赤竹坪隧道集中破碎帶施工技術研究

邱海波

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

公路隧道施工環境復雜，易受到集中破碎帶的干擾，從現階段的行業技術發展狀況來看，新奧法施工技術的應用較為廣泛。新奧法充分融合了巖體力學理論，其支護結構采取的是錨桿和噴射混凝土相結合的方式，有助于控制圍巖變形，使其具有穩定性[1-3]。該技術具有工藝成熟、操作便捷的特點。

1 工程概況

赤竹坪隧道起訖樁號為YK137+088.5～YK140+083（ZK137+090～ZK140+100），左線3010m、右線2994.5m，采取分離式雙洞4車道建設形式，設計速度為100km/h。該工程中，進出口兩處均設為端墻式洞門，內部設置復合式襯砌結構，以噴錨支護的方式形成初支，以模筑混凝土的方式形成該隧道的二次襯砌結構。

隧道地處低山地貌，地形起伏較大。隧道范圍內中線高程為108～935m，最大高差約827m。山體自然坡度為20～35°，植被發育。進、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩定狀態。隧址區兩端洞口附近已有狹窄山路通過，較易拓展為施工便道，通行條件一般。隧道洞身地層為殘坡積砂質黏性土層、全～微風化燕山期花崗巖、全～中風化砂巖。根據巖性、埋藏深度及風化程度特征，洞身分為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級。受F15、F15-1、F16、F17、F18、F19、F20、F21、F22及WF1的斷層或破碎帶影響，隧道洞身部分地段圍巖等級為Ⅴ級。

2 破碎帶特點

隧址區地質構造運動頻繁，導致地層發生大幅度活動現象，如錯動、扭轉等，區域內巖體完整性不足，巖塊尺寸普遍偏小，產生大規模的破碎帶。自然狀態下破碎地層缺乏穩定性，存在坍塌風險，局部易受到地下水影響，安全隱患增加。

3 超前地質預報

3.1 地質雷達以及探測原理

隧道超前預報中所使用的地質雷達通常配有40MHz、100MHz、400MHz和1000MHz四種天線。通常針對探測對象的工程特點以及探測范圍和精度，選擇合適的工作頻率的天線。作為隧道地質預報的常用儀器，地質雷達的特點是分辨率高，擅長于進行大數據量、高密度的連續探測并實時給出彩色波形圖，所以比較適合該隧道工程超前探測的需要。

3.2 TSP探測原理

TSP超前預報是利用地震波在不均勻、不連續的質體中產生反射波，實現隧道地質超前預報目標。

地震波在巖石中以球面波形式傳播，當地震波遇到彈性波阻抗差異界面時，如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發育帶等，一部分地震信號被反射回來，另一部分信號透射進入前方介質繼續傳播和發生反射。

3.3 超前水平鉆孔以及探測原理

隧道地質超前水平鉆探技術是利用預定鉆孔方向的鉆機在隧道掌子面前方鉆孔進行施工地質調查，通過提取地層巖芯直接觀察，從而判斷地下巖層性質及地質構造的探測方法。

赤竹坪隧道在集中破碎帶施工過程中，先通過地質雷達、TSP探測、超前水平鉆孔等方法進行超前地質預報，準確預測掌子面前方的圍巖情況，針對不同地質狀況及不良地質及時采取相應處理措施，選擇合理的施工方案，從而預防可能出現的塌方等事故，確保施工的安全，提高施工效率。

4 新奧法在集中破碎帶的應用

4.1 施工工藝流程

超前小導管→開挖→初噴→布設錨桿→掛鋼筋網→安裝鋼拱架→噴射混凝土→監控量測。

4.2 施工工序

（1）超前小導管施工。考慮到圍巖破碎地段的特殊性，選擇壁厚4mm、長4m的熱軋無縫鋼管，將其作為該次施工的小導管，按照40cm的間距依次布設在掌子面上。結束對拱部的預加固處理后再組織開挖作業。該工程小導管包含上斜、外斜兩種形式，前者在水平方向的投影長度應得到有效的控制，需超過一次進尺的長度。小導管支護方案具體如圖1所示。

（2）開挖。采取CD法+上下臺階預留核心土法相結合的方式完成集中破碎帶的開挖作業，以現場的圍巖情況為依據靈活調整，以挖掘機為主要施工設備，輔以人工作業的方式。①CD法。對于破碎巖段的施工，較合適的是CD法。在結束超前支護作業后方可組織隧道開挖，施工中加強對進尺的控制，及時測量并盡可能減少擾動。根據現場開挖條件，選擇單側壁導坑法，以圍巖監測結果為基本判斷依據，視實際情況靈活調整預留變形量，正常情況下以12cm為宜。施工中，側導洞臺階長度設為3～5m，開挖循環進尺穩定在0.5～1m較為合適，形成開挖面后及時組織初期支護作業，必要時可采取松動爆破措施，以便順利開挖。②上下臺階預留核心土法。此工法在該工程中也取得廣泛應用，主要體現在硬質破碎巖段，在結束超前支護作業后隨即開挖，正常狀況下開挖預留變形量以10cm較為合適，并加強對監控量測結果的分析，以此為依據靈活調整預留變形量。經過開挖作業后形成的臺階總長度控制在8～15m，按照與CD法相同的開挖循環進尺控制標準合理組織施工作業。

圖1 S-Va型襯砌結構小導管支護設計圖

（3）初噴。結束開挖作業后，若各項指標都滿足要求，即可初噴施工，以達到盡早封閉巖面的效果，進而增強圍巖的穩定性。對于材料的選擇，以普通P.O.42.5R散裝水泥為主，使用的中粗砂應滿足含泥量≤1%、細度模數2.9的要求，將其作為初噴的細集料；選用5～15mm連續級配碎石，作為該次施工的粗骨料；為改善混凝土性能，向其中摻入適量速凝劑，拌和并形成混凝土后，將其用于初噴作業。

（4）中空注漿錨桿。該工程選擇的是φ25mm中空注漿錨桿。首先鉆錨桿孔眼，滿足孔徑、深度等方面的要求后使用高壓風清理，去除內部殘留的巖屑，再將符合規范的桿體置入其中，注漿后再通過焊接手段連接錨桿與鋼筋網。組織錨桿抗拉拔試驗，以便分析注漿施工情況。中空注漿工藝流程具體內容如圖2所示。

圖2 中空注漿施工工藝流程

（5）鋼筋網。根據設計要求，鋼筋網片的加工過程中首先要將其制成2m×1m網片，轉移到現場后再拼接成型，此時要控制好鋼筋搭接長度。考慮支護巖面的平整狀況，合理鋪設鋼筋網，兩者形成的間隙以4cm較為合適，鋼筋網片間所形成的連接處可通過點焊的方式穩定連接，使其維持穩定狀態而不發生晃動[4]。

（6）拱架制安。以設計圖紙為依據，精確控制分段下料長度，再將其組裝成型。通過試拼掌握總體施工狀況，靈活調整不足之處。選擇指定的加工廠，按照設計圖紙完成所有拱架基礎構件的安裝作業，通過螺栓連接的方式形成完整的主洞拱架和側導拱架，兩者再采用角鋼焊接。在洞內安裝到位后，組織初噴砼施工作業，并焊接定位筋。拱架拱腳要具有穩定性，需在平整性較好的基礎上設置。

（7）噴射砼施工。初期支護施工選擇的是C25早強混凝土，按照配比要求在拌合樓生產，再轉移到施工現場。經過開挖作業后即可組織初噴，盡量縮短巖面的暴露時間，在完成錨桿、掛網和拱架的安裝作業后，組織復噴，以便形成完整的受力體系，有效維持圍巖的穩定性。

（8）監控量測。做好監控量測工作是施工中的重要環節，主要考慮的是隧道斷面，明確該處發生的收斂情況，具體包含拱頂下沉、地表沉陷以及周邊位移。對此，要在各監測結果的內軌頂面處布設測點。

4.3 主要技術成果及創新點

（1）通過對破碎圍巖的準確判別、分類及歸納其特性，采取相對應的支護參數。

（2）通過總結國內外經常采用的軟弱圍巖的預加固技術，并對每種預加固技術的優缺點進行比較，最終結合赤竹坪隧道集中破碎帶的工程特點，確定了集中破碎帶的隧道預加固方案。

（3）通過研究，形成一套“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的完整施工工序。

（4）創新點：采用新奧法作為在隧道集中破碎帶施工中的有效手段，可以避免工程潛在隱患和安全事故的發生，為安全質量問題提供依據和幫助。新奧法針對地質條件和施工情況等進行設計優化，能尋求最大的經濟效益和避免質量、安全事故的發生。

5 結束語

綜上所述，文章以赤竹坪隧道工程項目為基本背景，考慮到集中破碎帶的特殊性，選擇新奧法展開施工作業，營造了安全的施工環境，具有積極意義。新奧法是隧道工程建設中的典型方法，施工單位在應用時要以地質條件為依據，靈活調整工藝參數，在滿足工程質量要求的前提下盡可能提高項目的經濟效益。