炭質(zhì)頁(yè)巖軟巖隧道施工方法研究

范志新

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

0 引 言

梨柴林隧道炭質(zhì)泥巖地質(zhì)極差、巖質(zhì)松散、遇水軟化、長(zhǎng)期不收斂、引起初期支護(hù)大變形，經(jīng)常性發(fā)生坍塌，初期支護(hù)變形大，長(zhǎng)期不穩(wěn)定，施工特別困難，常規(guī)隧道支護(hù)方式不能承受?chē)鷰r壓力。為此，本公司研究并成功實(shí)施了“梨柴林隧道炭質(zhì)泥巖段施工工法”。此施工方法適用于隧道炭質(zhì)泥巖地質(zhì)加強(qiáng)支護(hù)施工，也可適用于隧道類(lèi)似軟弱地質(zhì)加強(qiáng)支護(hù)。

1 項(xiàng)目概述

梨柴林隧道位于貴州省畢節(jié)地區(qū)威寧縣關(guān)風(fēng)海鎮(zhèn)境內(nèi)，隧道結(jié)構(gòu)形式為高速公路分離式長(zhǎng)隧道，隧道長(zhǎng)2 455 m，采用新奧法施工。出于對(duì)隧道施工質(zhì)量與安全性的考量，在本工程中應(yīng)用了“梨柴林隧道炭質(zhì)泥巖段施工工法”，成功應(yīng)用于六盤(pán)水至威寧高速公路第十六合同段梨柴林隧道的施工中。

2 炭質(zhì)頁(yè)巖軟巖隧道施工的基本原理分析

在本工程中，隧道炭質(zhì)泥巖松散、自穩(wěn)性差，施工中要解決圍巖坍塌及大變形問(wèn)題，主要采取的措施是“強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺”，采用加強(qiáng)初期支護(hù)來(lái)和控制開(kāi)挖減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)解決，采取以下幾個(gè)方面的加強(qiáng)措施，具體有。

第一，加強(qiáng)圍巖超前預(yù)支護(hù)(縱斷面圖如圖1)，加強(qiáng)前方圍巖的整體穩(wěn)定，將前方圍巖凝結(jié)為穩(wěn)定拱，防止圍巖開(kāi)挖后坍塌；預(yù)支護(hù)采用直徑42 mm的小導(dǎo)管周邊打孔注漿，導(dǎo)管加長(zhǎng)為6 m(常規(guī)為4.5 m)、環(huán)向間距為40 cm、縱向排距為2.5 m，外插角10°～15°；導(dǎo)管打入圍巖后，對(duì)其加壓注水泥漿，漿液通過(guò)導(dǎo)管周邊孔深入滲透于圍巖中。

圖1 加強(qiáng)超前預(yù)支護(hù)縱斷面圖

第二，開(kāi)挖方式，短進(jìn)尺開(kāi)挖，鋼拱架間距加密為65 cm，每輪循環(huán)進(jìn)尺控制在1.3 m(2榀鋼架)，采用分臺(tái)階開(kāi)挖的方式，減小一次開(kāi)挖斷面，減小臨空面，減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)。

第三，加強(qiáng)錨噴襯砌(橫斷面圖如圖2)，加大鋼拱架(I20b工字鋼)，加密鋼架間距為65 cm，鋼架閉合成環(huán)，增加其剛度，減小變形；增設(shè)直徑為42 mm的環(huán)向系統(tǒng)注漿小導(dǎo)管(常規(guī)為直徑為25系統(tǒng)注漿錨桿)，導(dǎo)管縱向間距65 cm、環(huán)向間距1.2 m、單根長(zhǎng)度6 m(常規(guī)注漿錨桿長(zhǎng)為3 m)，通過(guò)導(dǎo)管向圍巖深層注漿將周邊圍巖凝結(jié)形成拱形穩(wěn)定圈，保證圍巖的穩(wěn)定性。

圖2 加強(qiáng)錨噴襯砌橫斷面圖

第四，增加環(huán)向臨時(shí)鋼架附拱(初期支護(hù)為雙拱架)，增加斜撐，加強(qiáng)鎖腳，將鋼架附拱閉合成環(huán)，加大初期支護(hù)剛度，遏制大變形。

第五，及時(shí)跟緊二次襯砌，最大限度縮短初期支護(hù)與二次襯砌的距離；初支護(hù)施工后，及時(shí)施作二次襯砌，二次襯砌及參與受力，避免初期支護(hù)變形過(guò)大造成坍塌。

3 炭質(zhì)頁(yè)巖軟巖隧道施工的技術(shù)要點(diǎn)研究

3.1 超前圍巖導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)

第一，掌子面噴混凝土封閉，厚度為10～15 cm。第二，制作導(dǎo)管，為無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)6 m，外徑42 mm，壁厚4 mm，管壁打直徑6 mm注漿孔，孔距15 cm梅花型布置，導(dǎo)管端頭加工成5厘米長(zhǎng)的尖錐形，便于穿入孔內(nèi)不堵管，尾端焊接直徑6 mm的加勁箍，尾部留1.05 m不鉆孔的止?jié){段。第三，鉆超前導(dǎo)管孔，采用液壓潛孔鉆機(jī)，型號(hào)YQ-100B、耗氣量為10～12 m3/min、使用氣壓為0.8～1 MPa；鉆孔直徑比鋼管直徑大2 cm，長(zhǎng)度6 m，外插角控制為10°～15°，環(huán)向間距40 cm。第四，超前導(dǎo)管安裝，成孔后，將導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求通過(guò)最后一榀型鋼拱架中上部打孔插入孔中，或用潛孔鉆機(jī)將導(dǎo)管頂入，尾端外露20 cm固定于最后一榀鋼架上，與鋼架共同組成預(yù)支護(hù)體系。第五，導(dǎo)管注漿，注漿前已噴射混凝土封閉掌子面以防漏漿，注漿順序由下向上，漿液用拌合機(jī)攪拌均勻。水泥標(biāo)號(hào)42.5，水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力0.5～1 MPa。

3.2 上臺(tái)階環(huán)向系統(tǒng)注漿導(dǎo)管施工

第一，制作導(dǎo)管，環(huán)向?qū)Ч苤谱魍靶?dǎo)管的制作方法。第二，鉆環(huán)向?qū)Ч芸祝捎玫臋C(jī)械設(shè)備與超前導(dǎo)管一樣；鉆孔直徑比鋼管直徑大2 cm，長(zhǎng)度6 m，鉆孔方向?yàn)樗淼罃嗝鎻较颉⑴c環(huán)向開(kāi)挖面垂直，縱向間距50 cm、環(huán)向間距120 cm。第三，環(huán)向?qū)Ч馨惭b，成孔后，將導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，或用潛孔鉆機(jī)將導(dǎo)管頂入，尾端外露10 cm作注漿堵塞用。第四，環(huán)向?qū)Ч茏{與超前導(dǎo)管注漿方法相同。

3.3 安裝上臺(tái)階鋼拱架

鋼架按設(shè)計(jì)要求安裝，安裝尺寸允許偏差不得大于5 cm；鋼架安裝前清除拱腳虛碴，拱腳高程不足時(shí)，采用I20工字鋼接長(zhǎng)墊至設(shè)計(jì)高程，保證拱腳不懸空；開(kāi)挖面超挖采用噴射混凝土回填密實(shí)；欠挖采用補(bǔ)炮或風(fēng)槍鑿除超挖部分,開(kāi)挖至設(shè)計(jì)斷面。各節(jié)鋼架用螺栓連接，連接板密貼，保證各節(jié)鋼架在全環(huán)封閉之前置于穩(wěn)固的地基上，鋼架基腳處安裝混凝土墊石以增加基底承載力。安裝鋼拱架連接鋼筋為Φ20螺紋鋼筋，環(huán)向間距100 cm兩榀鋼拱架交錯(cuò)布設(shè)。

3.4 安裝鋼架附拱

第一，鋼架制作，鋼架采用I18工字鋼，制作方法與上臺(tái)階鋼架相同。第二，鋼架安裝，鋼架按設(shè)計(jì)要求安裝，安裝尺寸允許偏差不得大于5 cm；鋼架安裝前清除拱腳虛碴，保證拱腳不懸空。各節(jié)鋼架用螺栓連接，連接板密貼，保證各節(jié)鋼架在全環(huán)封閉之前置于穩(wěn)固的地基上，鋼架基腳處安裝混凝土墊石以增加基底承載力。第三，附拱鎖腳導(dǎo)管施工，附拱閉合成環(huán)，安裝附拱斜撐。

3.5 混凝土施工

第一，待附拱噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%，短進(jìn)尺開(kāi)挖下導(dǎo)坑，下導(dǎo)坑每循環(huán)施工長(zhǎng)度1.3 m(兩榀鋼架長(zhǎng)度)，不得超過(guò)兩榀鋼架。第二，仰拱施工，仰拱鋼架安裝、鋼筋安裝，噴射仰拱混凝土。第三，完成填充層混凝土施工后，實(shí)施短進(jìn)尺拆除附拱，采用人工輔助挖掘機(jī)拆除，每循環(huán)拆除長(zhǎng)度為4 m，不得大于4 m，拆除后清理拱弧面的松散塊、易掉物等。第四，二次襯砌施工，采用二襯臺(tái)車(chē)澆注，二襯每模長(zhǎng)度根據(jù)附拱破除的長(zhǎng)度分段施工，每模澆注4 m。

3.6 注意事項(xiàng)

第一，超前支護(hù)注漿導(dǎo)管施工前掌子面就進(jìn)行初噴混凝土，確保不漏漿，同時(shí)也避免施工過(guò)程中掌子面松散體坍，確保安全。第二，超前支護(hù)注漿導(dǎo)管尾端應(yīng)穿于最后一榀打孔的鋼架上，并與鋼架固定形成受力體系。第三，上臺(tái)階、下臺(tái)階及仰拱開(kāi)挖進(jìn)尺最大長(zhǎng)度控制為1.3 m(兩榀鋼架長(zhǎng)度)，不得大于兩榀鋼架，減少開(kāi)挖臨空面，減小對(duì)圍巖擾動(dòng)，避免坍塌。第四，鋼拱架安裝后及時(shí)加強(qiáng)小導(dǎo)管鎖腳，及時(shí)漿鋼架閉合成環(huán)，加強(qiáng)穩(wěn)定。第五，附拱拆除長(zhǎng)度不得大于4 m，破除后及時(shí)施工二次襯砌，二次襯砌按附拱拆除的長(zhǎng)度分段施工，每模施工不得大于4 m。

3.7 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

表1 隧道鋼拱架安裝驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

表2 隧道超前導(dǎo)管驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4 總 結(jié)

綜上所述，炭質(zhì)泥巖地質(zhì)極差，經(jīng)常性發(fā)生坍塌，因此在隧道工程中需要著重優(yōu)化炭質(zhì)頁(yè)巖軟巖段施工技術(shù)。通過(guò)超前圍巖導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)、上臺(tái)階環(huán)向系統(tǒng)注漿導(dǎo)管施工、安裝上臺(tái)階鋼拱架、安裝鋼架附拱等施工工序的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了隧道炭質(zhì)泥巖段施工工法的構(gòu)建，提升了施工區(qū)域地質(zhì)的硬度，促進(jìn)了隧道炭質(zhì)頁(yè)巖軟巖段施工質(zhì)量與安全性的提高。