談高海拔地區(qū)軟弱圍巖隧道施工工藝

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摘要：若軟巖隧道處于高海拔地區(qū)，其施工會(huì)受到惡劣環(huán)境、不良地質(zhì)等多種因素影響，不僅會(huì)降低工程整體施工質(zhì)量，而且極易造成初期支護(hù)過(guò)程中的變形開(kāi)裂問(wèn)題。為更好地保證隧道工程的施工安全和質(zhì)量，必須控制好隧道初期支護(hù)的變形與開(kāi)裂。文章結(jié)合工程實(shí)例，闡述了在隧道不利地段施工的基本原則，分析施工過(guò)程中存在的難點(diǎn)，如施工進(jìn)度慢、施工方案變更，進(jìn)而提出詳細(xì)的施工方案優(yōu)化措施，對(duì)施工進(jìn)行合理安排，有效促進(jìn)了高海拔地區(qū)軟巖隧道施工質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：高海拔；隧道施工；軟弱圍巖；超前支護(hù)

1工程概況

該隧道位于川西高原山區(qū)，橫斷山脈中斷的大雪山脈與沙魯里山脈之間，屬于構(gòu)造浸蝕高山地貌，地勢(shì)起伏較大。平均海拔約4200m，常年溫度偏低且氧氣稀薄，冬季最低溫度約-20℃，隧道全長(zhǎng)2831m，屬于高原區(qū)高寒長(zhǎng)大隧道。常年受積雪融化入滲和自然降雨影響，地下水豐富。

2隧道不利地段的施工基本原則

在隧道不利地段施工時(shí)，需要遵循以下基本原則：（1）充分收集并利用圍巖自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在圍巖變形可控的范圍內(nèi)選擇適用性較強(qiáng)且收效顯著的支護(hù)類(lèi)型。（2）要不間斷監(jiān)測(cè)施工過(guò)程，以便隨時(shí)給施工提供指導(dǎo)；同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可考慮先修筑底板、臨時(shí)仰拱或仰拱，有利于將斷面盡早封閉成環(huán)。（3）對(duì)重點(diǎn)部位的支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，防止因部分支撐薄弱引發(fā)隧道塌方、滑坡；還要控制整個(gè)施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、地質(zhì)預(yù)測(cè)、測(cè)量反饋、方案修正等工作。（4）隧道周?chē)鷩鷰r松散，結(jié)構(gòu)自穩(wěn)周期短，所以，爆破、排險(xiǎn)到位后要以最快速度開(kāi)展錨、噴、掛網(wǎng)及型鋼等架設(shè)施工，但此施工過(guò)程中要注意出渣的同步或交錯(cuò)進(jìn)行，尤其對(duì)地下水活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)段，支護(hù)施工要及時(shí)跟近，便于穩(wěn)定圍巖。（5）仰拱要跟緊施工進(jìn)程，對(duì)于地質(zhì)條件不良的區(qū)段，在二次襯砌之前需要完成底板施工，在完成拱、墻部的初期支護(hù)后緊跟著完成仰拱施工，這樣不僅能方便初期支護(hù)盡快形成封閉的受力結(jié)構(gòu)，也能為后續(xù)二次襯砌施工中模板臺(tái)車(chē)軌道的鋪建提供有利條件，同時(shí)方便洞內(nèi)材料運(yùn)輸。

3隧道不利地段施工技術(shù)難點(diǎn)

在隧道不利地段施工時(shí)，存在施工進(jìn)度慢、施工方案變更以及隧道塌方及變形超限三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。（1）施工進(jìn)度慢。由于隧道進(jìn)出口地質(zhì)屬于呈霹靂面發(fā)育的砂巖或千枚巖，存在產(chǎn)狀紊亂、層間結(jié)合力差等特點(diǎn)，施工時(shí)局部會(huì)出現(xiàn)韌性剪切破碎帶且此類(lèi)巖石質(zhì)地較軟，遇水會(huì)發(fā)生軟化、層間滑脫情況，這些問(wèn)題都會(huì)在不同程度上延緩施工進(jìn)度。（2）變更施工方案。初期支護(hù)設(shè)計(jì)方案為：選用長(zhǎng)4.5m的A42小導(dǎo)管加強(qiáng)鎖腳錨桿，同時(shí)選取本項(xiàng)目中Ⅴ形加強(qiáng)型襯砌和雙層小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)施工，將預(yù)留變形量增至25cm，保證各項(xiàng)工序緊密銜接，嚴(yán)格把控施工程序，對(duì)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及時(shí)封閉。但從施工的情況來(lái)看隧道局部仍存在初期支護(hù)變形超限情況。（3）隧道塌方與變形超限。施工中隧道多次出現(xiàn)塌方，存在變形超限問(wèn)題的共3段，全長(zhǎng)125m，隧道拱腰為超限多發(fā)段，最大超限值達(dá)70cm，均由施工控制不當(dāng)或受隧道地質(zhì)制約原因引起。

4施工進(jìn)度緩慢的原因

針對(duì)施工進(jìn)度緩慢的原因，具體分析后確定為以下三方面：（1）本工程處于高原高寒地區(qū)，氣候惡劣，有效施工時(shí)間極短，設(shè)備使用率相對(duì)較低[1]。（2）施工經(jīng)驗(yàn)不足，施工中因未及時(shí)封閉仰拱引起的變形、塌方較多，處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。（3）方案設(shè)計(jì)不合理，前后工序銜接不緊密，要點(diǎn)把握不到位，造成多段返工。

5優(yōu)化施工方案

一般情況下，軟弱圍巖地段自支護(hù)能力較差，故對(duì)軟弱圍巖隧道進(jìn)行施工時(shí)要以提高圍巖自支護(hù)能力為主要目的，這樣才能讓初期支護(hù)快速封閉成環(huán)。本隧道工程中拱部和仰拱結(jié)構(gòu)處承壓較大，因此出現(xiàn)變形的概率也會(huì)增加。

5.1預(yù)留合適的變形量

隧道凈空間與結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸、初期支護(hù)變形情況是選定隧道開(kāi)挖斷面的基本要素，同時(shí)結(jié)合圍巖級(jí)別、施工方案、斷面規(guī)格、埋深、支護(hù)等，通過(guò)工程類(lèi)比法預(yù)留支護(hù)變形量。待仰拱布設(shè)完成后，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算出當(dāng)局部初期支護(hù)變形量為預(yù)留變形量的1/3時(shí)，可使用后注漿措施，此時(shí)初期支護(hù)變形量可被控制在30cm內(nèi)。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中30cm為最佳的預(yù)留變形量，此時(shí)不僅能有效保證二襯厚度，還可在最大程度上縮減成本[2]。

5.2結(jié)合初期支護(hù)封閉成環(huán)時(shí)間優(yōu)化施工方案

為避免初期支護(hù)施工中出現(xiàn)下沉、變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，施工時(shí)要控制好中下層臺(tái)階間距，保證下層臺(tái)階的仰拱布設(shè)緊跟中層臺(tái)階完成，從而讓初期支護(hù)盡快封閉成環(huán)[3]，可采用“三臺(tái)階七步法”施工，并將中層臺(tái)階與仰拱的距離控制在18m之內(nèi)。因上層與中層臺(tái)階均會(huì)出現(xiàn)初期支護(hù)下沉、變形、開(kāi)裂問(wèn)題，因此可將上層、中層、下層臺(tái)階的垂直高度重新修正為3m、3m和3.5m。為縮減初期支護(hù)封閉周期，12d為中層臺(tái)階開(kāi)挖初期支護(hù)到同榀仰拱封閉完成的最長(zhǎng)周期。因仰拱使用整體澆筑法施工，為保障施工進(jìn)度，需將仰拱和填充澆筑頻率控制為6m、4d/次。采用增強(qiáng)的A42注漿小導(dǎo)管注漿工藝對(duì)超前支護(hù)、系統(tǒng)和鎖腳錨桿進(jìn)行施工，注漿時(shí)嚴(yán)格選取止?jié){閥，認(rèn)真完成注漿記錄表。圖1為K85+303、K85+310段的拱頂下沉和周邊位移情況。監(jiān)測(cè)時(shí)間均為2019年。由上圖可知兩段仰拱施工未及時(shí)完成，施工時(shí)借助實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整該段后注漿施工；同時(shí)，拱頂下沉和周邊位移有持續(xù)變形態(tài)勢(shì)，最大變形可達(dá)50cm，不僅侵線嚴(yán)重，存在極大安全隱患，還在一定程度上增加了施工成本。由圖2可知，因K85+328段仰拱布設(shè)及時(shí)，初期支護(hù)封閉成環(huán)迅速，10天內(nèi)拱頂下沉和周邊位移出現(xiàn)收斂現(xiàn)象并有一定程度持續(xù)。結(jié)合圖1和圖2可知，仰拱施工時(shí)間可利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判定，但施工方案需結(jié)合實(shí)際調(diào)整。若初期支護(hù)變形量較大，不僅要采取有效的補(bǔ)救措施，并停止掌子面施工，盡快完成中、下層臺(tái)階，讓仰拱盡快封閉成環(huán)。一般情況下，12～15天為上層臺(tái)階開(kāi)挖后最佳仰拱施工周期，超過(guò)此周期會(huì)增大初期支護(hù)變形量。由于本工程上層與中層臺(tái)階均出現(xiàn)了初期支護(hù)下沉、變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，故施工時(shí)選用了三臺(tái)階預(yù)留核心法。在自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行軟弱圍巖隧道施工時(shí)，工人的施工效率低，為提升工人與設(shè)備施工效率，需將上層、中層、下層臺(tái)階的垂直高程重新調(diào)整并分別控制在3m、3m和3.5m，并將中層臺(tái)階與仰拱間距控制在18m內(nèi)。

5.3優(yōu)化施工措施

（1）因本隧道地處高原地區(qū)，具有惡劣的自然環(huán)境，人工效率較低，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法加工工字鋼，因此要提前聯(lián)系工廠定制成品[4]。（2）本工程的系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿均選用加強(qiáng)型A42注漿小導(dǎo)管，上層與中層臺(tái)階、中層與下層臺(tái)階間每側(cè)通過(guò)4根A42注漿小導(dǎo)管連接，同時(shí)將小導(dǎo)管通過(guò)A32U型鋼筋焊接，有效保證鎖腳質(zhì)量。（3）支護(hù)措施開(kāi)展時(shí)間為初期支護(hù)變形量是預(yù)留變形量的1/3時(shí)，針對(duì)該段選擇后注漿方法處理，嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)要求控制注漿壓力、注漿孔間距[5]。若當(dāng)初期支護(hù)變形量大于預(yù)留變形量，先進(jìn)行后注漿處理，再布設(shè)仰拱并注漿，換拱作業(yè)要待整體穩(wěn)定后再進(jìn)行。

6結(jié)束語(yǔ)

總而言之，高海拔地區(qū)擁有的惡劣環(huán)境和復(fù)雜氣候，讓軟弱圍巖施工在這種環(huán)境下進(jìn)行時(shí)難度極大。為在最大程度上保證施工質(zhì)量，需監(jiān)測(cè)整個(gè)施工過(guò)程并分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上調(diào)整優(yōu)化施工方案，從而控制好隧道支護(hù)存在的變形、開(kāi)裂等問(wèn)題。在對(duì)本工程的施工方案進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化和調(diào)整之后，后期施工中未出現(xiàn)塌方、滑坡等事故，且在保證安全的前提下，比計(jì)劃節(jié)點(diǎn)提前完工，值得同類(lèi)工程參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]雷德明.淺析高海拔隧道軟弱圍巖施工工藝和控制要點(diǎn)[J].四川建筑，2014（03）：260-261.

[2]馬傳明.高海拔高寒隧道施工技術(shù)研究[J].中華建設(shè)，2018（05）：132-133.

[3]張小軍.高海拔嚴(yán)寒隧道穿越冰水堆積層施工關(guān)鍵控制技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（05）：157-159.

[4]余龍,王養(yǎng)鋒,辛紅園.高海拔軟弱圍巖條件下小凈距隧道施工技術(shù)[J].青海交通科技，2017（03）：113-121.

[5]賴建坤.高海拔隧道施工研究[J].交通世界，2019（31）：116-117.

作者：黎倩 單位：四川川交路橋有限責(zé)任公司