高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術

馬曉文

中交二公局萌興工程有限公司，陜西 西安 710000

應用合理的施工技術可為高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工提供可靠的技術保障，使其在安全的環境下完成施工作業，從而提高工程質量。一般來說，應用施工技術時需考慮現場地質條件、隧道建設需求等因素，以保證安全為前提，盡可能提高隧道施工質量，給高速公路工程的發展創設良好條件。

1 工程概況

岳家寨隧道左線起訖樁號ZK2+300 ～ZK4+315，總長2015m，為小凈距長隧道，現場的地質條件欠佳，以Ⅳ級圍巖和Ⅴ級圍巖居多。根據現場勘察資料可知，隧址區共有7條斷裂構造或破裂帶通過，施工期間易遇到斷層、涌水等異常狀況，對施工技術提出了較高的要求。

2 淺埋軟弱圍巖隧道的施工難點及施工原則

2.1 施工難點

淺埋軟弱圍巖隧道施工條件欠佳，地質、水文等因素均會對工程的順利推進造成不同程度的影響，易導致圍巖發生失穩現象。土方開挖擾動性較大，若缺乏完善的支護措施，極易引發塌方等工程事故，在影響施工單位經濟效益的同時，還嚴重威脅到人員的安全[1]。

從隧道施工技術的層面來看，軟弱圍巖的斷面面積偏小，難以獲得足夠寬敞的施工空間，大型機械設備的適用性不強。鑒于淺埋軟弱圍巖隧道施工的特殊性，在實際施工中必須采取行之有效的圍巖支護措施，最大限度地提高圍巖的承載力，避免發生塌方等安全事故，營造安全的施工環境。此外，地下水滲漏也是淺埋軟弱圍巖中較為典型的問題，因此需提前創建排水系統，以便消除滲漏水對施工作業所造成的不良影響。

2.2 施工原則

隧道施工的可選方法中，噴錨構筑法得到了廣泛應用，通過與復合襯砌的綜合使用，可創造較好的施工效果。以巖土力學原理為指導，切實提高圍巖的承載能力，最大限度地減少因開挖而對圍巖所帶來的擾動性影響[2]。為保證施工質量，在實際操作中應注重如下原則：

（1）合理選擇支護方式，例如噴射混凝土、設置錨桿等，必要時可輔以鋼架聯合支護措施，經過開挖后及時組織支護作業，使圍巖與其他構件組成完整的支護體系，共同發揮承受作用。

（2）準確認識圍巖的狀況，通過采用科學措施提高其承載能力，保證圍巖具有足夠的穩定性。開挖施工期間的擾動性較為明顯，易導致圍巖發生失穩現象，因此在開挖時需注重對隧道輪廓的控制，保證其具備順滑性。

（3）待圍巖具有足夠的穩定性且初期支護變形趨于穩定后，方可組織二次襯砌施工作業。

3 淺埋軟弱圍巖隧道施工技術要點

3.1 地表處理

根據隧址區淺埋偏壓軟弱圍巖的基本特點，配置完善的洞頂地表排水系統，充分發揮出水溝的引水作用，減少地表水對隧道施工的不良影響。拱頂覆土厚度不足，進洞前需設置鋼筋混凝土護拱，及時修筑洞頂天溝等相關設施，由此構成完善的排水系統。

為確保隧道施工期間圍巖可維持穩定狀態，選擇地表垂直錨桿工法，在開挖前做好各項準備工作，于隧道上部設φ50mm 注漿小導管（長600cm）和X32 水泥砂漿錨桿（長800cm），掛設鋼筋網。此外，對圍巖表面采取噴射處理措施，形成結構層后掛設鋼筋網，并設置反壓護拱，由此完成地表處理作業。

3.2 超前雙層小管支護

超前支護是淺埋軟弱圍巖施工時必須落實到位的工作。根據該隧道的地質條件，采取雙層小管超前支護的方式，具體如圖1 所示。材料方面，以φ42mm 熱扎無縫鋼管為主，搭建管棚結構后灌注水泥單漿液，以形成超前支護體系。第1 排、第2 排的導管長度分別為5m、4.5m，外插角依次為6°、15°，每排的搭接長度至少達到100cm，注漿期間壓力逐步提升，終壓穩定在0.5 ～1.0MPa；配置φ16mm 的注漿孔，均采取梅花形布設方式；下放注漿導管，使用硅封孔。

破碎松散巖體施工條件較為特殊，于該處組織超前鉆孔作業，置入規格合適的小導管并壓注漿液，使注入的漿液可進入破碎巖體內，擠出內部空氣后使松散破碎體膠結成完整的整體，由此構成具有抗滲能力的固結體，改善圍巖的使用狀況，使其具有足夠的抗滲性和穩定性。超前小導管成型后，該部分將與固結體連接，由此構成強度較高的殼體，以便給開挖支護作業創造安全的環境。

3.3 開挖

以超前支護注漿強度為判斷指標，若實測值達到設計強度的85%或更高，即可組織開挖作業。雖然已經采取超前支護措施，但淺埋軟弱圍巖的地質條件特殊，開挖期間依然存在安全隱患，因此選擇更為穩妥的預留核心土開挖法，首先開挖隧道輪廓，待噴錨支護強度滿足要求后再組織核心土的開挖作業[3]。

外輪廓開挖選擇風鎬和人工相結合的方式，考慮到施工期間易發生超欠挖的問題，在邊墻及拱部弧形處開挖時均選擇風鎬分臺階的方式，配置挖掘機以便完成核心土和中槽兩部分的開挖作業。

核心土開挖過程中易遇到局部堅石，該部分首先采取弱爆破處理措施，待堅石被震裂后再借助挖掘機開挖。爆破伴有較強的擾動性，施工期間需嚴格控制爆破工藝，遵循“淺孔、密眼、多循環”的原則。滲漏水現象的出現易引發隧道塌方事故，因此需采取完善的防排水措施，較關鍵的是反坡施工地段，該處應配備高性能的排水設備，以免出現工作面積水的現象。開挖和支護應在短時間內完成，在確保質量的前提下盡可能縮短圍巖暴露時間。開挖施工現場如圖2 所示。

圖1 超前支護

圖2 隧道開挖現場

3.4 監控量測

鑒于現場施工條件的特殊性，通過新奧法展開施工作業，其中，監控量測為重點工作。初期支護成型后，于拱頂、拱腳及邊墻的內軌頂面標高處依次布設測點，在其支持下掌握拱頂下沉和水平收斂的實際情況。各階段的量測頻率有所區別，初期每6h 觀測1 次，后續變形量逐步縮小，將觀測間隔時間適當延長，即12h、24h、48h、72h、168h。以取得的量測結果為主要依據，合理調整開挖進尺等工藝參數，保證施工現場的安全性。對于偏壓較明顯的區段，在常規量測的基礎上還需考慮拱腰下沉和基底隆起量。

以圍巖觀測數據為依據，對斷層破碎帶采取處理措施，如超前小導管棚預支護、噴錨初期支護等。從實際結果來看，超欠挖現象得到了有效的控制，拱部圍巖的掉塊問題得到了有效的解決，施工現場較為安全，給隧道施工作業營造了良好的環境[4]。

3.5 初期支護

初期支護選擇較典型的噴錨支護方式，搭建I16 型鋼鋼架，通過φ22mm 鋼筋環向連接，配置φ22mm 鋼筋以便作為錨桿而使用；鋼筋網原材料選擇φ8mm 鋼筋，采取20cm 的間距控制標準；噴射C25 混凝土，形成厚度為24cm的結構層。局部圍巖變形較明顯，為保證圍巖的穩定性，不再采取系統錨桿的支護方式，取而代之的是系統導管注水泥和水玻璃的雙漿液[5]。

3.6 防排水措施

（1）排水方面：沿隧道縱向依次設置φ50mm 軟式透水管，間距控制標準為10m，管道鋪設到位后再設置排水板，形成初步的排水系統；此后，在邊墻底部以上1.2m 的位置布設φ100mm 軟式縱向透水管，將其連接三通管，以便將洞內積水快速排至洞外。

（2）防水方面：噴射的混凝土成形后，于該處鋪設復合防水板；合理設置工作縫，各縫均勻配置兩條止水帶；襯砌施工選擇的是S6 防水混凝土。

隧道施工現場以斷層破碎地段居多，該處地下水擾動較為明顯，遵循“以堵為主，排堵結合”的原則；其他部分則以排水為主要手段。通過多重措施的作用，最大限度地減少地下水的不良影響。

3.7 襯砌

隧道拱墻和仰拱兩處均采取雙層鋼筋的結構形式，澆筑材料為C30 混凝土，設備為行走式全液壓襯砌臺車。在同時滿足如下條件后方可組織二襯混凝土澆筑作業：（1）位移速率趨于穩定，圍巖不再發生大幅度失穩現象；（2）各項位移已經開始收斂，即達到總位移量的80% ～90%；（3）拱部下沉得到了有效的控制，具體在0.07mm/d 以下。

4 結束語

綜上所述，高速公路淺埋軟弱圍巖施工條件較為特殊，在該處展開隧道施工作業時伴有較明顯的安全隱患，將嚴重威脅到施工質量乃至人員的安全。對此，應根據實際情況合理應用施工技術，營造安全的施工環境，提高隧道建設水平。