公路隧道淺埋軟巖段施工技術淺析
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摘要：文中結(jié)合施工案例，分析了隧道施工過程中產(chǎn)生的病害成因，并提出了相應解決措施，以供參考。
1工程概況
某高速公路隧道設計采用左、右線分離式，隧道左線全長1125m，右線全長1132m。隧道凈寬10.25m，按單向兩車道設計。隧道地處低山丘陵區(qū)，流水侵蝕嚴重，溝谷發(fā)育，隧道進出口位于坡腳地帶，屬于淺埋軟巖地段。隧道最大埋深為116.5m，最小埋深為3.5m。洞身段為強風化泥巖，遇水后強度急劇下降，多呈軟塑狀，類似于軟土，圍巖等級為Ⅴ級。隧道所處區(qū)域地下水來源主要為裂隙水，受大氣降水影響較大，雨季水量大，旱季水量較少。隧道進出口段為淺埋軟巖段，隧道圍巖松散、自穩(wěn)能力差，裂隙節(jié)理發(fā)育，受地表水影響較大。隧道洞口段存在偏壓，且施工條件較差，受洞口高邊坡影響較大。
2隧道主要病害與成因分析
2.1邊坡滑塌
為減少邊仰坡開挖支護工作量，減輕對周邊植被的破壞程度，隧道進洞施工采用暗挖法。進洞開挖采用全斷面開挖法，在進洞后隧道邊仰坡出現(xiàn)了多次滑塌事故，嚴重影響施工進度和施工安全。分析原因主要包括兩個方面：一是開挖方法選擇不當，全斷面開挖工作面大，開挖過程中對圍巖擾動大，釋放了大量的圍巖應力，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；二是沒有及時對邊仰坡開展防護，在不滿足進洞條件的情況下強行施工，導致邊坡出現(xiàn)滑塌事故。應對措施：隧道進洞施工前，對邊仰坡進行刷坡和防護，盡可能避免大挖大刷，通常采用錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護的方式進行防護。邊坡支護穩(wěn)定后再進行開挖，并對淺埋段做好沉降監(jiān)測。采用分布開挖留核心土法進行開挖，減少開挖斷面尺寸，提高圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2.2塌方、冒頂事故
在隧道左線上導坑開挖進尺達到64m時，隧道洞頂出現(xiàn)掉塊、地表下沉嚴重，發(fā)生了塌方、冒頂事故。分析原因是由于該段仍處于淺埋軟巖路段，開挖時采取了爆破作業(yè)，一次開挖進尺過大，對圍巖擾動較大，出現(xiàn)了較大的超挖現(xiàn)象，進而導致出現(xiàn)塌方、冒頂事故。應對措施：為了保證施工安全，施工單位對塌方、冒頂部位采取回填處理，重新壓實后再進行開挖支護。在后續(xù)開挖過程中嚴格控制開挖進尺，并采取超前小導管進行超前支護，提高圍巖結(jié)構(gòu)的自穩(wěn)能力。
2.3拱頂沉降、噴射混凝土掉塊
在隧道右線施工過程中，出現(xiàn)拱頂沉降量較大的現(xiàn)象，最大變量為20mm/d，拱頂位置出現(xiàn)了小面積塌方，影響正常施工。在初期支護結(jié)構(gòu)施作完成后，隧道受到圍巖的擠壓作用，兩側(cè)壁噴射混凝土出現(xiàn)了掉塊，且出現(xiàn)了滴水現(xiàn)象。另外，超前錨桿出現(xiàn)了變形扭曲，造成隧道初期支護結(jié)構(gòu)下部產(chǎn)生了較大變形。分析原因是由于隧道超前地質(zhì)預報滯后，對隧道圍巖基本情況了解不足，沒有及時調(diào)整超前支護和初期支護參數(shù)，由于圍巖裂隙較發(fā)育，開挖后釋放了大量的應力，使隧道圍巖和初期支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大變形。應對措施：在開挖前開展超前地質(zhì)預報，確定掌子面前方圍巖和地下水情況，并調(diào)整施工方案，對超前支護和初期支護施工參數(shù)進行調(diào)整，控制圍巖變形。另外，在施工過程中加強拱頂下沉、周邊位移監(jiān)測，分析數(shù)據(jù)確定支護結(jié)構(gòu)對圍巖變形的控制效果。如發(fā)現(xiàn)圍巖變形有增大趨勢，及時采取加固措施，并進一步調(diào)整支護參數(shù)，實行動態(tài)施工管理。
2.4拱頂縱向裂縫
在隧道右線施工過程中，出現(xiàn)縱向裂縫，在隧道上部地面也發(fā)現(xiàn)一條縱向大裂縫，裂縫走向與隧道基本平行，且裂縫發(fā)展速度較快，裂縫最大寬度已達到240mm左右，裂縫長度超過20m。分析原因一方面是由于開裂區(qū)域較大范圍內(nèi)存在較深的上層滯水、長期浸泡土體，使土體強度下降，造成土體失穩(wěn)；另一方面是由于開挖后釋放了圍巖應力，使隧道上覆土體產(chǎn)生松弛，使上部淺層滑動面產(chǎn)生滑動，進而導致出現(xiàn)了地面裂縫。另外，由于爆破施工產(chǎn)生的擾動較大、初期支護參數(shù)選擇不當、施工不及時、沒有及時封閉成環(huán)等原因，使松散巖體的空隙不斷被填充，導致產(chǎn)生了一定程度的差異變形，使地表產(chǎn)生開裂。另外，雨水的滲入也加劇了圍巖變形，進一步加劇了開裂。應對措施：為了防止裂縫進一步發(fā)展破壞，開挖后采用不透水材料進行回填，并開挖截水溝防止地表水滲入。初期支護完工后盡快施作仰拱封閉成環(huán)，對初期支護出現(xiàn)變形扭曲、開裂的區(qū)域，按照一定間距增設臨時支撐，并設置縱向連接鋼筋進行補強。另外，還可以對圍巖松散區(qū)域進行注漿加固，提高圍巖的穩(wěn)定性。
3淺埋軟巖段施工技術
3.1進洞方案
（1）邊仰坡防護。根據(jù)設計要求，對邊仰坡、洞口位置進行錨噴防護。所選錨桿為Φ22螺紋鋼筋，長度為3.5m，布置間距為1m，采取梅花形布置。鋼筋網(wǎng)片選用Φ8盤條，網(wǎng)格尺寸為200mm×200mm，C25噴射混凝土厚度為150mm。（2）套拱施工。套拱位于已開挖的穩(wěn)定端，通常采用鋼拱架、鋼筋作為骨架架構(gòu)，并現(xiàn)澆混凝土或噴射混凝土。鋼拱架具有較高的剛度，可提高套拱剛度。套拱內(nèi)部布置有導向管，可以控制超前小導管的外插角。本項目套拱選用I20工字鋼拱架，布置間距為500mm，縱向連接鋼筋采用Φ22螺紋鋼筋，環(huán)向間距為1m，采用C25噴射混凝土。（3）超前小導管施工。超前小導管沿隧道開挖輪廓施作，可加固開挖面周邊圍巖，減少超挖，防止產(chǎn)生塌方。通過注漿，可以將漿液擴散到圍巖孔隙中，在開挖輪廓線外部形成加固圈，進一步提高圍巖的穩(wěn)定性。同時，超前小導管注漿不僅可以加固圍巖，還可以通過堵塞圍巖內(nèi)部的孔隙，可用于含有地下水的地層，防止地下水滲流到隧道開挖面，起到堵水的作用。本項目超前小導管設計長度為4m，選用外徑為42mm，壁厚3mm熱軋無縫鋼管加工而成。在管壁四周布置注漿孔，采用梅花形布置，間距為150mm，注漿孔徑為8mm。小導管尾端留500mm不加工注漿孔，以防止注漿過程中漏漿。為了便于進行送管施工，小導管前端加工成尖錐形。超前小導管布置范圍為138~150°，采用雙層布置，環(huán)向間距400mm，采用內(nèi)外交錯布置。小導管注漿采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿過程中嚴格控制注漿壓力和注漿量。注漿過程中如發(fā)生漏漿，應暫停注漿，對漏漿點處理后待水泥漿凝固后再進行注漿。超前小導管施工過程中嚴格控制外插角，縱向搭接不少于1m。
3.2淺埋洞口段施工
（1）開挖方法。為保證圍巖穩(wěn)定性，采取留核心土環(huán)形開挖法。先進行上臺階開挖、并預留100mm變形量，核心土縱向長度為2~3m，兩側(cè)環(huán)形開挖區(qū)域?qū)?m，以便于進行初期支護施工。（2）主要施工技術。由于隧道洞口段屬于淺埋軟巖段，為保證圍巖穩(wěn)定性，嚴格控制開挖進尺，每個循環(huán)進尺為0.6~1.0m。每個循環(huán)開挖施工前，對開挖面拱部進行超前鉆孔注漿，安裝早強砂漿超前錨桿。超前錨桿設計長度為3m，布置間距為0.5m，仰角20~30°。采用風動鑿巖機鉆孔，嚴格控制裝藥量，采用預裂爆破，減少對圍巖的擾動。開挖后初噴混凝土，安裝鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片，縱向連接鋼筋選用Φ22螺紋鋼筋。鋼拱架選用Ⅰ18型工字鋼，縱向間距為750mm，系統(tǒng)錨桿選用Φ22中空注漿錨桿，環(huán)向布置間距為1m。鋼筋網(wǎng)片選用Φ8盤條，網(wǎng)格尺寸為200mm×200mm。掛網(wǎng)后進行C25噴射混凝土施工，施工過程中嚴格控制粉塵和回彈。（3）右線洞口處拱腳容易受地下水影響，該區(qū)域為泥巖，遇水后穩(wěn)定性差。采取接長明洞的方式進行處理，將明洞原設計長度為5m變更為18m。明洞施工后進行反壓回填，分層回填、分層壓實，提高洞口邊仰坡的穩(wěn)定性。為了及時排除隧道洞口處圍巖內(nèi)部的地下水，分別在拱頂和兩側(cè)拱腰設置泄水孔。泄水孔選用Φ89鋼花管，長度為7m，鋼花管上交替布置10mm小孔，間距為150mm，并用土工布進行包裹。
3.3淺埋軟巖段上臺階施工技術
該隧道施工采用新奧法，淺埋軟巖段采用留核心環(huán)向開挖法施工。超前支護采用雙層小導管周壁預注漿，小導管長度為3.5m，外插角10~30°，前后兩環(huán)搭接長度不小于lm。小導管注漿采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿4h后采用弱爆破或風鎬開挖，盡量減少對圍巖的擾動。首先開挖左、右兩側(cè)，然后進行拱部開挖，每個開挖循環(huán)進尺為600mm。開挖預留核心土，核心土長度為3~5m。開挖完成后立即初噴50mm厚噴射混凝土，然后安裝鋼拱架、錨桿和鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土完成初期支護。
3.4淺埋軟巖段下臺階施工技術
上臺階施工50m，初期支護結(jié)構(gòu)變形基本穩(wěn)定后，開始下臺階施工。下臺階開挖必須進行拱腳加固，在上臺階鋼拱架拱腳兩側(cè)施作4根縮腳錨桿，連接鋼板擰緊螺帽，防止下臺階開挖后產(chǎn)生沉降。在鋼拱架兩側(cè)拱腳縱向布置1根I20工字鋼縱梁，將上臺階各榀鋼拱架連接為一個整體，防止掉拱，保證下臺階開挖安全。下臺階開挖采用拉中槽跳馬口的方式，中槽開挖10~20m后，交替開挖兩側(cè)斷面，避免開挖后同一斷面兩側(cè)拱腳同時懸空。開挖完成后及時進行下臺階支護，并盡快施作仰拱封閉成環(huán)，提高整體支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。二次襯砌開挖前拆除I20工字鋼縱梁，割斷外漏的錨桿等尖銳鋼筋，然后進行塑料防水板施工。另外，在公路隧道淺埋軟巖段施工過程中，布置測點進行監(jiān)控量測作業(yè)，并及時收集數(shù)據(jù)分析隧道圍巖和初期支護結(jié)構(gòu)的變形和受力情況。如出現(xiàn)較大變形，應及時采取措施進行加固，以防產(chǎn)生安全事故，避免不必要的經(jīng)濟損失，保證施工安全。
4結(jié)語
公路隧道淺埋軟巖段，地質(zhì)條件差，圍巖自穩(wěn)能力差，如開挖方法或支護參數(shù)選擇不當很容易出現(xiàn)大變形，甚至出現(xiàn)塌方事故。在隧道勘察設計階段，應詳細做好地質(zhì)勘察，為設計與施工方案的制定提供有力依據(jù)。對淺埋軟巖段，應采用弱爆破或機械開挖、短開挖、強支護的方式進行施工，減少對圍巖的擾動，及時施作初期支護，及時封閉成環(huán)，盡可能減少圍巖和支護結(jié)構(gòu)變形。在施工過程中，開展超前地質(zhì)預報，在地質(zhì)情況與設計文件出現(xiàn)較大出入時及時調(diào)整施工方案。另外，在施工過程中做好監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)，確保施工安全。
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作者:曹廣榮 單位:山西路橋第六工程有限公司
