軟弱圍巖隧道工程進洞施工技術應用

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摘要：隧道施工環(huán)境復雜，遇破碎狀、風化較嚴重的圍巖地質條件時，將明顯加大施工難度，不利于施工進程的正常推進，甚至誘發(fā)安全事故。其中，洞口段的圍巖地質條件普遍較差，更不利于正常成洞，需要精準匹配施工技術，通過技術的驅動作用高效開展各項工作。鑒于此，文章以大斷面軟弱圍巖隧道工程實例為依托，重點對綜合進洞施工技術展開探討，包括洞口降水、邊仰坡開挖、超前大管棚支護、雙側壁導坑法進洞等內容，闡述施工技術要點，最終取得了良好的施工效果，以供相關項目參考。

關鍵詞：隧道工程；大斷面；軟弱圍巖；綜合進洞；施工技術

1工程概況

某大斷面雙線隧道全長2424m，洞身高11.56m、洞身寬14.32m，進、出口均為斜切式洞門。隧道進口114m，洞身30m內的埋深5～13m不等。現(xiàn)場施工狀況表明，在完成25m的大管棚施工準備進洞時，現(xiàn)場環(huán)境出現(xiàn)異常，洞口邊仰坡有變形開裂問題，最大達8cm，因現(xiàn)場施工環(huán)境的變化，常規(guī)的進洞方案缺乏可行性，經多方商討后，決定采用洞口降水、邊仰坡開挖、超前大管棚支護、雙側壁導坑法等多項與現(xiàn)場環(huán)境相適宜的技術手段，以此保證隧道進洞的安全性。

2洞口降水

根據(jù)隧道進口段的地質勘察結果可知，下伏基巖為全風化花崗巖富水層，該范圍內的地下水含量較高，為實現(xiàn)安全施工的目標，首當其沖的工作在于有效減小地下水的干擾。對此，沿洞口兩側各設一排降水井，每排4眼、間距6m，設備選用的是2.5kW潛水泵，每井一臺。

3邊仰坡開挖

隧道進口段分布較多的軟弱圍巖，同時邊坡土層性質較差，以軟塑狀為主，單次開挖量偏大時易誘發(fā)滑塌事故。對此，遵循的是分層開挖的原則，層高控制在1～2m。逐層依次施工，每完成一層開挖作業(yè)后，隨即采取錨網(wǎng)噴防護措施，選用φ8mm鋼筋網(wǎng)、間距25cm×25cm；拌制混凝土并及時用于噴射，厚度控制在8cm；并設置φ42mm小導管，每根長度取4.5m，于管壁上鉆進φ8mm出漿孔；灌注施工所用材料為水泥水玻璃漿液，注漿壓力1.5MPa[1-3]。

4超前大管棚支護

4.1基本參數(shù)

（1）鋼管選用的是熱軋無縫鋼管，壁厚為8mm。（2）鋼管接頭采用的是絲扣連接的方法，螺紋段長度至少達15cm，相鄰接頭錯開至少1.0m，同一截面的接頭數(shù)需在50%以內。（3）鋼管上鉆注漿孔，相鄰兩孔間距取15～20cm，但鋼管的尾部以及鏤空部2.0m處不予以鉆孔。（4）管棚管距控制過程中，環(huán)向間距取40cm，鋼管總量共41根，外插角1～3°。

4.2管棚的套拱參數(shù)

在大管棚超前支護施工中，固定端為重點內容，該部分為3榀I18混凝土套拱導向墻。導拱內設長為2m的140mm×5mm導向鋼管，總量為41根。

4.3管棚的施工工藝流程

搭設平臺→測量放樣→制安I18鋼架→固定I40導向管→澆筑套拱混凝土→鉆孔→制安φ127mm管棚鋼管→注漿→止?jié){封孔。

4.4管棚的施工

以I18鋼架為基礎材料，搭建管棚施作平臺，為后續(xù)施工創(chuàng)設良好的基礎條件，以便高效完成鉆孔、鋼拱架安裝等相關工作。為充分發(fā)揮出管棚的平臺作用，在搭建時需加強質量控制，保證其具有足夠的穩(wěn)定性。

4.5測量放樣

（1）鋼拱架的測量放樣。重點內容為縱向中軸線的位置、拱架腳的高程、拱架的縱向間距。（2）導向管的測量放樣。首要工作在于確定導向管的平面位置，利用坡度板完成對導向管的傾角設定工作，期間輔以水準尺檢驗，確保無誤。對于導向管的外插角，較適宜的是前后差距法，根據(jù)施工要求，以1～3°為宜。關于超前大管棚的布置情況如圖1所示。（3）I18鋼拱架的制安。共包含3個節(jié)段，在各自的端部焊接鋼板，利用螺栓等相關零部件穩(wěn)定拼接，以構成完整的拱架結構。對于曲線單元節(jié)段的制作及安裝工作，其對作業(yè)精度提出更高的要求，宜利用型鋼彎曲機加工。為保證鋼拱架的穩(wěn)定性，要求其所在位置的基巖面具有平整、穩(wěn)定的特點。（4）導向管施工。根據(jù)施工要求，選用的是長為2m的140mm×5mm鋼管，利用φ22mm鋼筋將其穩(wěn)定固定在拱架處。（5）立模澆筑。以模注泵為主要施工設備，由該裝置組織套拱的混凝土澆筑作業(yè)。立模的關鍵作業(yè)內容為內模、外模及端頭模，但在模板安裝期間易產生擾動性影響，可能會出現(xiàn)導向管堵塞現(xiàn)象。對此，需要加強對導向管孔口處的防護，以免在立模過程中出現(xiàn)雜物落入管內的情況。（6）管棚鉆孔。以液壓鉆為主要施工設備，適配φ15cm的鉆頭，首先以低壓、低速的狀態(tài)鉆進1.0m，隨后視實際情況合理調整。鉆孔期間加強質量檢驗，根據(jù)實際情況判斷，若存在問題則及時處理。詳細記錄各項數(shù)據(jù)，作為后續(xù)質量分析的關鍵依據(jù)。鉆孔過程中各類殘渣易堆積在孔內，不利于后續(xù)的正常施工，因此鉆孔后需隨即用高壓氣體清理孔內雜物，直至孔內沉渣被控制在許可范圍內為止。大管棚注漿施工中，所用材料以水泥砂漿為宜，按0.8～1的水灰比拌制，按自下而上的順序依次注漿，全過程中根據(jù)實際情況適當調整注漿壓力，初期以0.8～1MPa為宜，終壓可提升至2MPa，并做到一次注漿成型。為保證注漿施工質量，要求壓漿管可有效伸入孔底，以保證壓漿的飽滿性。隨著水泥漿液的逐步凝固，待其達到設計強度的70%后，可以組織洞身拱部的開挖作業(yè)[4]。

5雙側壁導坑法進洞

隧道進洞施工采用的是雙側壁導坑法，整個斷面的施工分為10個部分。按照先①②部、后③④部、再⑤⑥部、最后⑦⑧⑨⑩部的順序依次開挖?？v向臺階長3～4m，左右側壁導坑錯開5～7m。加強各道工序的銜接，初期支護緊跟開挖，盡可能做到盡早封閉成環(huán)。關于具體的施工示意圖如圖2所示。施工工藝流程如下：（1）組織①部的開挖作業(yè)，在導坑周邊設置支護裝置，即初噴4cm厚的混凝土，將鋼架架設到位，設置鎖腳錨桿，按設計圖紙要求安裝I18橫撐。待完成徑向錨桿的鉆進作業(yè)后，復噴混凝土，直至其達到特定的厚度為主。此后，再組織②部的開挖作業(yè)，噴射8cm厚混凝土，用于完全封閉掌子面，導坑周邊噴4cm厚的混凝土。根據(jù)鋼架的實際情況采取接長措施，架設I18臨時鋼架，將鎖腳錨桿安裝至指定位置，再設置I18橫撐。在完成徑向錨桿的鉆孔作業(yè)后，復噴混凝土，以保證其能夠滿足設計厚度要求[5]。（2）組織③部的開挖作業(yè)，將導坑周邊的支護裝置設置到位；再開挖④部，依然設置支護結構，具體方法同上，此處不再贅述。（3）以弱爆破的方式開挖⑤部，在隧底周邊噴4cm厚的混凝土；適當接長鋼筋，完成混凝土的復噴作業(yè)，直至其滿足厚度要求為止。滯后于④部一段距離，依然以弱爆破的方式開挖⑥部，在隧底初噴混凝土，此階段厚度按4cm控制，再進一步復噴，直至滿足設計厚度要求為止。（4）充分利用前一循環(huán)架立的鋼架，于該處開展小導管超前支護作業(yè)，再開挖⑦部，噴混凝土以達到封閉掌子面的效果（厚度按8cm控制）。導坑周邊初噴混凝土的厚度為4cm，架立拱部鋼架，完成錨桿的鉆孔作業(yè)后，進一步復噴混凝土，直至其滿足厚度要求為止；此后，開挖④部，噴射混凝土以封閉掌子面，厚度依然按8cm控制。（5）經前述施工后，開挖⑨部，噴射8cm厚的混凝土，用于封閉掌子面，發(fā)揮出防護的作用；最后，再對⑩部進行開挖，先初噴4cm的混凝土，按規(guī)范將鋼架安裝到位，此后再復噴混凝土，直至其可以滿足設計厚度要求為止。

5.1支護施工

支護采用到錨桿、網(wǎng)噴、鋼拱架。在應用RD25N中空錨桿注漿的方法后有效加固圍巖。錨桿長度4.5m，按照1.0m的間距有序布設，為保證錨桿的穩(wěn)定性，將拱墻處的錨桿尾端焊接至鋼拱架上，安排徑向注漿，通過漿液的應用改善圍巖的狀態(tài)。鋼拱架以I20a工字鋼為原材料制作而得，間距50cm，環(huán)向按100cm的間距設置φ20mm鋼筋，鋼拱架底部鋪設枕木墊塊，增強鋼拱架的穩(wěn)定性，避免下沉。此外，對鋼拱架做加強處理，即在其兩側設置兩排鎖腳錨桿（φ22mm錨桿、長5m）。噴射施工材料選用的是C25混凝土，厚度按25cm予以控制，采用濕噴法分層施工。首先噴射鋼拱架背后，再轉向鋼拱架中間的區(qū)域。

5.2仰拱施工

開挖后及時施作仰拱，采用弱爆破的施工方法，以挖掘機為主要的作業(yè)工具，輔以人工作業(yè)，實現(xiàn)精細化的修整。經過開挖后，若形態(tài)、穩(wěn)定性均滿足要求則及時施作錨桿，再立模、澆注仰拱混凝土。

5.3襯砌施工

軟弱隧道圍巖的穩(wěn)定性不足、變形量較大，對襯砌施工的時間提出較高的要求，必須具有“適中性”。若時間偏早，圍巖應力釋放較小，易導致設置成型的襯砌結構受損；若時間偏遲，此時圍巖已經發(fā)生較長時間的變形，幅度較大，容易導致結構失穩(wěn)。結合實際情況來看，需在圍巖變形減緩后及時施工襯砌，對應于位移-時間曲線上，則指的是圍巖變形速率從快轉至平緩的拐點所對應的時間，但具體還需結合監(jiān)測信息做進一步的分析。在選定合適的時間后，采用封閉整體式臺車施工。

6結束語

綜上所述，隧道洞口段的施工難度較大，具有埋深淺、地質條件差等局限性，而隧道施工的破壞性較強，在外部因素的作用下，易誘發(fā)隧道坍塌、邊仰坡失穩(wěn)等問題，且在軟弱圍巖地質條件中體現(xiàn)得更為明顯。而在本文所論述的工程中，在合理應用綜合進洞施工技術后，能夠有效保證施工的安全性，在相對良好的環(huán)境下完成隧道的建設工作，所采取的施工技術具有可行性，可作為類似工程的參考。

參考文獻

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[4]孫贊，田偉.超前管棚支護在軟弱圍巖隧道施工中的應用[J].工程建設與設計，2020（02）：63-64.

[5]李小剛.大斷面軟弱圍巖隧道綜合進洞施工技術[J].山西建筑，2009（08）：334-336.

作者：徐重陽 單位：中鐵十六局集團鐵運工程有限公司