富水軟弱破碎巖層隧道固結開挖施工技術

張 英

（中交一公局西北工程有限公司，陜西 西安）

引言

富水軟弱破碎巖層隧道的地質環境較為復雜，其中存在的施工安全隱患以及風險來源也較多，該種情況下，施工人員則需要對隧道的實際情況進行分析掌握，確定富水軟弱破碎巖層隧道的特點，判斷其中施工風險的來源點，在此基礎上制定固結開挖施工方案，通過這種方式提高隧道施工水平，為今后隧道的有效運用實施提供條件。

1 施工概況

本次以鳳興隧道作為主要研究對象進行施工分析，該隧道屬于短隧道，進出口都使用端墻式洞門，該項目的位置在北回歸線附近，屬于亞熱帶季風氣候，極端最高溫度能夠達到39.3 ℃，極端最低溫度為-2.9 ℃。降水量較為充足，年平均降水量在1 361.2～2 039.4 mm 之間，其中5-6 月份是降雨的旺季。從地質條件分析中能夠看出，項目建設范圍之內地表水處于不發育狀態，地表水不會對隧道產生影響。在隧道地下水分析中，地下水屬于基巖裂隙水，主要形成原因為大氣降雨的滲透以及上層孔隙水的滲流等，在干旱季節，地下水幾乎不存在，具體施工概況見表1。

表1 隧道概況

在地質結構方面，根據區域地質資料，隧道區無區域性斷裂構造存在，區域地質穩定性好。根據區域地質資料并結合地質調繪成果，隧址區巖層產狀、節理和裂隙變化不大，下伏基巖為白云巖，以中厚層～厚層狀構造物為主。根據地質調查，隧道所穿越山體巖層為單斜構造，巖層產狀為25°/NE＜52°。地震參數中，根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》（GB18306-2015) 劃分，勘查區地震動峰值加速度為0.05 g，對應基本烈度為VI，地震動反應譜特征周期為0.35 s。在施工安全方面，禁止發生突發環境事件、禁止發生職業病危害責任事故，事故隱患整改率達到100%[1]。質量建設要求需要達到以下幾點：

（1） 分項、分部工程一次檢驗合格率100%；工程竣工驗收合格率100%，優良率大于95%,合同履約率100%，顧客滿意率度100%，一般及以上質量事故0。

（2） 施工工藝質量符合國家、交通部頒發的施工規范及施工技術規則、施工安全規則要求的標準。

2 富水軟弱破碎巖層隧道固結開挖施工技術

富水軟弱破碎巖層隧洞圍巖階段屬于小凈距隧道，針對這一情況，可以將隧道分為三個階段，每個階段對應的施工技術不同，通過這種方式確保施工技術質量，同時實現施工技術的針對性運用，具體為：

（1） Ⅴ級圍巖淺埋硬質巖段先行洞采用CD 法施工。開挖進尺Ⅴ級圍巖淺埋襯砌段宜控制為0.6～0.8 m，臺階長度8～10 m。

（2） Ⅳ級圍巖硬質巖淺埋段先行洞可采用上下臺階法開挖。一般開挖進尺Ⅳ級圍巖淺埋襯砌段宜控制為0.8～1.0 m，臺階長度10～15 m。

（3） Ⅲ級圍巖采用上下臺階法或全斷面法開挖。

2.1 CD 法施工技術

Ⅴ級圍巖淺埋硬質巖段先行洞采用CD 法施工（見圖1）。開挖進尺Ⅴ級圍巖淺埋襯砌段宜控制為0.6～0.8 m，臺階長度8～10 m。

圖1 CD 施工技術

在實際實施中，第一，使用鋼架運用在隧道拱部180°的范圍中，實施超前注漿支護工作，并在①的位置進行臨時支護施工，在表面上噴射4 cm 厚度的混凝土，同時安裝鋼筋網，建立支護鋼架以及臨時鋼架。第二，對②部位置進行開挖，修整表面的同時，噴射4 cm 厚度的混凝土，同時安裝相應的鋼筋網片。安裝長期支護鋼架以及臨時鋼架。第三，在開挖③位置的過程中，實施初期支護以及臨時支護施工，與①的施工順序相同，而在④部施工位置中，與②的施工順序相同。完成上述施工之后，對項目的實際施工情況進行監督檢測，按照順序拆除臨時支撐，每次拆除的長度在10 m 之內，狀態穩定之后，在隧道仰拱底部位置敷設細石混凝土防水保護層，并根據要求的情況進行整幅灌注工作。在拆除中間支護系統的過程中，需正確認識拆除工作對接下來施工可能產生的影響，并且通過圍巖監測的方式確定拆除時間，圍巖變形如果在正常允許的范圍之內，在確定拆除安全性之后，則可以開始拆除工作，并且及時跟進接下來作業的開展情況[2]。

2.2 上下臺階施工技術

Ⅳ級圍巖硬質巖淺埋段先行洞可采用上下臺階法開挖。一般開挖進尺Ⅳ級圍巖淺埋襯砌段宜控制為0.8～1.0 m，臺階長度10～15 m（示意圖見圖2、圖3）。在運用該施工技術的過程中，可以將其分為兩部分內容進行，第一為上臺階開挖法，在完成測量放線之后，可以先通過鉆爆法對下臺階進行開挖工作，完成隧道開挖工作之后，開展初期支護施工，打設Φ22中空錨桿，鋪設Φ8@25 cm×25 cm 鋼筋網，復噴混凝土至設計厚度。第二為下臺階開挖法，在完成測量方向之后，通過鉆爆法進行下臺階開挖，再測量放線，使用人工鉆孔的方式完成初期支護，初期噴射混凝土的厚度為4 cm，在完成鋼筋網鋪設之后，將復噴混凝土的厚度增加到設計厚度標準中。第三，底部開挖階段，完成底部開挖之后及時開展支護工作，在初噴階段確保其達到設計厚度，確保能及時完成封閉成環。在上臺階施工架設鋼架階段，通過鎖腳錨的方式，對圍巖支護變形情況進行有效控制。在巖體不穩定的情況下，可以利用縮短進尺的方式，在必要情況下，上下臺階開挖過程可以分為左右兩部分進行[3]。

圖2 上下臺階法施工工序橫斷面

圖3 上下臺階法施工工序縱斷面

2.3 全斷面法施工技術

Ⅲ級圍巖采用上下臺階法或全斷面法開挖（見圖4），全斷面開挖主要是根據設計斷面，采用一次開挖成型的方式進行開挖，再實施支護和襯砌隧道開挖技術。該種施工技術在實施中，必須根據隧道斷面的實際情況、圍巖地質條件以及機械設備情況確定。在施工初期支護階段，需要嚴格落實施工圖紙的設計情況，確保施工的有效性和穩定性。具體施工環節包括以下幾點：

圖4 全斷面開挖工藝流程

第一，施工技術人員對鉆孔位置進行初步標記，根據工作面的開挖斷面，使用人工配合的方式，固定臺架，盡量設置在操作較為便利的位置中，方便鉆爆人員進行操作。

第二，隧道正式開挖之前，需根據施工項目的地質情況、開挖方法以及鉆孔機具等情況進行鉆爆設計，其中鉆爆設計的內容主要為布置鉆孔，確定鉆孔的數量、深度以及角度等，確定起爆的方法和順序。

第三，隧道爆破采用光面爆破的方式，通過試驗的方式確定參數，如果并不具備試驗條件，則可以根據表2 的參數進行爆破。

表2 光面爆破參數

第四，根據爆破設計實際要求以及鉆孔位置，施工人員可以使用YT-28 氣腿式鑿巖機完成鉆孔工作，根據鉆進速度、圍巖軟弱程度等，對供風量以及供水量進行及時調整，保證鉆孔位置的準確性。在間隔裝藥階段，確保藥量能夠均勻分布，眼口使用炮泥填堵[4]。

第五，通風施工，隧道施工中，通風方式需要根據掌子面掘進的深度決定，選擇壓入式、混合式以及壓出式的方式進行。在實際施工中，可以優先選擇壓入式通風方法，該種方法在實際使用的過程中，具有較大的射程，并且沖淡炮煙的效果較好，操作難度小，只需要一根延長通風管就能完成。在長距離通風過程中，盡量使用串聯式流風機，該類型流風機的風壓較大（見圖5）。在通風機口200～300 m 之間使用負壓風管，剩余使用漏風率較低，并且內摩擦阻力較小的高強軟風管。通風檢查工作需要從最低允許風速、最多允許工作人員數量以及排除炮煙的角度出發。

圖5 隧道通風布置示意

第六，監控測量，在對隧道施工進行監控測量的過程中，需安排專業人員完成該項工作，同時建立施工質量管理體系，在初期支護階段，根據測量方案，針對斷面和測量點的布置情況進行監控，在完成初期支護之后，采集初始測量數據，并且根據測量方案中的具體要求開展后續工作，對測量數據信息進行分析整理的同時，對施工現場的工作展開指導。通過這種方式對現場施工情況進行靈活調整，掌握圍巖的實際變化情況，為接下來施工的良好開展提供條件[5]。

3 結論

綜上所述，針對富水軟弱破碎巖層隧道，開展固結開挖施工中，需要對其中的施工技術進行有效控制，確保各項技術在富水軟弱破碎巖層隧道施工中能得到良好運用。尤其是固結開挖技術在實際實施的過程中，其中涉及到的內容較多，影響因素也較多，為了確保最終質量，則需要從各個施工技術入手，實現技術優化，降低施工中存在的安全風險以及事故發生概率等，為今后富水軟弱破碎巖層隧道施工的良好發展提供條件。