摘要:結(jié)合昆明三環(huán)閉合工程西、北段崗頭隧道工程實際情況淺述三線大跨軟弱圍巖隧道快速掘進(jìn)施工。隧道均為Ⅳ、Ⅴ級軟弱圍巖，施工采用超前小導(dǎo)管支護(hù)、預(yù)留核心土三臺階法、短進(jìn)尺、弱爆破等具體措施，保證施工安全、質(zhì)量的同時，快速掘進(jìn)。

關(guān)鍵詞:三線大跨 軟弱圍巖 管棚施工 預(yù)留核心土三臺階法

0 引言

崗頭隧道位于昆明市五華區(qū)崗頭村與小普吉之間，橫穿長蟲山尾段，是昆明市三環(huán)閉合工程(西、北段)的重點控制性工程之一。由于是市政工程，建設(shè)工期僅為12個月，如何實現(xiàn)快速掘進(jìn)施工是關(guān)鍵，本文結(jié)合崗頭隧道施工過程中采用的一些施工方法和技術(shù)參數(shù)淺談三線大跨隧道在軟弱圍巖中快速掘進(jìn)施工技術(shù)方法。

1 工程概況

崗頭隧道為分離式三線大跨軟弱圍巖隧道，隧道左線長2742m(K0+596-K3+338)，右線長2717m(K0+623-K3+340)，最大開挖高度11.52m，最大開挖寬度16.906m，最大斷面達(dá)158.55m2。崗頭隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依次通過寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、第四系等地層，巖性包括粉質(zhì)黏土、黏土、砂礫碎石土、強風(fēng)化泥巖、砂巖、頁巖、白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、火山角礫巖、玄武巖、礫石層等，同時受滇中經(jīng)向構(gòu)造體系的影響，隧道穿越兩大斷層(即鐵峰庵?jǐn)鄬蛹叭f里號逆斷層)及一地層倒轉(zhuǎn)段(K2+990～K3+270)，受大斷層的影響全線發(fā)育有大量小斷層，巖層巖性變化頻繁，圍巖破碎，巖體風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水豐富，均為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，其中Ⅴ級圍巖占全隧70%以上。設(shè)計荷載為公路—Ⅰ級，計算行車速度80km/h;建筑限界寬14.0m，高5.0m。隧道襯砌內(nèi)輪廓為扁平三心圓曲墻式結(jié)構(gòu)，內(nèi)凈空面積94.30m2。隧道襯砌支護(hù)采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)以錨、網(wǎng)、噴為主，并輔以超前小導(dǎo)管/超前錨桿及鋼支撐支護(hù)，二次襯砌為模筑混凝土(鋼筋混凝土)。

2 施工原則

三線大跨隧道，斷面大，圍巖破碎，隧道開挖快速掘進(jìn)的關(guān)鍵在于縮短各工序作業(yè)循環(huán)時間，同時確保初期支護(hù)結(jié)構(gòu)不變形，不因處理變形造成停工。在施工技術(shù)層面主要做好以下幾點:①管超前:軟弱圍巖段，圍巖松散，開挖后極易產(chǎn)生掉塊造成大面積超挖。在開挖前及時施做超前支護(hù)，以確保開挖后形成平順的開挖輪廓，減少超挖量，保證施工安全。②短進(jìn)尺:在軟弱圍巖地段，人工配合挖掘機嚴(yán)格按短進(jìn)尺開挖，局部堅石采用弱爆破掘進(jìn)。③快初支:尤其在軟弱圍巖段，圍巖應(yīng)力增長快，自穩(wěn)時間短。錨、網(wǎng)、噴及鋼支撐架設(shè)工作在爆破、排險后馬上施作，基本與出碴同時或交錯進(jìn)行，尤其在地層破碎或構(gòu)造帶地段更要緊跟，以保證圍巖穩(wěn)定。④緊封閉:根據(jù)本隧道地質(zhì)情況，拱、墻部初期支護(hù)形成之后要盡早施設(shè)仰拱，以使初期支護(hù)盡快形成封閉受力結(jié)構(gòu)。一般仰拱與三臺階下部開挖面保持距離為30～40m左右，以保證開挖、裝碴機具活動場地。

2.5 早襯砌:根據(jù)本隧道的施工經(jīng)驗來看，在初期支護(hù)施工完后，圍巖及初期支護(hù)變形在15天內(nèi)變形基本穩(wěn)定(收斂小于0.1～0.2mm/d及拱頂下沉小于0.07～0.15mm/d)，但超過30天圍巖及初期支護(hù)變形受應(yīng)力變化的影響會出現(xiàn)新的增長，如不及時對初期支護(hù)進(jìn)行加強處理，圍巖及初期支護(hù)變形將急劇增長，因此應(yīng)及時施做二次襯砌，確保施工及結(jié)構(gòu)安全。

3 施工方案

3.1 施工方案簡述 崗頭隧道由于地質(zhì)變化頻繁且均為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，因此采用預(yù)留核心土三臺階法施工，上臺階預(yù)留核心土，開挖后分臺階及時進(jìn)行初期支護(hù)和施做仰拱。開挖支護(hù)過程中重點加強對隧道的周邊位移、拱頂下沉等監(jiān)控量側(cè)工作，根據(jù)量測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工方案。在施工過程中隧道防坍塌、圍巖及初期支護(hù)變形問題是本工程最大的施工控制重點。

3.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.2.1 開挖方法 在軟弱圍巖的條件下，采用預(yù)留核心土三臺階法開挖。上半斷面開挖約5～7m后，開挖中部，中部左右兩側(cè)錯開開挖，嚴(yán)禁對稱開挖，錯開距離3～5m，中部開挖5～10m后，開挖下部，下部開挖方法同中部，各部開挖后應(yīng)立即進(jìn)行錨噴等初期支護(hù)。下部施工完后滯后后30～40m及時施工仰拱。圍巖非常破碎的情況下采用側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，先開挖中夾巖側(cè)導(dǎo)坑上臺階，支護(hù)完成后開挖中夾巖側(cè)導(dǎo)坑下臺階及仰拱，并及時做好支護(hù)。導(dǎo)坑側(cè)壁安裝臨時鋼拱架支撐，保證隧道施工安全。其次開挖另側(cè)導(dǎo)坑上、下臺階及仰拱，及時支護(hù)，形成全斷面封閉支護(hù)環(huán)。仰拱開挖后及時進(jìn)行仰拱、填充和邊墻基礎(chǔ)砼施工，與拱墻初期支護(hù)封閉成環(huán)。

崗頭隧道為三線大跨軟弱圍巖，受兩個大斷層段及穿越多個地層段的影響，隧道所經(jīng)路線內(nèi)發(fā)育有大量的小斷層，圍巖破碎且變化頻繁。由于開挖方法轉(zhuǎn)換頻繁對進(jìn)度影響較大，且采用上下臺階法施工，上臺階距離太長，造成仰拱施做滯后，初期支護(hù)變形得不到有效控制，因此采用預(yù)留核心土三臺階法施工。施工中由于開挖跨度大，開挖后洞體容易變形，周邊穩(wěn)定性較差，拱部極易坍塌。所以采用人工開挖，工人手持風(fēng)鎬、鐵鍬配合挖掘機進(jìn)行開挖，同時控制開挖進(jìn)尺，開挖后及時進(jìn)行初期支護(hù)。在人工無法開挖，確須爆破施工時，重點控制裝藥量，采取松動爆破，減少對周圍圍巖的擾動。隧道開挖時，要求施工淺孔爆破分部開挖，400m范圍內(nèi)安全震動速度控制在1.2cm/s，相當(dāng)于Ⅵ級以下地震烈度。

3.2.2 鋼支撐支護(hù)施工 三線大跨Ⅳ、Ⅴ級軟弱圍巖施工中，鋼支撐支護(hù)是主要的受力結(jié)構(gòu)，是控制圍巖及初期支護(hù)變形的關(guān)鍵工序。特別是在三臺階法施工中，確保鋼支撐施工質(zhì)量是關(guān)鍵。

在本隧道施工中通過測量放樣定位，將鋼架按標(biāo)準(zhǔn)間距垂直架立的前提下，同時每個拱腳下墊48a型槽鋼墊板，采用φ42的鋼管每處拱腳施工至少2組鎖腳鋼管并注漿等方法，確保了鋼支撐施工質(zhì)量，取得了很好的效果。施工控制鋼拱架受力情況的薄弱環(huán)節(jié)在于節(jié)點聯(lián)結(jié)螺栓，定位錨桿及縱向連結(jié)筋，因此，所有螺栓要上齊，旋緊、擰好，按設(shè)計焊連定位錨桿和縱向連接筋，確保安裝質(zhì)量。

3.2.3 超前支護(hù)施工 崗頭隧道設(shè)計Ⅳ級圍巖超前支護(hù)采用Φ28超前錨桿支護(hù)，Ⅴ級圍巖采用φ42熱軋無縫鋼管超前小導(dǎo)管支護(hù)。按照傳統(tǒng)的先注漿待漿液強度達(dá)到設(shè)計要求再進(jìn)行開挖，勢必增加工序循環(huán)作業(yè)時間，影響工程進(jìn)度。由于工期緊，要求循環(huán)作業(yè)時間短，這就要求對各工序的作業(yè)方法提出改進(jìn)。在施工中通過采用加密小導(dǎo)管間距，先施工超前小導(dǎo)管，待開挖、錨、噴、網(wǎng)支護(hù)完成后再進(jìn)行注漿的方法，在確保開挖成型和施工質(zhì)量的同時，也縮短了超前小導(dǎo)管支護(hù)工序的作業(yè)時間，加快了施工進(jìn)度。超前支護(hù)施工控制的重點在于導(dǎo)管(錨桿)的方向和角度的控制，因此，鉆眼時應(yīng)垂直于掘進(jìn)方向施鉆，同時控制導(dǎo)管(錨桿)上仰角度在5～10°，以控制開挖成型質(zhì)量，減少超挖工程量，減少噴射混凝土支護(hù)循環(huán)作業(yè)時間。

3.2.4 噴射混凝土施工 噴射機安裝調(diào)試后先注水后通風(fēng)，清通機筒及管路投料。連續(xù)喂料，經(jīng)常保持料斗內(nèi)料滿，料斗上設(shè)12mm孔徑的篩網(wǎng)一道，避免超徑骨料進(jìn)入機內(nèi)，造成堵管。噴射時，先注水(注意噴嘴要朝下，避免水流入輸料管)，后送風(fēng)，然后上料，根據(jù)受噴面和噴出的拌和物情況調(diào)整注水量，以噴后易粘著，回彈小和表面呈濕潤光澤為度。噴射順序:采取分段、分塊，先墻后拱，自下布上的順序，進(jìn)行噴射作業(yè)。噴射時，噴嘴做緩慢的螺旋形運動，使噴射料束運動軌跡呈環(huán)形螺旋式移動，旋轉(zhuǎn)直徑約20～30cm，自噴射面的下部開始，水平旋轉(zhuǎn)噴射，噴料要一圈壓半圈，噴至段尾時上移返回，同時要求一排壓排，如此往復(fù)噴射。

為保證噴射砼密實度，減少回彈量，對于風(fēng)壓、水壓及噴頭的噴射距離、噴射角度都應(yīng)合理調(diào)整。噴嘴至受噴面距離以0.6～1.0m為宜，料束以垂直于噴射面為佳。噴射料束放置速度及一次噴射厚度，以每2秒左右轉(zhuǎn)動一圈為宜，一次噴厚以不回落時的臨界厚度或達(dá)到設(shè)計要求厚度時向前移動，每次噴射厚度一般不小于5cm。若噴射要求厚度較大，一次不能達(dá)到時，第二次噴射應(yīng)在第一層砼終凝1小時后進(jìn)行。兩次噴射注意找平巖面，以便于鋪設(shè)防水層。

3.2.5 錨桿施工 開挖后先進(jìn)行第一層噴射砼施工，待該層砼終凝并形成一定強度后，按設(shè)計要求布置錨桿，用紅油漆標(biāo)示清楚位置后利用開挖臺架進(jìn)行錨桿鉆孔。鉆孔完成后將制作好的錨桿插入孔內(nèi)至設(shè)計深度，安好墊板及螺帽，并安裝止?jié){塞。注漿采用水泥砂漿，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，并隨時排除孔中空氣，保證錨桿砂漿飽滿。

3.2.6 鋼筋網(wǎng)施工 按設(shè)計要求加工鋼筋網(wǎng)，隨受噴面起伏鋪設(shè)，并將鋼筋網(wǎng)同定位錨桿固定牢固，鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙以3cm左右為宜，砼保護(hù)層厚度應(yīng)大于2cm。

3.2.7 監(jiān)控量測 監(jiān)控量測的項目主要根據(jù)隧道工程的地質(zhì)條件、圍巖類別、跨度、埋深、開挖方法和支護(hù)類型等綜合確定。而且，在隧道工程中進(jìn)行量測，絕不是單純地為了獲取信息，而是把它作為施工管理的一個積極有效的手段，因此量測信息應(yīng)能確切地預(yù)報破壞和變形等未來的動態(tài)，對設(shè)計參數(shù)和施工流程加以監(jiān)控，以便及時掌握圍巖動態(tài)而采取適當(dāng)?shù)拇胧?。結(jié)合施家梁隧道的實際情況，將地質(zhì)與初期支護(hù)觀察、水平凈空收斂量測、拱頂下沉量測作為施工監(jiān)控量測項目。

3.2.8 超前地質(zhì)預(yù)報 隧道超前地質(zhì)預(yù)報是保證圍巖地質(zhì)、水文條件復(fù)雜、地下水較豐富的隧道正常施工的重要前提。通過對掌子面附近不利地質(zhì)條件的不斷查明，以便為針對性措施和有效施工方案的確定提供依據(jù)，并最終實現(xiàn)隧道施工的動態(tài)信息化和長期安全。結(jié)合崗頭隧道的實際情況，通過地質(zhì)鉆探、超前探孔、地質(zhì)雷達(dá)、TSP等預(yù)報方式相結(jié)合，為隧道快速掘進(jìn)提供了重要的技術(shù)保障。

4 結(jié)束語

通過以上技術(shù)措施的保證，崗頭隧道在Ⅴ級軟弱圍巖施工中月進(jìn)度最高達(dá)110m，平均月進(jìn)度達(dá)90m。目前隨著城市環(huán)城高速建設(shè)的熱潮，三線大跨公路隧道正在建設(shè)的不少，并逐漸積累了豐富的經(jīng)驗。本文結(jié)合崗頭隧道設(shè)計，對三線大斷面公路隧道快速掘進(jìn)施工方案進(jìn)行了淺討，為今后大斷面公路隧道的施工積累了經(jīng)驗。但對這樣的大斷面隧道，施工中尚存在許多技術(shù)問題有待研究，例如隧道斷面形狀的優(yōu)化、支護(hù)參數(shù)的合理確定、開挖方法的正確選擇以及新技術(shù)、新材料的應(yīng)用等，還需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究。隧道施工過程中，必須認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報工作，通過現(xiàn)場量測及時掌握圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)和施工方案的動態(tài)優(yōu)化，通過超前地質(zhì)預(yù)報，有針對性的采取有效的施工措施，實現(xiàn)隧道施工的動態(tài)信息化。

參考文獻(xiàn):

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