隧道施工过程中极破碎围岩整治初步探究

2012-11-05金国东刘士锋

山西建筑 2012年2期

金国东刘士锋

云南以地质条件复杂著称，被称为地质王国。云南公路隧道在施工过程中遇到的各种不良地质较多。本文以极其破碎围岩为例，具体探讨在该种地质条件下隧道掘进出现的问题及处理方法。

1 概述

该隧道位于云南省迪庆州境内，属于高海拔隧道，全长835m。隧道穿越舌状山脊，位于澜沧江左岸邻江陡坡地带，隧址区海拔高度为1 846m～2 073m。

隧道覆盖一层厚3m～5m残积碎石土或全风化层，其下为强～中等风化二叠系下统砂质板岩夹薄～中厚层砂岩，岩性极为破碎，基岩产状252°∠76°，在出口段岩层倾向基本与坡向一致(出口段坡面倾向240°～250°)，且呈大倾角，导致岩体深5m～40m范围沿板岩层面拉张卸荷裂隙极为发育，导致出口段岩体深20m～40m范围以碎块状破碎岩质边坡为主，岩性极破碎，稳定性差，开挖时易坍塌是其主要特征。地质横断面示意图见图1。

图1 地质横断面示意图

2 施工情况

由于围岩极其破碎，在开挖掘进20m过程中，小型坍塌不断，有记录大型塌方4次，量最大有150m3，小的也有70m3，造成隧道后侧形成很大空腔，掌子面无法掘进，一旦强行掘进将会产生更大的塌方。

3 施工方案

3.1 施工方法

在施工过程中，针对该种情况进行了多次尝试。首先针对产生的空腔进行处理，方案是:采用18工字钢和22工字钢组成的联合拱上拱，在原钢拱架上方对空腔进行支撑，对空腔采用泵送混凝土进行回填。采用C25喷射混凝土进行封闭。由于常规锚杆无法成孔，塌孔严重，所以所有超前锚杆和系统锚杆均更改为自进式锚杆。为了防止下次开挖再次塌方，故采用超前注浆。具体方案为:

1)对塌方产生的危岩现行进行清除，确保施工安全，防止施工时落石。

2)对空腔内素喷C25混凝土，厚度控制在4cm以上，防止再次塌方。

3)利用18工字钢和22工字钢对空腔进行拱上拱支撑，其中周边主要支撑采用22工字钢，中间桁架采用18工字钢，间隔40cm设置一榀，并采用纵向连接筋连接，保证钢支撑的整体性。

4)支钢模板，采用输送泵泵送C20混凝土，泵送混凝土采用间歇式泵送，控制泵送混凝土的数量，最佳是控制在拱顶上方形成1m～1.5m混凝土壳即可。

5)在已经封闭好的掌子面拱顶上方采用小导管注浆，水灰比采用0.5∶1或者根据扩散情况确定。浆液适合采用浓浆并加入适量砂。注浆采用间歇式注浆。

6)超前锚杆采用自进式锚杆，进行下一个循环开挖。开挖要求按照钢拱架间距进行开挖，必须留核心土。

3.2 主要施工技术指标

1)拱上拱各榀间距与钢拱架间距一致，间距40cm。除喷混凝土厚度4cm。

2)小导管超前预注浆施工工艺。用红外激光指向仪定位，并划出隧道开挖轮廓线，在隧道开挖前，于拱部轮廓线外10cm处用YT-28钻机钻孔，人工打入超前小导管，并采用单液水泥浆注浆加固围岩。超前小导管采用长3.5m的φ42有缝钢管，壁厚3mm，环向间距0.3m(原设计为 0.6m)，倾角 7°～10°，搭接 1m ～1.5m。

注浆技术参数:纯水泥浆水灰比为0.5∶1;注浆压力:0.4mPa～0.5mPa;注浆加固范围:隧道开挖轮廓线外1.5m;注浆段长3.5m;浆液扩散范围:0.4m～0.5m。注入量按下式计算:

其中，Q为注浆量，m3;R为浆液扩散半径，m;L为注浆段长度，m;N为地层孔隙率;α为有效注浆系数，0＜α＜1;β为浆液损耗系数，β＞1。

采用定压为主、定量为辅的注浆标准，待水泥浆基本凝固(4 h～8 h)后进行开挖作业。

3)开挖及喷锚支护。采用留核心土法施工:每次开挖循环进尺0.5m以内，待钢拱架支撑好，喷射混凝土后再行开挖中间部分。尽量不要放炮，如果不能避免尽量在拱角位置放小炮。

锚喷支护体系的施工工艺和主要技术参数:施作φ25自进式超前锚杆和系统锚杆;钢筋网采用φ8钢筋，网格尺寸为0.15m×0.15m，网片尺寸为1.5m×1.0m，搭接1个～2个网格并与隧道开挖周边靠紧铺挂;格栅钢架(φ22)间距1m，围岩特别破碎段，间距变为0.5m～0.75m，格栅钢架和超前小导管及WTD锚杆的尾端焊接在一起;分层喷射混凝土至设计厚度(20cm);为确保施工安全，采用短开挖、喷锚紧跟的方法施工，在拱部支护下沉量过大段增设锁脚锚杆。