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富水软弱围岩隧道施工技术研究

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：郑群喜

[导读] 摘要：在改革开放的新时期，随着国家一带一路政策的发展，对高速公路的修建技术提出了更高的要求，我国西南部地区多山岭且地质条件复杂，为了节约修建盘山公路带来的消耗浪费，隧道工程成为山岭地区的首选。

        无聊挖洞建设（杭州）有限公司浙江杭州 310000
        摘要：在改革开放的新时期，随着国家一带一路政策的发展，对高速公路的修建技术提出了更高的要求，我国西南部地区多山岭且地质条件复杂，为了节约修建盘山公路带来的消耗浪费，隧道工程成为山岭地区的首选。公路隧道修建过程中常采用新奥法施工，该方法以围岩自身承载力为基础，通过喷射混凝土、锚杆、钢筋网及钢拱架等初期支护充分发挥围岩本身的承载效能，控制围岩变形及应力释放。
        关键词：富水；软弱围岩；隧道；施工技术
        引言
        针对本段隧道软弱围岩比较多的情况，为了提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍方，确保施工安全。如何根据工程实际拿出最佳方案，是攻克软岩隧道施工的关键和前提，本文根据某单线隧道工程施工经验总结归纳，就如何提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍方，确保施丁安全，可为今后同类隧道的施工提供一定的参考。
        1软弱围岩隧道地质工程的特点
        1）地质特点软弱围岩主要指的是第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分，涵盖江河湖岸和池塘冲积、淤积层、人工杂填土、溶洞充填物等。围岩强度低，承载能力低。如黏性土、粉土、砂类土、黄七、全风化岩体等。普遍节理发育、破碎、自稳能力差。如岩体破碎的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩等。断层带散体结构、自稳能力极差。受构造影响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱状或碎裂结构，充填泥质或泥灾岩屑。2）工程特性软弱围岩强度低、自稳能力差。隧道开挖后地应力重新分布，使隧道周边产生较大的松动圈。软弱围岩被扰动之后，它的稳定性会下降，软弱松动的范围可能还会不断加大，围岩的压力也会不断增大，想要恢复到稳定状态的需要的时间相对比较长，支护和衬砌结构因为压力的原因，很容易引起下沉与变形等危害。因为软弱围岩强度低、稳定性差、易滑塌等特点，所以在工程洞口段若拉槽施工就很容易导致大范围的牵连性滑动，使得工程施工进洞相当困难。若在洞内施工，也会因围岩的承载力不够，会使支护结构下沉，同时可能会出现坍塌等危险现象，给安全施工增加了很大的困难。因软弱围岩的自稳时间比较短暂，需要采取化变大为小和分部施工的方法。软弱围岩的地质比较复杂，施工时，需要随时根据具体地质情况作出施工方法调整。一旦工程措施（包括设计措施）和施工方法不当，将极易发生初期支护变形侵限和隧道坍方等工程事故，给施工队伍最严峻的考验。
        2富水软弱围岩隧道施工技术研究
        2.1超前管棚支护
        超前管棚主要用于富水软弱围岩隧道洞口段，以注浆的方式增强软弱围岩强度等级，改善结构受力状态。管棚钢管采用106×6mm热轧无缝钢管，环向间距0．4m，设置在隧道拱部，且管心距衬砌外轮廓线不小于0．25m。在洞口处设置套拱作为管棚的导向墙，确保钻孔方向。由于钻孔过程中可能发生下垂，钻孔方向应向上倾斜3°～5°。注浆结束后管棚钢管内应填充M20水泥砂浆，提高管棚的刚度。
        2.2开挖支护
        每部开挖后立即喷射3～5cm混凝土，尽快对外漏的围岩进行支护封闭，防止围岩因暴露时间过长而减小稳定性。为了增加初期支护的稳定性，支护所用的喷锚混凝土比设计增加了一个强度等级。初喷混凝土后，及时按照设计要求打设锚杆、安装拱架和挂设网片。控制拱架的施工质量是支护工作的重点，各榀拱架均用准22钢筋纵向“之”字形连接，并与外露锚杆焊接在一起，拱架每个单元之间的结点连接要确保焊接牢固。为了保证初支拱架的稳固性，对每榀拱架的两侧各增设了一组锁脚锚管，严格对锁脚锚管进行注浆。此外，拱架施作时增设扁担梁，扁担梁使用准25的螺纹钢，在拱脚位置3～4道直通钢筋与每榀拱架焊接牢固并与已成环的拱架连接。

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        2.3二次衬砌闭合
        根据围岩级别、围岩自稳能力不同及初期支护衬砌情况分别进行了二次衬砌设计。二次衬砌采用防渗标号不低于S8的C25模筑混凝土或模筑钢筋混凝土。由于目前初支+二衬共同承载的设计方法，适时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根据有关要求：Ⅳ级围岩二衬距掌子面距离不大于90m，V级、Ⅵ级不大于70m，这些经验数据是十分重要的，现场必须严格执行。在隧道仰拱施作之前基底浮渣应清理干净，除去浮土和淤泥，露出开挖基岩（或初期衬砌）表面，方可浇筑仰拱混凝土（仰拱开挖长度不大于3m）。初期支护仰拱（临时仰拱）及时闭合极其重要，闭合成环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避免坍方。
        2.4监控量测
        监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全旎工“最重要”的信息化手段。监控量测是隧道设计与施工的重要组成部分，是隧道施工管理中不可缺少的重要环节，应当作为关键工序纳入现场施工组织管理，按现行《公路隧道监控量测技术规程》的规定建立等级管理、信息反馈和报告制度。隧道拱顶下沉和净空变化的量测断面间距：Ⅳ级围岩不得大于10m，V级围岩不得大于5m，当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或累计达100mm时，应暂停掘进，并及时分析原因，采取处理措施，当采取接触量测时，测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形.
        2.5增强初支刚度是结构和施工安全的保证
        该隧道穿越断层破碎带较多，在围岩节理发育，岩体极度破碎，自稳能力很差，地质构造复杂多变的情况下，单排小导管与普通初支钢架难以保证施工安全及结构稳定。通过断层极度破碎区段现场采取了初支结构强化措施，采用了双排小导管注浆和双层H175型钢拱架，起到了很好的效果。1）采用双排超前小导管为保证安全，超前支护在拱顶120°每环设置两排50×3．5mm超前注浆小导管，长4．0m，环向间距每米3根，两排超前导管内侧一排外插角15°，外层一排外插角30°，每两榀拱架设置一环，小导管注水泥—水玻璃双液浆。围岩破碎且比较均匀地段的超前小导管，采用风枪直接推送，遇夹有坚硬岩块部位，先用风钻成孔后再推送就位。超前小导管安设前，先喷5cm～10cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，便于后续注浆时起到止浆作用，顺序为从两侧拱腰向拱顶依次进行。2）初支结构采取双层H175型钢拱架对超前小导管先进行超前高压预注浆，保证扩散半径不小于2．0m，固结破碎岩体，增强拱部围岩的自稳能力。开挖时，在隧道初支设计轮廓线的基础上，增加预留变形量约20cm～50cm（具体数值按照附近初支变形量确定）。双层H175钢架的间距控制在0．6m，钢架间纵向连接筋采用22mm（HＲB335）钢筋，间距1．0m，单层8钢筋网，网格间距20cm×20cm，拱脚以上50cm处增设Ⅰ20b工字钢纵向托梁，两排间距30cm。每台阶拱脚设置4根长度为5m的50注浆锁脚锚管，锚管端头与钢架焊接牢固，且外插脚30°～45°，锁脚锚管中压注水泥—水玻璃浆。
        结语
        （1）通过模拟富水软弱围岩隧道围岩稳定性可知，围岩变形整体呈对称分布，拱顶最大竖向变形为35．03mm、仰拱隆起最大值为46．30mm、拱腰水平收敛为24．88mm，围岩变形在控制范围内。（2）围岩受力状态良好，有效发挥了成拱效应，围岩最大主应力为1．41×104kPa，在拱脚处出现应力集中现象，应着重加强该处支护措施。（3）通过现场监测数据与数值模拟结果对比可知，二者数量级在同一级，说明富水软弱围岩隧道现场施工技术有效且安全，马家寨隧道地质复杂，应根据不同地质条件调整相应的施工技术。
        参考文献：
        [1］张红，刘艳杰，刘旭东．软弱围岩条件下的隧道施工技术研究［J］．公路工程，2016，41（4）：145－149．
        ［2］徐前卫，王尉行，孙梓栗，等．浅埋红层软弱隧道围岩破坏特性模型试验研究［J］．岩土工程学报，2018，40（s2）：37－41．