破碎堆積體環(huán)境下公路淺埋隧道近接施工技術(shù)研究

彭小慶

(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司)，山西 太原 030006)

1 項目背景

此公路工程項目的全線長度為18.31 km，其中包括一條穿山隧道，該隧道項目的長度為2.08 km，采用的是單洞雙向通車，隧道進口端處在高山的山腰之上，屬于峽谷地貌，同時下穿既有國道，隧道洞口的覆蓋層結(jié)構(gòu)是破碎堆積體，其最小埋深為11 m，由于受到不同工況條件的影響邊坡可能會出現(xiàn)大面積失穩(wěn)現(xiàn)象，從而致使洞頂坍塌，甚至產(chǎn)生冒頂危險，直接影響既有國道通車安全，因此，進洞施工難度系數(shù)比較高。此淺埋隧道的進口端地質(zhì)剖面情況見圖1。

圖1 隧道進口端地質(zhì)剖面圖

2 施工工藝

此公路淺埋隧道進洞施工嚴(yán)格貫徹“零開挖、早進洞，短進尺、弱爆破、強支護、多量測”的基本原則[1]。首先制作抗滑樁增強破碎堆積體的穩(wěn)定性；然后建立排水系統(tǒng)，實現(xiàn)有效排水；邊坡清理作業(yè)，并實施邊仰坡錨噴支護，其中洞口、明洞土石方的開挖施工需要分為兩步，首先對隧道的拱部以上部分進行開挖支護，從而為暗洞施工創(chuàng)造有利條件，然后對隧道拱部的下部土石方進行開挖作業(yè)，當(dāng)暗洞掘進到穩(wěn)定地層之后，需要把握時機進行開挖。此外，暗洞拱頂施工選擇的是大管棚超前支護技術(shù)，而循環(huán)開挖選用的是超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)破碎堆積體中的盲區(qū)，徑向選用的是中空注漿錨桿加固，然后實施鋼架支護與噴射混凝土支護，隧道洞口段選擇三臺階方式進行開挖，其中循環(huán)進尺大約是1榀拱架，從而實現(xiàn)安全進洞。

3 進洞準(zhǔn)備

3.1 抗滑樁

在隧洞的右側(cè)建立4根長度為28 m的抗滑樁(具體規(guī)格為2 m×2.5 m)，以增強破碎堆積體的穩(wěn)定性，以免邊坡發(fā)生坍塌。而樁護壁與鎖口選擇噴射C25混凝土(厚度為2.5 cm)，節(jié)長度為1.0 m[2]。鎖口長度為2.18 m，必須保證鎖口和護壁相配套。抗滑樁選擇的是人工開挖方式，按照由上至下的順序進行，首先開挖中間土方，然后向四周開挖，每一節(jié)的高度需要結(jié)合土質(zhì)、施工條件情況而定(基本為1 m)，開挖后需要及時澆筑C20護壁混凝土，以增強孔壁的穩(wěn)定性。而鋼筋是工廠下料加工，然后在孔內(nèi)進行綁扎成型，主筋以套筒方式進行連接。樁身選擇的是C30混凝土，以直流方式澆筑，在澆筑施工完成后應(yīng)按照規(guī)定要求實施養(yǎng)護。

3.2 排水系統(tǒng)

隧道進洞必須提前完成排水系統(tǒng)施工，以保證洞口排水順暢，防止洞口段土體受排水影響而出現(xiàn)沉降變形。選取隧洞仰坡與地面交線的6 m外建立矩形截水溝(0.4 m×0.6 m)，詳細(xì)位置應(yīng)結(jié)合工程現(xiàn)場地形條件進行調(diào)整。綜合分析徑流與設(shè)計基本要求，可以建立急流槽等，合理地引入路塹天溝。

3.3 邊仰坡

需要貫徹從上至下的順序進行分層開挖，以2 m為單位開挖一層，開挖施工以機械設(shè)備為主，此階段必須重視防護處理，可以設(shè)置被動防護網(wǎng)，同時開挖施工與開挖線間隔距離為1 m，通過風(fēng)鎬人工方式完成開挖，以免出現(xiàn)超欠挖等現(xiàn)象，在清刷邊坡之后才可以開始實施邊坡、仰坡錨噴支護[3]。邊坡、仰坡都選擇錨網(wǎng)噴防護，具體參數(shù)如下：①砂漿錨桿，直徑為22 mm，長度為3.5 m，Φ6鋼筋網(wǎng)(20 cm×20 cm)；網(wǎng)噴C25混凝土，厚度為10 cm。

3.4 管棚施工

選擇管棚鉆進設(shè)備從隧道拱部的115°之內(nèi)，以1°～3°的外插角完成鋼管棚(長度為30 m)施工，其中管棚使用的是熱軋無縫鋼管(規(guī)格為Φ89×6 mm)，節(jié)段長度分別為3、6 m，環(huán)向間隔距離為40 cm，建立在襯砌拱115°范圍之內(nèi)，同時完成注漿充填與松土層的有效固結(jié)，以增強隧道拱部圍巖結(jié)構(gòu)強度與穩(wěn)定性[4]。

1)導(dǎo)向套拱。根據(jù)設(shè)計圖紙要求建立導(dǎo)向套拱，斷面尺寸為60 cm×200 cm，在護拱內(nèi)安裝了3榀I18工字鋼架，同時設(shè)置鎖腳導(dǎo)管。此外，鋼架外緣需要安裝導(dǎo)向鋼管(規(guī)格為Φ108×4 mm)，將鋼架和導(dǎo)向鋼管連接成為一個整體，但必須提高其穩(wěn)定性。

2)建立管棚。隧道洞口覆蓋層屬于破碎堆積體，若是選擇普通引孔頂進施工形式，在鉆進施工階段易發(fā)生卡鉆與塌孔問題，從而難以確保施工效果。由此該隧道工程選擇“跟管”技術(shù)方式，且導(dǎo)管和鉆頭同步實施鉆進，以防止發(fā)生塌孔等現(xiàn)象，從而符合設(shè)計規(guī)定要求。選擇管棚鉆機設(shè)備，通過動力鉆頭完成內(nèi)鉆桿與大管棚的共同實施，通過高壓氣流把孔內(nèi)雜物清理干凈，從而實現(xiàn)一次成孔。為了保證鉆機順利施工，應(yīng)在開挖面上搭設(shè)鉆機施工平臺，必須確保平臺穩(wěn)定，以免鉆孔施工過程中鉆機擺動而影響鉆孔效果。當(dāng)鉆機就位之后，需要結(jié)合鉆孔實際要求調(diào)整定位方向，然后把鉆桿穿過孔口管，并對鉆桿延伸平行線進行固定，從而為鉆機鉆進施工提供導(dǎo)向。鉆進階段應(yīng)保證導(dǎo)管與鉆頭相跟進，其中導(dǎo)管直徑為90 mm，節(jié)長度分別為3、6 m，要將鋼管的接頭進行錯開，而導(dǎo)管以螺旋套絲的方式相連接。在鉆進時必須嚴(yán)格控制鉆桿回轉(zhuǎn)，以免損壞鉆頭或者是造成鉆桿脫節(jié)。

3)管棚注漿。注漿施工選擇的是單液注漿泵，操作順序為由低至高，注漿材料為純水泥漿(比例為1∶1)，注漿壓力為1～2 MPa，當(dāng)壓力達標(biāo)后維持約15 min則停止注漿[5]。此階段應(yīng)先對“單”號孔進行注漿，然后對“雙”號孔進行注漿。為了能夠增強管棚鋼管的剛度，當(dāng)注漿施工完成之后管內(nèi)應(yīng)選擇砂漿泵進行M30水泥砂漿壓注，具體方式是通過注漿管注入底部，一邊退一邊注地將管內(nèi)注滿砂漿。

4 洞身開挖

隧道進口端洞身開挖需要貫徹“管超前、短進尺、弱爆破、強支護、多量測”的基本原則進行施工，開挖形式為環(huán)形開挖預(yù)留核心土，而臺階應(yīng)分部進行開挖，將隧道開挖面按照從大至小的順序?qū)崿F(xiàn)斷面開挖，每一次循環(huán)進尺需要控制為1榀拱架。開挖施工流程如圖2所示。針對局部注漿未達標(biāo)區(qū)域，應(yīng)選擇超前小導(dǎo)管進行二次注漿加固，以提高圍巖注漿密實度。小導(dǎo)管材料為熱軋無縫鋼管(規(guī)格為Φ42×4 mm)，長度為3.5 m，環(huán)向間隔距離為40 cm，仰角為9°，注漿液選用的為水泥凈漿(水灰比例為1∶1)，建立在襯砌拱部位置。

隧道洞身開挖選擇的是機械開挖方式，其中上臺階、中臺階以及下臺階的斷面高度分別為4.09、3.02、2.53 m。首先對上臺階進行開挖，同時保留核心土，而開挖進尺和拱架間隔距離基本一致，初噴混凝土(厚度為3～5 cm)實現(xiàn)掌子面封閉處理，建立中空注漿錨桿(型號為SV-1)，通過縱向連接筋(22 mm)把所有榀拱架連接成為一個整體，上臺階的鋼拱架兩側(cè)拱腳位置需要建立注漿鎖腳錨管(Φ42 mm，數(shù)量為2根，長度為3.5 m)。在拱部支護施工結(jié)束之后，需要取掉核心土，以左右錯開的方式對中臺階馬口進行開挖，錯開間隔距離為3 m。中臺階進尺為5 m，并左右錯開進行下臺階馬口開挖，當(dāng)下臺階初期支護結(jié)束之后，應(yīng)及時取掉核心土，并進行仰拱施工，保證鋼拱架閉合成環(huán)。

圖2 隧道洞口開挖段施工流程

5 總 結(jié)

破碎堆積體環(huán)境下公路淺埋隧道工程近接施工難度級別比較高，安全風(fēng)險系數(shù)大，所以必須嚴(yán)格貫徹“零開挖、早進洞”的基本原則，選擇邊坡處治、排水施工、管棚施工以及小導(dǎo)管注漿等一系列措施，從而保證隧道施工質(zhì)量及安全。

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