1前言

受高地應(yīng)力作用圍巖被擠壓變形，其變形量值特別大（小則幾十厘米至一百多厘米） ，洞壁位移后往往侵入模注混凝土襯砌凈空，嚴(yán)重者造成隧道封洞，給施工帶來極大安全隱患，本文以中緬管道小斷面高地應(yīng)力隧道工程為例對高地應(yīng)力擠壓性圍巖隧道施工技術(shù)進行闡述。

1.1工程簡介

中緬油氣管道工程博南山隧道位于云南省大理市永平縣杉陽鎮(zhèn)，隧道水平長度2842.10m，實長2847.79m，縱向坡度采用“人”字坡，坡度分別為9.7%（約5.6°）、0.3%（約0.2°），隧道襯砌斷面3.8m×3.8m。

隧道內(nèi)安裝3條管道，分別為原油（管徑φ813）、天然氣（管徑φ1016）和成品油。

隧道洞身穿越地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層粉質(zhì)粘土、碎石土；三疊系的灰?guī)r、泥灰?guī)r、礫巖；白堊系的變質(zhì)砂巖、板巖、硅質(zhì)巖、斷層破碎帶；隧址區(qū)內(nèi)有滑坡、泥石流、巖溶等不良地質(zhì)；大部分洞身段為高地應(yīng)力區(qū)。實際施工開挖揭示博南山隧道出口段圍巖極為松散破碎以斷層角礫、斷層碎屑為主，含少量斷層泥，呈碎石角礫狀～散體狀結(jié)構(gòu)，遇水即變形膨脹，且該段洞身埋深較深，地應(yīng)力較大。

2012年7月15日出口掌子面上臺階里程為K2+008.3，累計掘進496.3m，下臺階里程為K2+011，發(fā)現(xiàn)已施工段K2+033-K2+011發(fā)生大變形，左側(cè)最大累計收斂達60cm，拱頂下沉最大為45cm，鋼架扭曲，混凝土開裂，部分連接螺栓崩斷，鎖腳錨桿脫落，洞身結(jié)構(gòu)尺寸嚴(yán)重變形，左側(cè)邊墻也出現(xiàn)變形，特別是鋼架連接處出現(xiàn)被剪切受力變形隨后陸續(xù)出現(xiàn)全斷面、底板等變形情況，變形數(shù)值已嚴(yán)重危及工程結(jié)構(gòu)安全和施工安全。

1.2隧道和工藝特點及施工原則

1.2.1高地應(yīng)力擠壓性圍巖隧道特點

地層的拉扯、擠壓、傾覆、斷裂、地下水的作用往往使地下結(jié)構(gòu)物周邊圍巖處于高應(yīng)力或應(yīng)力分布極不均衡的狀態(tài)，在各種地質(zhì)運動中所形成的高地應(yīng)力擠壓圍巖具有變形量大、速率高、持續(xù)時間長的變形特征，易發(fā)生扭曲、錯動甚至突發(fā)性巖爆、坍塌的特點。

1.2.2工藝特點

高地應(yīng)力軟弱擠壓性圍巖隧道施工工藝主要強調(diào)“即時、快速”的工藝特點，及早控制圍巖變形加??；對于已變形嚴(yán)重地段進行分段錯開處理，拆除一段補支護一段。

1.2.3施工原則

施工中針對高地應(yīng)力擠壓性圍巖的特征、特點，嚴(yán)格遵循“勤觀測、短開挖、強支護、早封閉、襯砌緊跟”的施工原則，以利盡早控制圍巖變形，同時要適當(dāng)加大預(yù)留變形量。

2施工工藝流程

2.1工藝流程 見圖2-1-1

2.2地質(zhì)預(yù)報

為探明前方圍巖地質(zhì)情況，需對掌子面前方圍巖地質(zhì)進行探明，儀器設(shè)備采用TSP203+超前地質(zhì)預(yù)報儀對隧道掌子面前方圍巖進行100～150m中期地質(zhì)預(yù)報，明確前方圍巖工程地質(zhì)特性。

同時對每槽炮開挖橫截面上的地質(zhì)情況以及線路中線及兩邊墻在縱向截面上巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體的破碎程度，巖石的變質(zhì)程度等特征進行及時的形象地質(zhì)描述，直觀形象地揭示已出露的當(dāng)前地質(zhì)狀態(tài)。

通過對綜合資料的分析，了解軟弱巖層可能的出露位置，分析其可能造成的地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)觀測、匯集資料、分析結(jié)論和相應(yīng)的管理等級，及時向有關(guān)各方發(fā)布地質(zhì)預(yù)警信息。

2.3高地應(yīng)力圍巖支護體系

2.3.1采用型鋼鋼架+鋼筋網(wǎng)+超前小導(dǎo)管+徑向小導(dǎo)管+噴射混凝土的支護體系

（1）型鋼拱架

根據(jù)型鋼拱架設(shè)計圖并結(jié)合現(xiàn)場開挖斷面及運輸能力分節(jié)，繪制型鋼拱架裝配圖。型鋼拱架采用冷彎制作。制作好的鋼架節(jié)段必須按裝配圖用紅油漆在其上標(biāo)好節(jié)段號。

（2）鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)在鋼筋加工房制作，制作前應(yīng)調(diào)直鋼筋。鋼筋網(wǎng)原則上制成面積為1.5～5 m2的網(wǎng)片，其長為1.5～2.5m，寬為1.0～2m，網(wǎng)眼尺寸按設(shè)計，鋼筋網(wǎng)節(jié)點采用綁扎或點焊。鋼筋網(wǎng)的預(yù)制質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

根據(jù)實際施工情況應(yīng)隨時準(zhǔn)備不小于20張面積1.5 m2以上的網(wǎng)片備用。

（3）超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管按設(shè)計要求進行制作，小導(dǎo)管尾部安裝注漿閥門并焊箍，頭部成尖錐狀，管上按梅花型布置小孔，一般間隔20cm，孔眼直徑8mm，尾部與型鋼焊接連接。

根據(jù)實際施工情況應(yīng)隨時準(zhǔn)備不小于30根以上的超前小導(dǎo)管備用。

（4）徑向小導(dǎo)管

徑向小導(dǎo)管的制備同超前小導(dǎo)管，長度按設(shè)計，同時要根據(jù)實際情況分別制作一批長度為2m、4m、6m的徑向小導(dǎo)管備用。

（5）噴射砼

采用濕噴工藝，噴射砼集中在洞外用強制式拌合機拌制，配合比應(yīng)通過試驗確定。每次拌制不超過3m3，用砼運輸罐車或小型運輸車輛運輸，砼料必須隨拌隨用。

2.4支護體系檢查

監(jiān)控量測在任何隧道施工中都是一個重要環(huán)節(jié)，在高地應(yīng)力擠壓性圍巖隧道施工技術(shù)中，它是關(guān)系到強支護體系的質(zhì)量安全的必檢項目，是高地應(yīng)力擠壓性圍巖隧道施工技術(shù)中重要的組成部分，它為調(diào)整設(shè)計參數(shù)和調(diào)整施工方法都提供重要的基礎(chǔ)資料。通常采用的監(jiān)測項目有洞內(nèi)觀察裂紋、滲漏水情況，拱頂下沉，凈空變化，隧底隆起，圍巖內(nèi)部位移，圍巖壓力，噴射砼或鋼架受力。

通常所測設(shè)的斷面相距5～10m，凈空變化測設(shè)2條基線，拱頂下沉測設(shè)3點。監(jiān)測頻率根據(jù)規(guī)范要求實行，必要時進行加強監(jiān)測。

2.5支護體系變形拆換

由于設(shè)計和施工等種種原因，即使采用了強支護體系，且預(yù)留了一定的變形空間，由于高地應(yīng)力擠壓性圍巖的特性，初期支護仍可能受到嚴(yán)重的破壞，造成變形侵限，為了保證二次襯砌有足夠的厚度，有時必須對已變形侵限的初期支護進行拆換。

2.5.1拆換原則

拆換前首先對待拆換區(qū)域及其影響區(qū)域進行加固（加固待拆換區(qū)域侵限范圍之外一定距離的圍巖），待加固完成并量測變形趨于基本穩(wěn)定后，才能對侵限范圍內(nèi)的初支結(jié)構(gòu)物進行拆換。其原則就是：先加固，后拆換。

一般采用徑向注漿和徑向錨桿等方式對擬加固區(qū)域內(nèi)的圍巖進行加固。

2.5.2安全防護

初期支護拆換施工期間，為減少擾動，掌子面及隧道內(nèi)其他作業(yè)面不得進行爆破作業(yè)。拆換原初期支護主要支撐結(jié)構(gòu)時，拆換工作面到掌子面之間不得進行任何施工作業(yè)。拆換施工必須設(shè)專職安全防護人員、有經(jīng)驗的現(xiàn)場施工管理人員以及技術(shù)負(fù)責(zé)人常駐現(xiàn)場，即時解決安全防護問題。

2.5.3拆除初期支護

（1）測量

用斷面儀、水準(zhǔn)儀間隔0.5m對變形侵限地段進行掃描，必要時還可加密間距。

（2）劃定范圍

將掃描數(shù)據(jù)與設(shè)計尺寸進行對比，確定變形侵限段的位置以及其高度、寬度，用紅漆在初期支護表面進行標(biāo)識，標(biāo)識時要考慮必須拆換的鋼筋網(wǎng)、型鋼拱，所以紅漆的標(biāo)識一般要比對比所得的范圍還要大。

（3）破除砼

采用風(fēng)鎬破除噴射砼，盡量不用爆破。

（4）割斷鋼筋網(wǎng)

為加快處理，可采用熱割方式割斷鋼筋網(wǎng)。盡量預(yù)留足夠長度（不小于150m）的鋼筋接頭。

（5）割斷或拆除鋼架

在割斷型鋼拱架之前，應(yīng)對施工安全進行全面評估，必要時要對待割斷的型鋼拱架中不拆除部份設(shè)置臨時鋼支撐或徑向錨桿加強。型鋼拱架按劃定的區(qū)域采用氧割拆除。

2.5.4侵限圍巖的開挖

初期支護拆除后，若圍巖仍侵入限界需處理，盡量采用風(fēng)鎬鑿除，當(dāng)必須采用爆破方法方能處理時，應(yīng)于實施前作爆破試驗，以試驗參數(shù)指導(dǎo)施工。

2.5.5恢復(fù)初期支護

采用不含細(xì)石的配合比的噴射砼覆蓋巖面；鋼筋網(wǎng)與預(yù)留鋼筋接頭采用搭接焊或綁扎。鋼筋網(wǎng)盡量緊貼巖（初噴砼）面。連接或架立鋼架，認(rèn)真測量已經(jīng)拆除的鋼架長度及形狀，取相應(yīng)長度及形狀的型鋼拱架，將其焊接到已割除部位（與原鋼架焊接時，要用鋼板兩側(cè)綁焊），恢復(fù)其支承受力狀態(tài)。

3勞動機具組織

本項施工是對因圍巖變形而引起初期支護變形侵入限界的處理，確保拆換施工安全是重點，與正常情況下的施工工序循環(huán)在勞動力、機械設(shè)備配置等有差異。勞動力配置以加強安全監(jiān)控、侵限鑿除為主，待將擬拆換區(qū)域侵限之外的圍巖和受影響范圍的區(qū)域預(yù)加固后方可組織本工序施工。

3.1勞動力組織

各工序作業(yè)人員配置應(yīng)能滿足現(xiàn)場施工需要，監(jiān)控量測要及時跟進，及時為現(xiàn)場提供施工參數(shù)，確保拆換一次到位。現(xiàn)場管理人員要清楚掌握現(xiàn)場情況，并及時解決、協(xié)調(diào)各工序作業(yè)。本工序勞動力配置見表3.1-1

3.2機具設(shè)備配置

根據(jù)現(xiàn)場實際情況配備齊全相關(guān)鑿巖、動力、通風(fēng)、供電、運輸?shù)臋C械設(shè)備。

4安全質(zhì)量控制

4.1加強施工安全質(zhì)量監(jiān)控

（1）加強監(jiān)控量測，提高觀測頻率，以便根據(jù)變形趨勢調(diào)整相應(yīng)的施工參數(shù)和安全防護方案；

（2）嚴(yán)格對開挖處理變形、超前支護、環(huán)向注漿加固、拱架安裝質(zhì)量、鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)質(zhì)量、噴射混凝土質(zhì)量進行檢查，合格后方可進入下一施工工序。

（3）設(shè)置專職安全人員于施工過程中對拆換施工段及受影響段區(qū)域進行巡查，發(fā)現(xiàn)支護變形或損壞，即時整修。如果險情危急，應(yīng)果斷撤離施工人員。

4.2施工控制

（1）嚴(yán)格按既定施工方案所確定的區(qū)域施工；

（2）盡量采用風(fēng)鎬鑿除侵限砼和巖面，必須采用爆破作業(yè)時，要有爆破設(shè)計并作相應(yīng)爆破試驗，以確定相應(yīng)爆破參數(shù)，實施時，必須嚴(yán)格按方案執(zhí)行；

（3）開挖后要即時初噴砼封閉圍巖和實施替換構(gòu)件；

（4）構(gòu)件支撐不得支于活動的石塊和虛碴上，必須在型鋼拱腳下設(shè)鋼墊或其他方法塞實、契緊；

（5）暫停施工時，強支護體系必須直抵開挖面；

4.3對變形圍巖換拱的主要控制點

（1）對擬拆換區(qū)域及影響區(qū)域的預(yù)加固質(zhì)量控制以及擬拆換區(qū)域位置選擇；

（2）拆換區(qū)域內(nèi)開挖凈空控制；

（3）構(gòu)件安裝質(zhì)量控制；

（4）與既有構(gòu)件的連接質(zhì)量控制。

5施工效果檢查

該圍巖段自2012年4月初發(fā)現(xiàn)初期支護變形到2013年2月底處理完成后，經(jīng)不間斷變形量測，其變形基本趨于穩(wěn)定。

經(jīng)驗：對于小斷面高地應(yīng)力擠壓性圍巖隧道施工，加強監(jiān)控量測，廣泛收集水文、地質(zhì)資料，基本能夠判定圍巖變形趨勢；于初支增加徑向長錨桿及加強徑向注漿，對控制初期支護變形，效果較顯著。