超大跨度公路隧道穿越破碎帶施工方案與安全措施

趙勇

（湖北省恩施自治州華泰交通建設(shè)有限公司，湖北 恩施 445000）

1 工程簡(jiǎn)介及場(chǎng)地環(huán)境

某重要公路隧道項(xiàng)目采用分離式雙洞八車(chē)道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度100km/h，左線長(zhǎng)740m，右線長(zhǎng)695m，最大開(kāi)挖跨度21.48m，高度14.3m，最大埋深135m，體現(xiàn)了工程的規(guī)模與復(fù)雜性。隧道位于剝蝕低山丘陵地貌，海拔390m～534m，相對(duì)高度144m，坡度10°～35°，年均降水量640.5mm，夏季降水豐富。地質(zhì)以頁(yè)巖和灰?guī)r夾泥灰?guī)r組成，破碎帶集中在隧道口和k107+630～k107+725段，巖體較軟，結(jié)構(gòu)面節(jié)理發(fā)育。雨季易積水，增加裂隙水。隧道設(shè)計(jì)高于地下水穩(wěn)定水位，地下水和地表水影響較小，有利于防水排水設(shè)計(jì)。

2 破碎帶施工方案

2.1 施工技術(shù)布局與預(yù)備措施

在超大跨度公路隧道施工中，穿越破碎帶是關(guān)鍵難點(diǎn)。本文聚焦于隧道穿越破碎帶的施工技術(shù)布局與預(yù)備措施，探索了均衡生產(chǎn)、突擊重點(diǎn)、全面展開(kāi)的策略，確保施工過(guò)程的安全和效率。采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)、水平鉆探及紅外探水技術(shù)，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)掌子面前15m～40m范圍內(nèi)的地層和巖性變化[1]。通過(guò)這種方法，可以及時(shí)識(shí)別破碎帶位置，有效預(yù)防掉塊、塌方等潛在地質(zhì)災(zāi)害，降低風(fēng)險(xiǎn)。此外，詳細(xì)勘察前圍巖，利用高科技手段預(yù)測(cè)地質(zhì)，進(jìn)一步提高了施工安全性。

2.2 施工支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

面對(duì)復(fù)雜的圍巖條件，該隧道工程精細(xì)化調(diào)整了超前支護(hù)和初期支護(hù)。超前支護(hù)采用直徑50mm、厚度5mm的鋼架和H200×200型號(hào)的噴射混凝土，混凝土間距60㎝，標(biāo)號(hào)C25，厚度30㎝。錨桿為直徑25mm的中空注漿錨桿，長(zhǎng)度5m，間距100×60㎝（縱向×環(huán)向）。初期支護(hù)保持相同鋼架規(guī)格，噴射混凝土間距調(diào)整為75㎝，錨桿長(zhǎng)度為4.5m，間距100×75㎝（縱向×環(huán)向）。

為防止破碎帶區(qū)域掉塊和坍塌，實(shí)施超前雙排小導(dǎo)管注漿技術(shù)加固拱頂。第一排小導(dǎo)管長(zhǎng)度450㎝，外插角3°至6°；第二排300㎝，外插角8°至12°，搭接長(zhǎng)度120㎝。小導(dǎo)管以梅花形布置，孔徑10mm，間隔10mm，有效加固拱頂圍巖，形成承載拱結(jié)構(gòu)。為加快進(jìn)度，每次循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺從1.5m減至0.6m，采用光面爆破法保留半孔痕跡，確保施工質(zhì)量。

2.3 開(kāi)挖實(shí)施策略

該研究采用了CD法施工，并結(jié)合弱爆破和光面爆破法優(yōu)化開(kāi)挖方法，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)并保障施工安全。開(kāi)挖步距從1.5m減少至0.6m，并通過(guò)鎖腳措施加固鋼架，其中鎖腳錨桿長(zhǎng)度為3.5m，直徑為25mm，每側(cè)配置兩組，每組兩根。這些措施有效控制了隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證了工程進(jìn)度。

2.4 注漿強(qiáng)化措施

在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，尤其是在穿越破碎帶時(shí)，注漿加固技術(shù)對(duì)保障施工質(zhì)量和圍巖穩(wěn)定性至關(guān)重要。該研究采用直徑50mm、長(zhǎng)度5m的小導(dǎo)管注漿加固，采用梅花形排列確保了均勻加固，使用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，控制水灰比在0.6至0.8比1，注漿壓力維持在約1MPa，確保注漿密實(shí)且均勻。此外，對(duì)于注漿量超過(guò)0.2m3的情況，立即停止注漿，等待漿液初凝后再繼續(xù)，以防止過(guò)度注漿。此方法不僅能夠增強(qiáng)隧道圍巖的穩(wěn)定性，還可以有效控制開(kāi)挖引起的變形，確保隧道施工安全性和工程順利開(kāi)展[2]。

2.5 防水施工標(biāo)準(zhǔn)

在超大跨度公路隧道施工中，襯砌混凝土施工必須遵循防水混凝土標(biāo)準(zhǔn)，特別是在施工縫和變形縫的處理上，以滿足防水要求。防水層與基面間需確保無(wú)浮渣，實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，采用充氣法或真空法檢驗(yàn)防水層密封性，在滲水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，需先行注漿止水，再鋪設(shè)防水層，以確保施工質(zhì)量。

3 施工質(zhì)量保證措施

3.1 開(kāi)挖精度保證措施

隧道開(kāi)挖爆破作業(yè)，采用光面爆破技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)精確控制炮眼布置的位置、深度和角度，并復(fù)測(cè)爆破斷面，有效分析了超挖或欠挖的原因，并及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。該方法確保了硬巖和中硬巖炮眼殘留率分別達(dá)到80%以上和60%以上的目標(biāo)，顯著提高了隧道開(kāi)挖的質(zhì)量和安全性[3]。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量保障

關(guān)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量保障，強(qiáng)調(diào)對(duì)支護(hù)材料進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保其符合設(shè)計(jì)規(guī)格和性能要求。超前小導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%，并確保孔內(nèi)灌漿密實(shí)。鋼筋網(wǎng)的適應(yīng)性和搭接寬度受到質(zhì)檢監(jiān)督，確保與錨桿或其他固定裝置的牢固連接。噴射混凝土拌和厚度嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，每10m～20m取樣檢驗(yàn)強(qiáng)度。此外，金屬桿件和鋼支撐的黏結(jié)牢固性也至關(guān)重要，能夠保證整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和隧道施工安全。

3.3 防水層施工準(zhǔn)則

施工需有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)，確保基層混凝土表面干燥，如有濕漬則壓漿處理。基層表面需整平，割除突出的鋼筋頭并用砂漿抹平，且鋪設(shè)完成的防水層必須采取保護(hù)措施，防止后續(xù)施工活動(dòng)如鋼筋焊接造成損害，以保證其完整性和功能性。以上措施能確保防水層施工的質(zhì)量，有助于提高整個(gè)隧道工程的防水性能和耐久性[4]。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析

該研究采用拓普康ES-101全站儀實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)特定隧道施工圍巖條件。通過(guò)詳盡的數(shù)據(jù)處理和分析，評(píng)估圍巖的穩(wěn)定性，從而指導(dǎo)有效的預(yù)防坍塌措施，確保了施工安全。此監(jiān)控方式不僅提升了施工監(jiān)控的精準(zhǔn)度，也增強(qiáng)了對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防能力，是維護(hù)施工安全的關(guān)鍵技術(shù)手段。相關(guān)詳細(xì)檢測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

表1 隧道施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

該研究利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)于ZK108+218樁號(hào)處成功探測(cè)了前方15m的破碎帶，進(jìn)而調(diào)整了支護(hù)參數(shù)以適應(yīng)地質(zhì)條件。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，隧道拱頂最大下沉值為16.4mm，周邊位移最大值為7.1mm，均低于設(shè)計(jì)預(yù)留的180mm變形量。這表明，通過(guò)精確的地質(zhì)預(yù)報(bào)和有效的支護(hù)措施，隧道變形得到了有效控制，確保了施工安全及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，隧道周邊位移和拱頂下沉均呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)、緩慢增長(zhǎng)至最終穩(wěn)定的3個(gè)階段。這一變形規(guī)律說(shuō)明穿越破碎帶時(shí)采用的施工控制措施有效，成功控制了圍巖的變形。該結(jié)果反映了施工控制措施的正確性與有效性，確保了隧道施工期間的安全與穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確確定破碎帶位置，并采用直徑50mm、長(zhǎng)度450+300㎝的雙排注漿小導(dǎo)管加固及CD法開(kāi)挖技術(shù)，顯著提高了隧道在破碎帶穿越時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度。這些措施有效控制了圍巖的變形，最大圍巖變形值為16.4mm，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)預(yù)留的180mm變形量。研究證實(shí)，這些預(yù)測(cè)和加固措施對(duì)確保公路隧道安全穿越破碎帶至關(guān)重要，同時(shí)也顯著提高了施工安全性和隧道穩(wěn)定性。