軟弱圍巖隧道施工問題探討

摘 要：文章詳細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，提出了相應的防治措施，并得出了一些有益的結論，以供其他類似工程參考借鑒。

關鍵詞：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坡洪積粉土，第三系新統玄武巖，第三系中新統泥巖。由于隧道處于泥巖，拱部加有少量的玄武巖，泥巖具有強膨脹性，遇水收縮、失水收縮，全風化-強風化玄武巖節理裂隙發育，易掉塊、坍塌，隧道整體地質條件較差。圍巖具有強膨脹性，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，泥巖具有強膨脹性，開挖后失水收縮，遇水膨脹，玄武巖節理發育，破碎自穩能力差，含有少量的裂隙水出現。針對這種情況，該隧道對土質圍巖隧道采用非鉆爆開挖作業（即風鎬配合挖掘機開挖），對石質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。嚴格遵循“短開挖，禁爆破，快支護，勤測量，緊襯砌，早成環”原則，采用超短臺階發，用風鎬配合挖掘機開挖的施工方法。該隧道進口短開挖體現為上臺階每次開挖長度控制在0.6～0.8cm范圍內并預留核心土；中下臺階開挖每次開挖長度控制在1.2～1.5m范圍內，并左右錯開掘進，錯開距離保證在2m以上。“禁爆破”，指土質隧道施工時，不得采用爆破開挖，降低施工隊施工對圍巖的擾動；“快支護”即開挖1m支護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拱頂下沉和周邊收斂等監控量測點，保證在24小時內測取初始讀數，并按照規范要求的測量頻率進行觀測；“緊襯砌”即在測量結果的基礎上，及時進行復核復合襯砌；“早成環”，指及早施做仰拱，封閉襯砌結構，限制圍巖變形發展。當圍巖軟弱、松散時，圍巖變形快、側壓力大、自穩時間短，初期支護早期強度不能卯滿足圍巖穩定要求，甚至開挖后便產生巖體失穩坍塌現象。一般情況下，采用超前錨桿支護的辦法，加固穩定圍巖。當圍巖松散破碎時，采用超前小導管進行加固處理。（2）初期支護。根據圍巖的工程地質特性，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，并保證鋼架的保護層厚度，然后開始施做系統錨桿，安裝鋼架及鋼筋、網片，各種支護施工檢查合格后二次復噴混凝土至設計厚度。安鋼架裝時，為了盡量減少拱頂下沉，嚴禁拱腳處超挖，且將該處進行適當的夯實處理，鋼架背后安設混個凝土墊塊，增加承壓面積，鋼架基腳處加設鎖腳錨管，并注漿。鋼架不僅作為前期初期支護，而且是符合復合襯砌的一部分，應嚴格按設計施工。為了保證初期支護具有一定的強度和穩定性，鋼架安裝后馬上進行掛網噴射厚28cm的C30纖維混凝土加以封閉。上臺階、中臺階支護完成后應緊跟施做臨時仰拱，采用I18鋼架，鋼架間距1.2m/榀，鋼架用φ20鋼筋連接環間距1m，上下各噴射4cm厚混凝土。在施工中采用超前導管，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。由于導管有仰角，故型鋼與導管間存在間隙，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定及中、下臺階施工安全，要對上臺階加強支護，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、下臺階施工時應左右錯開施工。（3）二次襯砌。二次襯砌施做應滿足：各測量項目所顯示的位移速率明顯減緩；各項收斂速度小于0.2mm/d或拱頂位移速度小于0.15mm/d；已產生的各項位移，已達到預計位移總量的80%～90%；初期支護表面沒有再發張展的明顯裂縫，采用二次襯砌緊跟，淺埋地段應及時進行二次襯砌。（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斷面進行測量，確保襯砌厚度，對初期支護表面不平整的位置進行處理后再鋪設土工布、防水板，確保防水板施工時不會損壞防水板，對初期支護斷面進行測量計算，確保襯砌厚度后鋪設土工布、防水板鋪設時要保證土工布與防水板預留一定的松弛度，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每平方加設不少于4塊的同標號混凝土墊塊，用于確保鋼筋保護層，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，玄武巖節理發育，破碎自穩能力差，含有少量的裂隙水出現。由于9月份處于雨季，遇水的滲入導致泥巖膨脹擠壓隧道初期支護。由于泥巖穩定性差，鎖腳錨桿剛性不足導致拱頂下沉，進一步導致地表開裂，從而導致遇使地表水侵入隧道洞身內。根據洞內量測和地表觀測顯示，初支變形在隧道整治前一直在發展。隧道內初支變形，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；對已變形的地段的初期支護加設臨時套拱，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，同時加設連接鋼筋，掛網，噴射砼；對侵入二襯的地段進行鋼架更換處理，更換鋼架循序應遵循先拱后墻的施工順序，逐節進行更換至鋼架設計位置，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，并且是隔榀進行拆除。鋼架更換3-6m后二次襯砌應緊跟施做。待二次襯砌施做完成后并達到設計強度后方可繼續進行拱架更換；在所有侵入二次襯砌地段的初支變形處理完成后，再進行掘進時，每次掘進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。鎖腳錨管由原設計￠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，超前小導管由原來的縱向間距2.4m，變為縱向間距1m，打設長度不變，在施工臨時仰拱施工的基礎上增加了臨時豎撐。測量結果表明：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，最后趨于穩定，有效控制了裂縫的發展。地表裂縫整治后未發生變化，說明整治方案有效。

3 結束語

（1）隧道軟如圍巖施工應注重調查研究，掌握不良地質現象的第一手資料，施工前應詳細的調查研究隧道所通過地段的地形、地貌。準確的確定隧道埋深、有無偏壓現象、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。（2）因地制宜，采取針對性強、有效地施工方法，“地質變、施工工法變”根據軟弱圍巖隧道的工程地質特征，確定施工方案及施工方法。如土質隧道采用人工風鎬配合挖掘機開挖。（3）嚴格遵循“新奧法”原則施工。土質隧道按照“短開挖，禁爆破，快支護，勤測量，緊襯砌，早成環”的原則施工。根據現場圍巖情況修改設計參數，根據測量數據緊跟二次襯砌。軟弱圍巖的仰拱施工必須先行，并緊跟掌子面，二次襯砌應采用整體式一次澆筑。

參考文獻

[1]關寶樹.隧道工程設計要點集[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監理工作。