李　云

(貴州省交通建設(shè)工程造價管理站，貴州 貴陽　550008)

?

隧道工程

公路隧道大管棚施工技術(shù)

李云

(貴州省交通建設(shè)工程造價管理站，貴州 貴陽550008)

摘要：介紹某隧道施工過程中的管棚工藝參數(shù)，著重分析在棚頂下斷層破碎帶內(nèi)開挖與支護(hù)等施工工序?qū)λ淼绹鷰r變形的影響過程，并根據(jù)監(jiān)測的有關(guān)圍巖變形時效曲線，得出了相應(yīng)的階段時間以及對應(yīng)的開挖面到監(jiān)挖斷面的距離。

關(guān)鍵詞：公路隧道；大管棚；施工技術(shù)

1隧道工程地質(zhì)概況

某隧道為雙洞雙車道公路隧道。穿過地層系典型的背斜構(gòu)造，以三疊系石灰?guī)r、白云巖和泥質(zhì)灰?guī)r為主，巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)定。斷層及其影響帶近垂直地穿過隧道東段，破碎帶寬約40m，上盤為三疊系須家河一組灰?guī)r，下盤為二疊系雷口坡組白云巖。隧道軸線方向近東西向，巖層相對開挖方向為順傾，易坍塌。破碎帶內(nèi)隧道開挖斷面積約80 m2，依國際隧道協(xié)會(I·T·A)標(biāo)準(zhǔn)屬大型隧道。

隧道所在地區(qū)地表相對高差在280 m以內(nèi)，斷層穿過隧道處的相應(yīng)地表為緩坡地形。洞內(nèi)地下水源點及其流量受季節(jié)影響很大。

2越過斷層破碎帶的有效措施——管棚法

管棚是目前國內(nèi)各工程局、隧道局施工隧道的常用輔助措施，它由鋼管和鋼架構(gòu)成。該隧道的管棚施工參數(shù)如下：

鋼管：φ80 mm的無縫鋼管，沿隧道拱頂及兩邊墻輪廓縱向水平設(shè)置。鋼管中心距為30～50 cm，絲扣聯(lián)接?？紤]XY-2B型鉆機(jī)施工，允許10°之內(nèi)的外偏角。鉆孔完畢后，集中用KBY-50/70型液壓注漿泵向管內(nèi)壓注水泥漿液。

鋼架：系φ22 mm的20MnSi鋼筋焊接而成的格柵構(gòu)架，縱向間距0.75～1.0 m。格柵鋼架取材容易、加工簡單、安裝方便、與混凝土粘結(jié)力強(qiáng)，并和錨桿等初期支護(hù)手段形成隧道建造中的實際承載結(jié)構(gòu)。

考慮到單液水泥漿開挖時間為注漿后8 h左右及開挖面的安全，同時 必須面對工作面前大型工作平臺的拆除、運出等具體工作，在注漿或一周左右恢復(fù)開挖面的推進(jìn)。

3隧道監(jiān)控面及其測線布置

3.1收斂計

SWJ型隧道凈空變位測定計：重錘一百分表型，系鐵科院西南分院研制產(chǎn)品?？紤]到本隧道施工監(jiān)測中安裝方便、迅速讀數(shù)而進(jìn)行了自行改進(jìn)。

KM—1型收斂計：彈簧—螺旋測微型，系中信巖土測試儀器公司的新型專利產(chǎn)品。

3.2監(jiān)控面及測線

施工監(jiān)控面間距為5～10 m，采用四測線布置形式。

4管棚護(hù)頂下隧道圍巖變形過程分析

該監(jiān)控面是在提前完成的管棚護(hù)頂下布置的，并在爆破前2 h初測。12 h后復(fù)測時，圍巖向內(nèi)空水平擠入4.33 mm，變形速率達(dá)8.66 mm/d。于是停止開挖，4.5 h后又測，變形量增至5.02 mm。可見在管棚作用下恢復(fù)開挖的初期，圍巖變形速率是很大的，這反映了軟弱破碎帶圍巖變形大且快速增長的特點。1.54 d后，初噴—打設(shè)砂漿錨—掛鋼筋網(wǎng)—復(fù)噴—架鋼架—又噴混凝土構(gòu)成的初期支護(hù)工藝已經(jīng)完成。隨著混凝土的固結(jié)和砂漿錨桿約束作用的發(fā)揮，快速增長的圍巖變形態(tài)勢得到了有效控制，變形速率降至3.02 mm/d。由此看出及時完成初期支護(hù)，可從很大程度上控制隧道圍巖的變形趨勢，以維持隧道凈空必要的大小和形狀。在混凝土抗壓強(qiáng)度接近其28 d齡期強(qiáng)度的70%時，監(jiān)測到隧道凈空出現(xiàn)擴(kuò)張現(xiàn)象，變形回彈了0.23 mm。對隧道壁面進(jìn)行的細(xì)致觀察表明噴層完好，錨桿無拉出或拉斷現(xiàn)象。此時，變形速率已降為初始變形速率的1/7.66,急劇下降的速率曲線平緩下來，圍巖變形量增長曲線出現(xiàn)第一個臺階狀變化。第八天恢復(fù)全斷面鉆爆掘進(jìn)，圍巖變形增量又陡然增至1.27 mm，變形速率曲線上出現(xiàn)一個峰值(1.1 9mm/d)。這是由于開挖面的支撐效應(yīng)以及開挖斷面與后方支護(hù)及兩側(cè)邦巖體構(gòu)造的穹窿空間作用所致。當(dāng)緊隨開挖而布置的輻向砂漿錨桿不足以將圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)有效結(jié)合時，在松散土巖表面形成的薄壁殼狀支承體只是相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在一定的應(yīng)力或變形限度內(nèi)是能夠維持其動態(tài)平衡的。隨著開挖面向前推進(jìn)，穹窿空間不斷擴(kuò)大，殼狀結(jié)構(gòu)經(jīng)受外力沖擊的能力逐漸減弱，決定隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的是圍巖和支護(hù)界面的接觸條件及其有效接觸應(yīng)力，而隧道斷面的變形、圍巖位移及其隨時間變化的特性是衡量該結(jié)構(gòu)動態(tài)的可靠指標(biāo)。因該隧道巖層為較規(guī)律的沉積巖層，在其窿起形成背斜構(gòu)造過程中，巖體間原有粘結(jié)力遭到破壞并在不同程度上降低了強(qiáng)度，但同時增強(qiáng)了垂直于巖層界面的法向擠壓力，并積蓄了一部分變形能，爆破開挖導(dǎo)致巖體變形能的釋放，引起裂隙張開和向凈空突然的位移，于是圍巖變形出現(xiàn)加速現(xiàn)象，即預(yù)示著現(xiàn)有支護(hù)系統(tǒng)需要加強(qiáng)。為減少圍巖暴露面，增加施工安全感，開挖循環(huán)完成后，迅速將格柵鋼架和噴錨網(wǎng)支護(hù)延伸至工作面附近。此時變形速率降為1.01 mm/d。變形曲線斜率出現(xiàn)減小，出現(xiàn)第二個“臺階”。開挖面距監(jiān)控面僅為0.39D(D為隧道開挖寬度)。之后，開挖面連續(xù)向前推進(jìn)5m(每次進(jìn)尺1～1.5 m)，在剛恢復(fù)掘進(jìn)的短時間內(nèi)圍巖變形量增至10.14 mm,變形速率曲線上出現(xiàn)峰值，但在連續(xù)均勻進(jìn)尺時，圍巖變形卻增長緩慢，變形速率降為0.88 mm/d。分2～3次噴射混凝土后，再次監(jiān)測到隧道凈空出現(xiàn)水平擴(kuò)張現(xiàn)象，位移量為0.22 mm，形成第三個臺階狀增長曲線，這時開挖面距監(jiān)控面為0.79 D。如此循環(huán)下去，當(dāng)距開挖面1.18 D時，圍巖變形出現(xiàn)出現(xiàn)第四個“臺階”，但臺階高度已明顯減小。在即將進(jìn)入前方二疊系雷口坡組地層時，沿弧形拱頂打設(shè)了φ50 mm小管棚后，圍巖變形得到進(jìn)一步控制而變得平穩(wěn)，速率變化量趨于零，加速率幾乎為零。仔細(xì)觀察混凝土層，未出現(xiàn)裂紋，錨桿、鋼架亦正常，表明圍巖—支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入了基本穩(wěn)定狀態(tài)。

5結(jié)論

管棚護(hù)頂下，軟弱破碎圍巖的變形—時間曲線受施工工序影響而明顯的臺階狀增長，“臺階”高度隨時間延長，開挖面的向前推移而越來越小。在開挖面距監(jiān)控面0.5 D之內(nèi)，圍巖變形增長很快，當(dāng)此距離達(dá)到2 D時，圍巖便基本穩(wěn)定下來。fv34保持施工循環(huán)的正規(guī)連續(xù)性，利于圍巖變形快速收斂而趨于穩(wěn)定。大管棚護(hù)頂下加設(shè)小管棚能加快圍巖穩(wěn)定的進(jìn)程。隧道內(nèi)空擴(kuò)張現(xiàn)象是圍巖—支護(hù)結(jié)構(gòu)受力調(diào)整的反映。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓文忠長管棚在臨吉高速公路隧道淺埋段施工中的應(yīng)用[J].北方交通，2009.

[2]葉飛，霍三勝，常文偉.公路隧道穿越軟弱破碎煤系地層及采空區(qū)施工安全控制技術(shù)[J].公路，2011，(6)：199-204.2

收稿日期：2015-11-15

作者簡介：李云(1975-)，女，高級工程師，研究方向：造價審查.造價監(jiān)督。

中圖分類號：U455.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0154-01