浅埋软弱围岩大跨隧道的施工技术研究

2016-08-08李成涛

大科技 2016年7期

关键词：下台阶导坑台阶

李成涛

（重庆川九建设有限责任公司重庆市渝北区 401120）

浅埋软弱围岩大跨隧道的施工技术研究

李成涛

（重庆川九建设有限责任公司重庆市渝北区 401120）

隧道工程施工难度较大，一旦遭遇风化带、地形偏压、软弱堆积物、软弱围岩等特殊的地质问题，极易导致浅埋软弱围岩大跨隧道施工过程中面临着围岩变形的困难，出现拱顶下沉或者地表开裂等问题。本文将分析浅埋软弱围岩大跨隧道的施工技术。

浅埋；软弱围岩；大跨径；隧道；施工技术

1 引言

隧道工程分为两种，分别是深埋隧道与浅埋隧道。而浅埋隧道地质相对特殊，在开挖的过程中可能会出现拱顶下沉急剧加大，地表开裂等问题。在浅埋软弱围岩隧道施工的过程中，要使用正确的方法和技术，保证施工的安全和质量。

2 浅埋软弱围岩大跨隧道的施工流程

2.1 关于施工技术中的超前支护

对于软弱围岩，其稳定性较差，因此在建设的过程中需要做好超前支护。超前支护的内容包括小导管注浆、管棚、超前锚杆、账幕注浆等等。①超前锚杆。在隧道开挖之前，需要在隧道的周围放置超前锚杆，从而起到预先加固的效果。超前锚杆的主要参考数据包括以下四个方面：锚杆的长度I=3.2m～5.2m；锚杆之间的间距d=0.4m=0.6m；锚杆的直径φ=21～32mm；锚杆的外插角a=12m～17m。在隧道建设中，一般情况下使用普通的砂浆锚杆；在特殊情况下使用迈式锚杆和药包锚杆。②小导管注浆。在隧道建设发展的过程中所使用的小导管超前注浆技术，是在地基灌浆的基础上所实施的一种围岩加固技术，具有止水的效果。操作方法是在隧道开挖的掌子面上，在开挖轮廓线的0.3m～0.4m之外，钻孔并安装小型的钢花管，进而进行高压注浆的加固工作，要等到所注的浆液达到规定的强度之后再进行开挖。小导管注浆的主要参考数据是：小导管的长度I=3.2m～5.2m；小导管之间的间距d=0.4m～1.2m；小导管的直径φ=42mm～62mm。

2.2 隧道建设中的开挖施工

隧道围岩开挖的过程中，为了避免隧道的拱顶出现急剧下沉甚至塌方，必须采取正确的施工方法。例如上半断面台阶法、中壁法和双侧导坑开挖法。若要增加软弱围岩的承压能力并减少对围岩的扰动，施工人员要采用全断面的光面爆破技术，而对于地质条件更差的地方，必要时采用半断面和弱爆破手段进行开挖。对于一些大断面或者特大的断面，施工人员要采取分部开挖法，现在常用的有CD法或者CRD法。当遇到一些较大的突发事件时，比如涌水，又或者一些特殊的地质状况时，比如溶洞、断层等等，就要适时地改变施工方法和手段，尽量的保证施工安全和隧道质量。比较常用的开挖隧道的方法有两种：①非钻爆措施，比较适合于非常软弱的围岩地质；②松动爆破、微震动爆破，这比较适合于平常的软弱围岩地段。

2.3 关于隧道建设中的监控量测

做好监控测量，能够监测软弱围岩的稳定性，以保证隧道的安全和质量，为隧道的施工方和设计方提供有效的参考数据。隧道的两侧主要分为两个方面，分别是施工前的量测和施工中的量测。施工前的量测工作主要有地质的调查、现场试验等，从中了解掌握软弱围岩的具体构造及特征；施工中的量测主要以现场量测为主，以监视施工的状况和控制变形，发现潜在的问题并提出科学的解决措施。施工中进行的量测工作主要有量测软弱围岩内部的松弛范围，量测坑道周围的位移，量测支护结构的自承能力等（具体浅埋软弱围岩大跨隧道施工的流程如图1）。

3 大跨隧道主要施工方法分析

目前，国内应用的大跨隧道施工方法主要有上半断面台阶法、中壁法和双侧导坑开挖法。本文主要介绍上半断面台阶法、双侧导坑开挖法的应用：

3.1 上半断面台阶法

台阶法一般以台阶的长度分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方法。这三种方法中台阶的长度是根据初次支护形成闭合断面的时间来决定，围岩越差其对闭合时间的要求也越短。通常情况下一般的隧道断面适当选择台阶长度是可以适应从土质到岩质较为广泛的地质。长台阶法是将断面分成上半断面以及下半断面两部分分别进行开挖，通常情况下一般上台阶超前50m以上或者大于5倍洞径，而上端面和下端面相距100～150m左右可以进行循环开挖，也可以采取平行开挖的方法。短台阶法的台阶长度通常在20～50m左右，台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞径，两个断面比较近，会对作业造成干扰。由于短台阶会缩短支护结构闭合时间并且改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，因此其使用的范围比较广泛。Ⅱ～Ⅵ类围岩都可以采用，并且尤其适合Ⅱ～Ⅲ类围岩。采用超台阶施工时需要注意以下问题：在软弱围岩施工时，需要特别注意开挖工作面的稳定性，必要时需要采取辅助型的施工措施。上半断面台阶由于施工空间大且速度相对较快，比较适应大型机械的开挖，在大部分围岩条件下都可以采用。

图1 浅埋软弱围岩大跨隧道施工的流程图

在台阶法应用的过程中，需要针对软岩的特点预留变形量，对软岩洞段周边进行位移监测，在隧洞开挖过程中，主要监测隧洞内壁两点连线方向的相对位移或监测点的绝对位移量。隧洞周边位移是围岩应力状态变化的最直观反映，判断出初期支护设计与施工方法选取的合理性；采用统计分析和现场量测相结合的方法对软弱软岩等复杂地质条件下预留变形量的选取进行研究。在对围岩进行合理支护后，选择合适的短台阶法，循环进尺为0.6m，分上、下台阶预留“核心土”的方法进行开挖，上台阶与下台阶的距离在5m左右，下台阶与仰拱的距离在15m以下，下台阶掌子面与二次衬砌的施工距离在50m以下。

3.2 双侧导坑开挖法

侧导坑法通常会被分为单侧导坑法和双侧壁到坑法。一般多应用于大段周围岩石承受力不好的隧道上，然而正因为这种原因它的施工工艺变得异常复杂且繁琐，而且施工进度与效率并不是很高。通常情况下，单侧壁导坑法主要是把断面分成了三个部分：侧壁导坑1、上台阶2、上台阶3。在施工过程中需要遵循一定的顺序：①需要在做好支护工作的基础上，进行侧壁导坑的施工工作，并且尽可能用最快的速度闭合导坑中的初次支护；②需要在做好拱部支护的基础，进行上台阶2的施工工作，并且需要使两侧分别支撑在导航初次支护和上一个台阶上；③需要在保证另一侧边墙的基础上，进行下台阶3的施工工作，尽可能快速完成底部初次支护的建设工作进而闭合全断面。

对初次支护导航的临空部分及进行拆除处理，并完成二次衬砌的工作。这一部分的施工流程由于断面被分成了三个部分且开挖宽度在每一个细节流程中都不大，所以在一定程度上大大减小了侧导初次支护的承受力。因此，这种侧导坑法主要应用在难以控制地表沉降且拥有较大跨度、比较松软的围岩上。双侧导坑法通常被人称为眼睛法，它一般被应用于地表沉降较为严格并且拥有较大隧道跨度的围岩上，这种导坑法主要把断面分为大小均为一致的四个部分，即左右侧壁导坑1、上部核心土2以及下台阶3。它的施工需要遵循的顺序有：①需要在及时有效闭合初次支护的基础上，对一侧导坑进行施工作业，在一定距离之外进行一侧导坑的开挖立功，同时需要建设初次支护；②在初次支护建设的基础上，进行上部核心土的施工作业，并且需要保证其拱脚在两侧壁导坑的初次支护上支撑；③需要在初次支护建设的基础上进行一次全面的下台阶施工作业，并且闭合初次支护的全断面；拆除导坑临空部分的初次支护处理，进而完成二次衬砌的工作。

4 大跨浅埋软弱围岩隧道在施工中需要注意的事项

①隧道开挖的过程中，需要采取网喷支护以避免隧道以及超前导坑间的土体塌落。②钢架在加工之时，要保证它的线形要符合国家规定的标准，在安装之时，要保证每一个钢架要安装在与之相匹配的桩号上，不能混乱。③在将钢架连接筋与钢架进行焊接时，可以把它调整到工字钢腹板的地方进行焊接，这使得焊接的效果俱佳。④在隧道建设中，临时的排水有两种方式：a.洞内超前排水；b.洞口井点降水。两种方式均可以把隧道内的积水排放干净。在隧道的洞内进行排水，需要采取彩色的布铺设在隧道洞内，施工设备免于浸泡。⑤进入工作面进行工作的人员，要严格遵守安全施工的规章制度，按规定正确佩戴安全用具。⑥工作人员在施工过程中要牢记施工技术规范，在工作交接之时做好书面报告工作，没有完成的工作地段要运用示警标示进行警示。在挖掘机开动之后，挖掘机的臂干、履带、铲斗的内部禁止站人，以防发生生命危险。