談隧道堆積體段開挖支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用

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摘要：羅打拉隧道掌子面開挖后揭示圍巖為松散堆積碎石層，碎石之間膠結(jié)性差，自穩(wěn)能力較差，施工過程中產(chǎn)生的輕微震動(dòng)，即可造成大面積的坍塌，存在一定的施工安全隱患。為了隧道施工順利進(jìn)行，把風(fēng)險(xiǎn)降到最低，現(xiàn)場(chǎng)施工從仰拱安全步距、初期支護(hù)、注漿加固、快速封閉成環(huán)等多個(gè)方面進(jìn)行了重點(diǎn)控制，還以提高堆積體注漿效果為目標(biāo)開展科研活動(dòng)，指導(dǎo)施工。項(xiàng)目部采取了針對(duì)性的施工技術(shù)，并對(duì)重點(diǎn)進(jìn)行把控，隧道施工最終順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：隧道堆積體段；開挖支護(hù)；技術(shù)

山區(qū)隧道中堆積體圍巖一般為泥石流后堆積而成，開挖過程中圍巖自穩(wěn)性較差。采用常規(guī)開挖工藝施工時(shí)，由于圍巖極度破碎，無法自穩(wěn)，極易超挖甚至造成冒頂、塌方。本文擬對(duì)華麗高速羅打拉隧道左洞出口段ZK106+947～ZK106+784開挖支護(hù)施工進(jìn)行施工工藝的研究和改進(jìn)，以保證隧道工程順利進(jìn)行。

1工程概況

羅打拉隧道采用礦山法施工，左洞出口段ZK106+735-ZK106+932為Ⅵ3級(jí)圍巖，地形偏壓，埋深0～27米。以稍密狀碎石及強(qiáng)風(fēng)化玄武巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，多呈碎石狀碎裂結(jié)構(gòu)或碎石狀散體結(jié)構(gòu)。巖土富水性弱～中等，開挖時(shí)可能存在淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?、滲水等現(xiàn)象。掌子面開挖揭示：開挖后揭示圍巖為松散堆積碎石層，碎石之間膠結(jié)性差，自穩(wěn)能力較差，施工過程中產(chǎn)生的輕微震動(dòng)，即可造成大面積的坍塌，存在一定的施工安全隱患。

2施工總體原則

羅打拉隧道的施工，設(shè)立了16字的施工總體方針和原則，為：愛護(hù)圍巖、動(dòng)態(tài)施工、內(nèi)實(shí)外美、重視環(huán)境。其中“愛護(hù)圍巖”是指為主的開挖方式必須減少圍巖的擾動(dòng)，如爆破時(shí)，采用光面爆破或者預(yù)裂爆破；“動(dòng)態(tài)施工”是指通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)合地址素描、監(jiān)控量測(cè)等手段，從而及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)的變化參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供可靠依據(jù)；“內(nèi)實(shí)外美”是采用全斷面襯砌臺(tái)車，一次性澆筑混凝土，加強(qiáng)對(duì)混凝土質(zhì)量的控制；“重視環(huán)境”是指在施工過程中，一方面確保工作環(huán)境不對(duì)施工人員的健康造成損害，另一方面要注意棄碴、排水等盡量不對(duì)周圍環(huán)境造成污染。

3施工重點(diǎn)控制

羅打拉隧道左洞進(jìn)口段約200米的處于軟弱圍巖區(qū)段，地勘揭露為玄武巖風(fēng)化坡積體，隧道圍巖以稍密狀碎石及強(qiáng)風(fēng)化玄武巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈碎石狀碎裂結(jié)構(gòu)或碎石狀散體結(jié)構(gòu)。針對(duì)該段堆積體施工的特殊性，施工工法采用三臺(tái)階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法，開挖前對(duì)地層進(jìn)行超前支護(hù)，開挖后及時(shí)施作初期支護(hù)。開挖時(shí)單次進(jìn)尺不大于0.6米，仰拱與掌子面的距離不大于20米，二襯與掌子面距離不大于50米。為了確保隧道開挖面的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)施工中的關(guān)鍵工序進(jìn)行嚴(yán)格控制以確保施工質(zhì)量，其中重點(diǎn)控制的內(nèi)容包括：及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工、注漿法（預(yù)）加固地層、仰拱及時(shí)封閉、加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)等。其中重中之重是優(yōu)化注漿工藝的研究。

3.1及時(shí)噴混

在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，因工人操作不規(guī)范和開挖的巖面不平整，噴射混凝土?xí)r常會(huì)有以下幾個(gè)現(xiàn)象：（1）噴射量不足；（2）噴射厚度不均勻；（3）背后空洞；（4）基底處理不當(dāng)。這些都會(huì)導(dǎo)致難以充分發(fā)揮初噴混凝土的支護(hù)效果。針對(duì)羅打拉隧道所處的松散堆積體圍巖，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)更需要注重噴射混凝土的作用。由于圍巖基本無自穩(wěn)能力，掌子面開挖后易發(fā)生掉塊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鋼拱架和超前小導(dǎo)管的施工，因此現(xiàn)場(chǎng)還需對(duì)掌子面進(jìn)行噴混封閉，所用的混凝土與初噴混凝土標(biāo)號(hào)相同。

3.2地層加固

由于羅打拉隧道的圍巖條件較差，掌子面與開挖后的洞身難以穩(wěn)定，為保證隧道施工在安全條件下進(jìn)行，除及時(shí)用噴射混凝土封閉工作面外，還應(yīng)對(duì)隧道所處地層進(jìn)行（預(yù)）加固。現(xiàn)場(chǎng)采取的主要措施是對(duì)超前小導(dǎo)管與鎖腳小導(dǎo)管進(jìn)行注漿。對(duì)超前和鎖腳小導(dǎo)管的注漿可以在巖土體中形成具有一定剛度的加固圈，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，阻隔地下水的滲流通道，從而使隧道開挖時(shí)，圍巖的穩(wěn)定性明顯提高。此外，施工中所施作的小導(dǎo)管其結(jié)構(gòu)本身也具有支護(hù)地層的作用。羅打拉隧道現(xiàn)場(chǎng)采用的漿液采用雙液水泥漿，水灰比1:1（重量比），添加劑偏鋁酸鹽1%~2%（水泥質(zhì)量）。注漿壓力0.5～1.0MPa。注漿的具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況適當(dāng)調(diào)整，施工現(xiàn)場(chǎng)配備比重計(jì)，每次量測(cè)漿液比重，嚴(yán)格控制水泥和添加劑的用量，采用注漿壓力和注漿量雙重控制原則。超前小導(dǎo)管施工采用Ф42×3.5mm鋼管，在前部管壁按梅花形布置溢漿孔，孔徑為10Φmm，孔間距15cm，由鑿巖機(jī)打入，管環(huán)向間距0.3m，縱向相鄰兩排的水平投影搭接長(zhǎng)度不小于150cm。鎖腳部位采用與超前相同尺寸的小導(dǎo)管，在上臺(tái)階與中臺(tái)階左右側(cè)腳部以12°的下插角垂直巖面各打設(shè)兩組。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中，由于破碎體圍巖不能成孔，鎖腳小導(dǎo)管難以打入，或打入長(zhǎng)度無法滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)此情況，現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)一組鎖腳小導(dǎo)管作為補(bǔ)強(qiáng)措施，并在注漿前嚴(yán)格控制小導(dǎo)管的施工質(zhì)量。

3.3仰拱快速封閉成環(huán)

仰拱是隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其跟進(jìn)時(shí)機(jī)對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定有著重要的影響。保證合理的步距不僅可以充分發(fā)揮支護(hù)體系的作用，還可以有效地調(diào)動(dòng)圍巖的自穩(wěn)能力，節(jié)約支護(hù)材料，加快施工進(jìn)度，提高隧道施工的安全。從變形的角度來講，在IV級(jí)和V級(jí)軟弱圍巖中進(jìn)行隧道施工時(shí)，80%以上的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形發(fā)生在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)之前。同時(shí)也有相應(yīng)的研究表明，隨著仰拱封閉距離的減小，隧道變形呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。所以縮短仰拱步距、盡早完成初期支護(hù)封閉是控制變形的有效措施。因此，根據(jù)上述的分析，從控制變形的角度出發(fā)，為使變形量最小，可選擇15~20m的仰拱步距(即仰拱緊跟下臺(tái)階)。在本工程中將步距控制在20m內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)施工中當(dāng)安全步距滿足要求時(shí)，按要求及時(shí)開挖仰拱、快速成環(huán)從而保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。開挖時(shí)單次進(jìn)尺不大于3米。此外，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，下臺(tái)階單次、單側(cè)開挖長(zhǎng)度為1.8米。

4堆積體注漿研究

羅打拉隧道洞口段圍巖以風(fēng)化玄武巖堆積體為主，在注漿過程中漿液會(huì)四處擴(kuò)散，難以控制，導(dǎo)致注漿效果無法達(dá)到預(yù)期要求。為解決這一問題，項(xiàng)目部多次邀請(qǐng)總監(jiān)辦、指揮部、設(shè)計(jì)院等各方的專業(yè)人士到現(xiàn)場(chǎng)考察、指導(dǎo)工作。最后通過專業(yè)的數(shù)值分析軟件，探討了小導(dǎo)管布設(shè)對(duì)注漿加固圈形成的影響，分別建立不同布設(shè)角度（θ）和小導(dǎo)管長(zhǎng)度（L）下的注漿擴(kuò)散模型。研究?jī)蓚€(gè)重要參數(shù)其對(duì)加固圈形成影響，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供參考。

4.1小導(dǎo)管布設(shè)對(duì)注漿加固圈形成的影響

根據(jù)單根小導(dǎo)管注漿擴(kuò)散規(guī)律，分析注漿壓力為P=0.8MPa、注漿時(shí)間t=350s、小導(dǎo)管長(zhǎng)度L=3.5m的施工參數(shù)下小導(dǎo)管布設(shè)角度對(duì)注漿加固圈形成的影響。不同小導(dǎo)管布設(shè)角度下注漿擴(kuò)散模型如圖1所示。由圖1可以看出，注漿加固圈的分布與小導(dǎo)管布設(shè)角度密切相關(guān)，不同布設(shè)角度下注漿加固圈表現(xiàn)出明顯的差異。就本工程而言，綜合注漿效果和經(jīng)濟(jì)性，最后現(xiàn)場(chǎng)小導(dǎo)管布設(shè)角度控制在30°以內(nèi)。

4.2小導(dǎo)管布設(shè)長(zhǎng)度對(duì)注漿加固圈形成的影響

根據(jù)圖3-5的注漿擴(kuò)散規(guī)律，分析注漿壓力為0.8MPa、注漿時(shí)間360s、小導(dǎo)管布設(shè)角度為30°的施工參數(shù)下不同小導(dǎo)管布設(shè)長(zhǎng)度（取0.5m、1.5m、2.5m以及3.5m）對(duì)注漿加固圈形成的影響。不同小導(dǎo)管布設(shè)長(zhǎng)度下注漿擴(kuò)散模型如圖2所示。由圖2可以看出，注漿加固圈的分布與小導(dǎo)管布設(shè)長(zhǎng)度的不同表現(xiàn)出較大的差異性。就本工程而言，綜合注漿效果和經(jīng)濟(jì)性，最后現(xiàn)場(chǎng)小導(dǎo)管施工長(zhǎng)度為2.5m?；谏鲜龅难芯糠治觯F(xiàn)場(chǎng)對(duì)注漿施工進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，通過選取試驗(yàn)段施工，確定了一種新的注漿方案，其各項(xiàng)施工參數(shù)見表1。注漿施工改良后，碎石空隙得到有效的填充，漿液凝固時(shí)間明顯縮短，對(duì)圍巖開挖時(shí)的超挖得到有效控制，施工安全有了保障。

5結(jié)論

為保證羅打拉隧道暗洞開挖階段的施工安全，根據(jù)施工條件、設(shè)計(jì)要求和相關(guān)行業(yè)規(guī)范，采取了以下幾個(gè)重點(diǎn)把控措施：（1）開挖后及時(shí)噴射混凝土封閉開挖面；（2）對(duì)超前與鎖腳部位的小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，并在小導(dǎo)管打入長(zhǎng)度不能保證時(shí)增加小導(dǎo)管組數(shù)，嚴(yán)格控制注漿效果；（3）將仰拱安全步距控制在20米內(nèi)；（4）以提高堆積體注漿效果為目標(biāo)開展科研活動(dòng)，指導(dǎo)施工。上述措施都有力的保證了進(jìn)洞至今，羅打拉隧道堆積體段的安全開挖。盡管局部存在超挖現(xiàn)象，卻并未出現(xiàn)塌方。此外，施工期間嚴(yán)格保持監(jiān)控量測(cè)的要求頻率，所測(cè)得拱頂沉降、收斂、位移基本都符合要求，說明現(xiàn)場(chǎng)施工的效果較好。本文對(duì)羅打拉隧道左洞施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，形成了合理的施工工藝和重點(diǎn)把控，隧道施工最終順利進(jìn)行。

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作者：周杰 江錫山 單位：中交第三航務(wù)工程局有限公司南京分公司