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重力变形带小导洞法隧道出洞技术

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：赵双林

[导读] 摘要：近年来我国隧道工程发展迅猛，穿越地质环境复杂的隧道也越来越多。当隧道在工程地质环境、围岩性质及施工条件的影响下，隧道将有可能会出现围岩变形、坍塌等地质灾害。

        中铁二十五局集团第五工程有限公司山东省青岛市 266000
        摘要：近年来我国隧道工程发展迅猛，穿越地质环境复杂的隧道也越来越多。当隧道在工程地质环境、围岩性质及施工条件的影响下，隧道将有可能会出现围岩变形、坍塌等地质灾害。新建汶川至马尔康高速公路薛城1号隧道，隧道洞身埋深在30～459m不等，进口段斜坡坡度约75～85°，斜体全部为基岩裸露，整体斜坡坡体自然条件下稳定，岩体破碎坡体存在危石及危岩。本文详细的描述在重力变形带处薛城1号隧道出洞的施工技术，采用小导洞、三台阶法+临时仰拱支撑开挖方法，开挖作业由上至下，衬砌施工由下而上。为类似隧道施工提供参考。
        关键词：隧道；重力变形带；小导洞；出洞
        1 引言
        受5.12汶川大地震影响，薛城1号隧道隧道岩体裂隙发育，岩体松散，局部有架空结构，围岩含炭质千枚岩，遇水极易软化，易出现较大变形。小里程进口段为强、中风化千枚岩及含炭质千枚岩夹绢云石英千枚岩、变质石英砂岩薄层及石英脉，受构造、风化影响，岩体极破碎，结构面结合差，属软弱岩～软岩，岩体呈层状碎裂结构。出洞按照常规的施工方法，在进口段采用大管棚进洞施工，但施工现场限制无法从洞外进行施工，传统的反向大管棚出洞，在极破碎岩层开挖反向大管棚施工操作空间存在较大安全隐患，大管棚施工扰动较大，并且施工时间较长。为解决在重力变形带、极破碎岩层施工反向大管棚存在的问题，从力学及施工方法、工艺上进行改革与创新，经过实践，取得了良好效果。
        2 工程概况
        薛城1隧道为分离式隧道，左、右线起讫里程分别为ZK80+255.5～ZK83+431、K80+225.5～K83+446，分别长3321.193m、3362.79m。隧道沿杂谷脑河河左岸展布，为傍山隧道，岩层走向与隧道轴线斜交。处露为泥盆系危关群上段千枚岩及炭质千枚岩，岩体破碎，薛城1号隧道进口端（汶川端）洞口斜坡高陡，正上方有大量的危石、孤石，受汶川地震影响，山体基岩裂隙发育。隧道洞口下方有两条通往立列村的村路，此处洞口距道路高差15m且场地狭窄，进洞施工需要改移道路，填方量大，周期长。
        3 施工方案
        3.1 基本思路
        摘要内容是概括地陈述论文研究的目的、方法、薛城1号隧道出洞采用，顶设导洞贯通（三台阶法出洞，经超前地质预报预测隧道进口端7m围岩极为破碎，上台阶剩余10m时采用小导洞出洞，出洞截面3×3m，中、下台阶不出洞）法施工。上台阶高度控制在3.7～4.0m，中、下台阶步距不小于5m，每循环进尺严格控制在1～2榀（0.5～1.0m），为减小施工机械对围岩的扰动，超前支护形式采用双层小导管。小导洞出洞后，再采用三台阶法+临时仰拱支撑的开挖方法，上台阶预留核心土（小导洞）开挖，开挖作业由上至下，衬砌施工由下而上。施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、少扰动、强支护、快加固、早成环、勤量测”的原则。
        3.2 小导洞先行出洞
        小导洞位于上台阶顶部，导洞顶部轮廓与隧道设计开挖断面相同，以利用超前支护系统和初期支护系统，保证小导洞开挖时的稳定与安全。小导洞截面尺寸为3m（宽）×3m（高），以方便装载机施工为宜，具体布置如图1、2所示（单位cm）。
        小导洞掘进施工按每循环0.5～1.0m控制，超前支护为双层小导管，小导管外插角10～14°，小导管单根长4.0m，搭接长度不小于2.0m。小导管用热轧无缝钢管加工制成，直径42mm，壁厚4mm，小导管管壁钻设注浆孔，孔径为8mm，孔间距10cm，呈梅花型布置，尾部30cm不钻注浆孔作为止浆段。
        循环开挖完成后及时施作初期支护，注意导洞顶部与隧道设计开挖断面相同，预留20cm变形量，保证在后期施工中，围岩收敛、拱顶下沉后不侵入二衬。初期支护采用φ25中空注浆锚杆L=3m+20×20cm的φ8钢筋网+I20b型钢拱架@50cm+26cm厚C20喷射混凝土（拱部为26cm，边墙为24cm）。

图1 小导洞正立面图

                         图2 小导洞剖面图
        小导洞开挖过程中，加强对地表监测，发现异常暂停施工并及时处理。小导洞施工主要以人工开挖为主，辅以微弱爆破。每循环开挖完毕、检查净空，符合要求后立即施作初期防护，尽快封闭围岩。
        3.3 全断面出洞
        在已完成小导洞施工的情况下，采用三台阶法+临时仰拱支撑的开挖方法。

               图3 全断面出洞工序示意图
        施工工序如下，图3所示。
        1）上台阶1号导坑开挖，上台阶拱部初期支护及钢架锁脚；
        2）拆除小导洞左右边墙及临时仰拱支撑；
        3）中台阶左右跳槽开挖、边墙初期支护及钢架锁脚与临时仰拱施作；
        4）下台阶左右跳槽开挖及边墙初期支护与锁脚；
        5）捡底及初期支护；
        6）仰拱浇筑；
        7）全断面（含仰拱）周边后注浆；
        8）仰拱填充施工；
        9）二次衬砌整体浇筑。
        3.4 全断面出洞开挖后周边注浆
        由于洞口段岩层极破碎，施工过程中又加以扰动，采用注纯水泥浆进行围岩加固。后周边注浆有效加固范围为隧道开挖轮廓线外3.5m，注浆孔孔口环向间距150cm，纵向间距为150cm，梅花型布置，注浆孔孔径φ46，孔口设50cm长φ48热轧无缝钢管（壁厚5mm）作为孔口管，注浆孔与隧道轴线呈90°（拱顶若钻孔困难，可调整为60°），孔深300cm。
        4 施工注意事项
        1）开挖施工前做好超前地质预报工作，超前地质预报采用地质雷达和超前钻孔预测法，两种方法双管齐下，确保预测的准确性，便于调节施工参数，确保施工安全。
        2）拱脚超挖时致使标高不足时，不得使用块石、碎石砌垫，而应设置钢板进行调整，或用不小于C20混凝土浇筑，喷射混凝土时将有下节钢架的槽钢中间采用虚土或者沙子盖住，以防喷射混凝土堵塞接头板螺栓孔。
        3）为加强小导坑的稳定，每1米在I18型钢支撑底部设横向支撑，形成临时封闭；
        4）喷射混凝土时，应注意将钢支撑与岩面之间的间隙喷射饱满和达到密实。
        5）开挖每循环进尺控制在1.0m内；为增强钢架的整体稳定性，应将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位钢筋和锁脚锚杆焊接牢固，钢拱架连接点上下各0.5m处，设锁脚锚杆，钢架与锁脚锚杆采用U型筋进行有效焊接。
        6）仰拱初支与洞身初支，钢拱架为全环钢拱架。仰拱土层采用人工配合机械开挖，清除虚碴和积水后施工初期支护。仰拱施作长度不得大于6m。仰拱施作全幅施工，严禁半幅施工。
        7）隧道口段处在重力变形带，施工中极易变形，加强监控量测拱顶下沉、水平收敛量测点应布置在同一断面上，测点应牢固可靠，易于识别，并注意保护，防止爆破损坏，每5m设置一组监控量测点。
        8）注浆时一般情况下均采用全孔一次注浆，当成孔性差时应分两段采用前进式注浆。对于一个注浆段，从两边到中间，分两序隔排施作，对于同一排孔按照由上到下的顺序进行。一般情况下均采用全孔一次注浆，当成孔性差时应分两段采用前进式注浆。
        9）防止围岩变形较大侵限衬砌，开挖时预留变形量不小于20cm。
        5 结束语
        1）小导洞先行出洞可改善隧道内作业环境。
        2）隧道进口段围岩破碎，直接采用三台阶上台阶预留核心土法，核心土不易预留，起不到核心土的作用，采取小导洞作为预留核心土，实现施工的作用。
        3）采用临时仰拱加强初期支护，可有效防止周边收敛。
        4）隧道围岩极破碎开挖完成后极易变形，为防止变形较大，采取固结灌浆进行加固，以提高岩体的整体性和抗变形能，改善地层松散性状，使隧道顶部及侧面增加抗压强度和粘结性，实现加固目的，确保隧道衬砌后围岩稳定性及隧道安全。
        本次采取的工法，有效避免隧道坍塌、大变形等病害，该方法在软弱破碎岩层地段施工中，实践证明该方法施工有较好的施工效果，保证施工安全。
        参考文献
        [1] 《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）
        [2] 《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2012）
        [3] 师传志.浅埋软弱隧道进洞施工技术[J].山西建筑，2010（1）
        [4] 盛春革.浅埋暗挖法在下穿公路连拱隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2009（3）
        作者简介：姓名；赵双林；性别男；学历    毕业学校：大连理工大学；毕业时间：2013.07；所学专业：土木工程；出生年月：1973.08；职称工程师；现任职务副经理；专业技术领域或研究方向