公路隧道淺埋軟巖段施工技術(shù)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(guò)程中產(chǎn)生的病害成因，并提出了相應(yīng)解決措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道；淺埋軟巖段；施工技術(shù)

1工程概況

某高速公路隧道設(shè)計(jì)采用左、右線分離式，隧道左線全長(zhǎng)1125m，右線全長(zhǎng)1132m。隧道凈寬10.25m，按單向兩車道設(shè)計(jì)。隧道地處低山丘陵區(qū)，流水侵蝕嚴(yán)重，溝谷發(fā)育，隧道進(jìn)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(qiáng)風(fēng)化泥巖，遇水后強(qiáng)度急劇下降，多呈軟塑狀，類似于軟土，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。隧道所處區(qū)域地下水來(lái)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(jìn)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(hù)工作量，減輕對(duì)周邊植被的破壞程度，隧道進(jìn)洞施工采用暗挖法。進(jìn)洞開挖采用全斷面開挖法，在進(jìn)洞后隧道邊仰坡出現(xiàn)了多次滑塌事故，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和施工安全。分析原因主要包括兩個(gè)方面：一是開挖方法選擇不當(dāng)，全斷面開挖工作面大，開挖過(guò)程中對(duì)圍巖擾動(dòng)大，釋放了大量的圍巖應(yīng)力，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；二是沒有及時(shí)對(duì)邊仰坡開展防護(hù)，在不滿足進(jìn)洞條件的情況下強(qiáng)行施工，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)滑塌事故。應(yīng)對(duì)措施：隧道進(jìn)洞施工前，對(duì)邊仰坡進(jìn)行刷坡和防護(hù)，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(hù)的方式進(jìn)行防護(hù)。邊坡支護(hù)穩(wěn)定后再進(jìn)行開挖，并對(duì)淺埋段做好沉降監(jiān)測(cè)。采用分布開挖留核心土法進(jìn)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(dǎo)坑開挖進(jìn)尺達(dá)到64m時(shí)，隧道洞頂出現(xiàn)掉塊、地表下沉嚴(yán)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(shí)采取了爆破作業(yè)，一次開挖進(jìn)尺過(guò)大，對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，出現(xiàn)了較大的超挖現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)塌方、冒頂事故。應(yīng)對(duì)措施：為了保證施工安全，施工單位對(duì)塌方、冒頂部位采取回填處理，重新壓實(shí)后再進(jìn)行開挖支護(hù)。在后續(xù)開挖過(guò)程中嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，并采取超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，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(guò)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(hù)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(hù)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(yù)報(bào)滯后，對(duì)隧道圍巖基本情況了解不足，沒有及時(shí)調(diào)整超前支護(hù)和初期支護(hù)參數(shù)，由于圍巖裂隙較發(fā)育，開挖后釋放了大量的應(yīng)力，使隧道圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大變形。應(yīng)對(duì)措施：在開挖前開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，確定掌子面前方圍巖和地下水情況，并調(diào)整施工方案，對(duì)超前支護(hù)和初期支護(hù)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，控制圍巖變形。另外，在施工過(guò)程中加強(qiáng)拱頂下沉、周邊位移監(jiān)測(cè)，分析數(shù)據(jù)確定支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖變形的控制效果。如發(fā)現(xiàn)圍巖變形有增大趨勢(shì)，及時(shí)采取加固措施，并進(jìn)一步調(diào)整支護(hù)參數(shù)，實(shí)行動(dòng)態(tài)施工管理。

2.4拱頂縱向裂縫

在隧道右線施工過(guò)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(dá)到240mm左右，裂縫長(zhǎng)度超過(guò)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(zhǎng)期浸泡土體，使土體強(qiáng)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(yīng)力，使隧道上覆土體產(chǎn)生松弛，使上部淺層滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)了地面裂縫。另外，由于爆破施工產(chǎn)生的擾動(dòng)較大、初期支護(hù)參數(shù)選擇不當(dāng)、施工不及時(shí)、沒有及時(shí)封閉成環(huán)等原因，使松散巖體的空隙不斷被填充，導(dǎo)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(jìn)一步加劇了開裂。應(yīng)對(duì)措施：為了防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展破壞，開挖后采用不透水材料進(jìn)行回填，并開挖截水溝防止地表水滲入。初期支護(hù)完工后盡快施作仰拱封閉成環(huán)，對(duì)初期支護(hù)出現(xiàn)變形扭曲、開裂的區(qū)域，按照一定間距增設(shè)臨時(shí)支撐，并設(shè)置縱向連接鋼筋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。另外，還可以對(duì)圍巖松散區(qū)域進(jìn)行注漿加固，提高圍巖的穩(wěn)定性。

3淺埋軟巖段施工技術(shù)

3.1進(jìn)洞方案

（1）邊仰坡防護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)邊仰坡、洞口位置進(jìn)行錨噴防護(hù)。所選錨桿為Φ22螺紋鋼筋，長(zhǎng)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(dǎo)向管，可以控制超前小導(dǎo)管的外插角。本項(xiàng)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(dǎo)管施工。超前小導(dǎo)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(guò)注漿，可以將漿液擴(kuò)散到圍巖孔隙中，在開挖輪廓線外部形成加固圈，進(jìn)一步提高圍巖的穩(wěn)定性。同時(shí)，超前小導(dǎo)管注漿不僅可以加固圍巖，還可以通過(guò)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(xiàng)目超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為4m，選用外徑為42mm，壁厚3mm熱軋無(wú)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(dǎo)管尾端留500mm不加工注漿孔，以防止注漿過(guò)程中漏漿。為了便于進(jìn)行送管施工，小導(dǎo)管前端加工成尖錐形。超前小導(dǎo)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(cuò)布置。小導(dǎo)管注漿采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿過(guò)程中嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量。注漿過(guò)程中如發(fā)生漏漿，應(yīng)暫停注漿，對(duì)漏漿點(diǎn)處理后待水泥漿凝固后再進(jìn)行注漿。超前小導(dǎo)管施工過(guò)程中嚴(yán)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(jìn)行上臺(tái)階開挖、并預(yù)留100mm變形量，核心土縱向長(zhǎng)度為2~3m，兩側(cè)環(huán)形開挖區(qū)域?qū)?m，以便于進(jìn)行初期支護(hù)施工。（2）主要施工技術(shù)。由于隧道洞口段屬于淺埋軟巖段，為保證圍巖穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為0.6~1.0m。每個(gè)循環(huán)開挖施工前，對(duì)開挖面拱部進(jìn)行超前鉆孔注漿，安裝早強(qiáng)砂漿超前錨桿。超前錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為3m，布置間距為0.5m，仰角20~30°。采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，嚴(yán)格控制裝藥量，采用預(yù)裂爆破，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。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(jìn)行C25噴射混凝土施工，施工過(guò)程中嚴(yán)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?yàn)槟鄮r，遇水后穩(wěn)定性差。采取接長(zhǎng)明洞的方式進(jìn)行處理，將明洞原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為5m變更為18m。明洞施工后進(jìn)行反壓回填，分層回填、分層壓實(shí)，提高洞口邊仰坡的穩(wěn)定性。為了及時(shí)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(shè)置泄水孔。泄水孔選用Φ89鋼花管，長(zhǎng)度為7m，鋼花管上交替布置10mm小孔，間距為150mm，并用土工布進(jìn)行包裹。

3.3淺埋軟巖段上臺(tái)階施工技術(shù)

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(hù)采用雙層小導(dǎo)管周壁預(yù)注漿，小導(dǎo)管長(zhǎng)度為3.5m，外插角10~30°，前后兩環(huán)搭接長(zhǎng)度不小于lm。小導(dǎo)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(fēng)鎬開挖，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。首先開挖左、右兩側(cè)，然后進(jìn)行拱部開挖，每個(gè)開挖循環(huán)進(jìn)尺為600mm。開挖預(yù)留核心土，核心土長(zhǎng)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(hù)。

3.4淺埋軟巖段下臺(tái)階施工技術(shù)

上臺(tái)階施工50m，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形基本穩(wěn)定后，開始下臺(tái)階施工。下臺(tái)階開挖必須進(jìn)行拱腳加固，在上臺(tái)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(tái)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(tái)階各榀鋼拱架連接為一個(gè)整體，防止掉拱，保證下臺(tái)階開挖安全。下臺(tái)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(shí)懸空。開挖完成后及時(shí)進(jìn)行下臺(tái)階支護(hù)，并盡快施作仰拱封閉成環(huán)，提高整體支護(hù)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(jìn)行塑料防水板施工。另外，在公路隧道淺埋軟巖段施工過(guò)程中，布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)作業(yè)，并及時(shí)收集數(shù)據(jù)分析隧道圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力情況。如出現(xiàn)較大變形，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行加固，以防產(chǎn)生安全事故，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，保證施工安全。

4結(jié)語(yǔ)

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(hù)參數(shù)選擇不當(dāng)很容易出現(xiàn)大變形，甚至出現(xiàn)塌方事故。在隧道勘察設(shè)計(jì)階段，應(yīng)詳細(xì)做好地質(zhì)勘察，為設(shè)計(jì)與施工方案的制定提供有力依據(jù)。對(duì)淺埋軟巖段，應(yīng)采用弱爆破或機(jī)械開挖、短開挖、強(qiáng)支護(hù)的方式進(jìn)行施工，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，及時(shí)施作初期支護(hù)，及時(shí)封閉成環(huán)，盡可能減少圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。在施工過(guò)程中，開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，在地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)文件出現(xiàn)較大出入時(shí)及時(shí)調(diào)整施工方案。另外，在施工過(guò)程中做好監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)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