhì)部分采用弱爆破開挖方法，遵循“圍巖變，施工方法變”的基本原則。（1）開挖。嚴(yán)格遵循“短開挖，禁爆破，快支護(hù)，勤測量，緊襯砌，早成環(huán)”原則，采用超短臺階發(fā)，用風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開挖的施工方法。該隧道進(jìn)口短開挖體現(xiàn)為上臺階每次開挖長度控制在0.6～0.8cm范圍內(nèi)并預(yù)留核心土；中下臺階開挖每次開挖長度控制在1.2～1.5m范圍內(nèi)，并左右錯開掘進(jìn)，錯開距離保證在2m以上。“禁爆破”，指土質(zhì)隧道施工時，不得采用爆破開挖，降低施工隊(duì)施工對圍巖的擾動；“快支護(hù)”即開挖1m支護(hù)1m，及時將巖面噴混凝土封閉；“勤測量”，是指隧道開挖后按照要求及時布設(shè)拱頂下沉和周邊收斂等監(jiān)控量測點(diǎn)，保證在24小時內(nèi)測取初始讀數(shù)，并按照規(guī)范要求的測量頻率進(jìn)行觀測；“緊襯砌”即在測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，及時進(jìn)行復(fù)核復(fù)合襯砌；“早成環(huán)”，指及早施做仰拱，封閉襯砌結(jié)構(gòu)，限制圍巖變形發(fā)展。當(dāng)圍巖軟弱、松散時，圍巖變形快、側(cè)壓力大、自穩(wěn)時間短，初期支護(hù)早期強(qiáng)度不能卯滿足圍巖穩(wěn)定要求，甚至開挖后便產(chǎn)生巖體失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象。一般情況下，采用超前錨桿支護(hù)的辦法，加固穩(wěn)定圍巖。當(dāng)圍巖松散破碎時，采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行加固處理。（2）初期支護(hù)。根據(jù)圍巖的工程地質(zhì)特性，為了施工安全，采用三臺階臨時仰拱法施做。開挖后及時初噴4cm后砼盡早封閉巖面，并保證鋼架的保護(hù)層厚度，然后開始施做系統(tǒng)錨桿，安裝鋼架及鋼筋、網(wǎng)片，各種支護(hù)施工檢查合格后二次復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。安鋼架裝時，為了盡量減少拱頂下沉，嚴(yán)禁拱腳處超挖，且將該處進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮粚?shí)處理，鋼架背后安設(shè)混個凝土墊塊，增加承壓面積，鋼架基腳處加設(shè)鎖腳錨管，并注漿。鋼架不僅作為前期初期支護(hù)，而且是符合復(fù)合襯砌的一部分，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工。為了保證初期支護(hù)具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，鋼架安裝后馬上進(jìn)行掛網(wǎng)噴射厚28cm的C30纖維混凝土加以封閉。上臺階、中臺階支護(hù)完成后應(yīng)緊跟施做臨時仰拱，采用I18鋼架，鋼架間距1.2m/榀，鋼架用φ20鋼筋連接環(huán)間距1m，上下各噴射4cm厚混凝土。在施工中采用超前導(dǎo)管，長度3.5m，縱向搭接1.5m，保證拱部上部至少有兩層鋼管作為超前支護(hù)。由于導(dǎo)管有仰角，故型鋼與導(dǎo)管間存在間隙，在施工中采用短鋼管或型鋼廢料將空隙堵塞，并焊接牢固。為了保證上臺階開挖后穩(wěn)定及中、下臺階施工安全，要對上臺階加強(qiáng)支護(hù)，采用0.5m/榀I22a拱架，鋼架背后用混凝土墊塊楔緊，型鋼鋼架在拱腳部位施工Φ60鎖腳錨管￠60，每處6根，長度4.5m，打入角度為斜向下30°～60°，通過U型筋與鋼架焊接牢固，并要求注漿飽滿，防止中、下臺階開挖時拱部下沉。中、下臺階施工時應(yīng)左右錯開施工。（3）二次襯砌。二次襯砌施做應(yīng)滿足：各測量項(xiàng)目所顯示的位移速率明顯減緩；各項(xiàng)收斂速度小于0.2mm/d或拱頂位移速度小于0.15mm/d；已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移，已達(dá)到預(yù)計(jì)位移總量的80%～90%；初期支護(hù)表面沒有再發(fā)張展的明顯裂縫，采用二次襯砌緊跟，淺埋地段應(yīng)及時進(jìn)行二次襯砌。（4）二次襯砌。在二次襯砌施做前采用激光斷面儀對初期支護(hù)斷面進(jìn)行測量，確保襯砌厚度，對初期支護(hù)表面不平整的位置進(jìn)行處理后再鋪設(shè)土工布、防水板，確保防水板施工時不會損壞防水板，對初期支護(hù)斷面進(jìn)行測量計(jì)算，確保襯砌厚度后鋪設(shè)土工布、防水板鋪設(shè)時要保證土工布與防水板預(yù)留一定的松弛度，防止在二次襯砌施做時被混凝土撐破，在綁扎二襯鋼筋。二襯鋼筋施工完成后應(yīng)每平方加設(shè)不少于4塊的同標(biāo)號混凝土墊塊，用于確保鋼筋保護(hù)層，然后立模襯砌臺車就位澆筑襯砌混凝土。（5）裂縫整治。隧道處于具有強(qiáng)膨脹性的泥巖夾有少量玄武巖中，膨脹性泥巖開挖后失水收縮，遇水膨脹，玄武巖節(jié)理發(fā)育，破碎自穩(wěn)能力差，含有少量的裂隙水出現(xiàn)。由于9月份處于雨季，遇水的滲入導(dǎo)致泥巖膨脹擠壓隧道初期支護(hù)。由于泥巖穩(wěn)定性差，鎖腳錨桿剛性不足導(dǎo)致拱頂下沉，進(jìn)一步導(dǎo)致地表開裂，從而導(dǎo)致遇使地表水侵入隧道洞身內(nèi)。根據(jù)洞內(nèi)量測和地表觀測顯示，初支變形在隧道整治前一直在發(fā)展。隧道內(nèi)初支變形，由于膨脹性泥巖遇水膨脹，引起隧道初支變形。整治方案：對地表開裂裂縫進(jìn)行灌漿處理，同時做好地表水的引排工作，防止地表水滲入隧道洞身內(nèi)；對已變形的地段的初期支護(hù)加設(shè)臨時套拱，套拱間距為0.5cm/榀，緊貼初支表面，鋼干架背后有間隙的部位用混凝土墊塊楔緊，用鎖腳錨桿固定鋼架，同時加設(shè)連接鋼筋，掛網(wǎng)，噴射砼；對侵入二襯的地段進(jìn)行鋼架更換處理，更換鋼架循序應(yīng)遵循先拱后墻的施工順序，逐節(jié)進(jìn)行更換至鋼架設(shè)計(jì)位置，保證襯砌厚度，更換鋼架過程中不允許一次更換距離過長，每次只能更換一榀鋼架，并且是隔榀進(jìn)行拆除。鋼架更換3-6m后二次襯砌應(yīng)緊跟施做。待二次襯砌施做完成后并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可繼續(xù)進(jìn)行拱架更換；在所有侵入二次襯砌地段的初支變形處理完成后，再進(jìn)行掘進(jìn)時，每次掘進(jìn)長度不能超過一榀鋼架的位置，鋼架間距由原先的0.6m/榀變更為0.5m/榀。鎖腳錨管由原設(shè)計(jì)￠42，每處4根長度4.5m打入角度為斜向下30°～60°變更為Φ60鎖腳錨管，每處6根，長度4.5m，打入角度為斜向下30°～60°，并注漿飽滿，超前小導(dǎo)管由原來的縱向間距2.4m，變?yōu)榭v向間距1m，打設(shè)長度不變，在施工臨時仰拱施工的基礎(chǔ)上增加了臨時豎撐。測量結(jié)果表明：加過固效果比較明顯，加固處理前平均每天平均拱頂下沉速率為2cm/d，周邊收斂平均每天速率1cm/d，加固后平均每天拱頂下沉速率為3mm/d，周邊收斂平均每天速率為2mm/d，最后趨于穩(wěn)定，有效控制了裂縫的發(fā)展。地表裂縫整治后未發(fā)生變化，說明整治方案有效。

3 結(jié)束語

（1）隧道軟如圍巖施工應(yīng)注重調(diào)查研究，掌握不良地質(zhì)現(xiàn)象的第一手資料，施工前應(yīng)詳細(xì)的調(diào)查研究隧道所通過地段的地形、地貌。準(zhǔn)確的確定隧道埋深、有無偏壓現(xiàn)象、圍巖類別。特別對膨脹性泥巖，地下水分布情況做到心中有數(shù)。（2）因地制宜，采取針對性強(qiáng)、有效地施工方法，“地質(zhì)變、施工工法變”根據(jù)軟弱圍巖隧道的工程地質(zhì)特征，確定施工方案及施工方法。如土質(zhì)隧道采用人工風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開挖。（3）嚴(yán)格遵循“新奧法”原則施工。土質(zhì)隧道按照“短開挖，禁爆破，快支護(hù)，勤測量，緊襯砌，早成環(huán)”的原則施工。根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況修改設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)緊跟二次襯砌。軟弱圍巖的仰拱施工必須先行，并緊跟掌子面，二次襯砌應(yīng)采用整體式一次澆筑。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

作者簡介：劉松濤（1979-），男，漢族，本科，江西南昌人，研究方向：主要從事土建施工技術(shù)監(jiān)理工作。