(四川川交路橋有限責(zé)任公司, 四川 廣漢 618300)
隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,政府部門加大了對交通領(lǐng)域的支持力度,公路工程的數(shù)量逐漸增多,但我國地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,公路工程在施工過程中會遇到需開挖隧道的情況,隧洞位置的圍巖穩(wěn)定性較差[1],會直接影響到施工,還會帶來施工安全隱患,需采取針對性初期支護施工技術(shù),提升工程結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。施工單位應(yīng)綜合考慮隧道地質(zhì)條件,科學(xué)處理軟弱圍巖,不斷創(chuàng)新隧道軟弱圍巖初期支護施工技術(shù),以保障施工的順利進行。
本研究以某公路工程為例,選擇其某隧道出口段,從左、右兩幅同時修建,間距達45米,隧道圍巖均屬于Ⅱ級—V級的圍巖,隧道高5.5米、寬11.5米,坡度約-0.83%。隧道工程采取新奧法施工技術(shù),須把握好施工過程的開挖、支護、量測等環(huán)節(jié),以保障初期支護施工的順利進行。
軟弱圍巖本身結(jié)構(gòu)偏松軟,且?guī)r石相互的粘合力較差,開挖隧道時易造成整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題,特別是淺層地段,易出現(xiàn)坍塌等安全問題。同時,軟弱圍巖底層通常由泥巖、片巖等構(gòu)成[2],其穩(wěn)定性較差,直接受到外力的作用,開挖之后易被風(fēng)化,遇水則軟化。此外,軟弱圍巖構(gòu)面較為柔軟,開挖隧道過程中受切割的影響,結(jié)構(gòu)面會發(fā)生一定變化,加之其本身粘結(jié)強度低,因此,常存在結(jié)構(gòu)面松弛的問題,增加了隧道的不穩(wěn)定因素。
在本工程中影響到隧道穩(wěn)定性的因素有:(1)地質(zhì)地貌因素:通過分析工程隧道的巖石力學(xué)性質(zhì)、巖性類型以及異性化可知,在此隧道區(qū)域中圍巖的巖性直接影響著隧道穩(wěn)定性,如硬巖強度過大,其變形量相對較小,反之,薄層沉積巖的強度較低,屬于軟性巖石,其變形量較大,嚴(yán)重的情況下還會引發(fā)地下水突涌等問題;(2)巖體結(jié)構(gòu)因素:受到地質(zhì)構(gòu)造不斷運動等因素的影響,會形成不同結(jié)構(gòu)面,與母巖相比其強度更低,再加上結(jié)構(gòu)面強度的本身的影響,強度會進一步降低;(3)地應(yīng)力因素:隧道區(qū)域存在軟弱圍巖不穩(wěn)定的問題,其原因在于在開挖隧道時出現(xiàn)的應(yīng)力重分布,明顯超過可圍巖的強度。
公路隧道軟弱圍巖的不穩(wěn)定性會影響到開挖工作,需采取針對性初期支護施工技術(shù)。從太沙基理論可知,當(dāng)圍巖由具有凝聚力的松散介質(zhì)構(gòu)成時,完成隧道的開挖、支護施工環(huán)節(jié)后,松散介質(zhì)會在垂直力作用下出現(xiàn)明顯的下沉現(xiàn)象,加之側(cè)壓力的影響,也會形成摩阻力,會直接限制介質(zhì)下沉,但此種方式屬于傳統(tǒng)的被動理論施工,與現(xiàn)代化施工理念不太相符。因此,在本工程的隧道軟弱圍巖初期支護施工以新奧法為基礎(chǔ),該種施工技術(shù)通過圍巖本身強度支撐其重量,借助向薄層噴射混凝土的方法封閉圍巖,以柔性支護為主,屬于主動支護方式,具體的施工環(huán)節(jié)、技術(shù)分為以下幾方面:
開挖隧道洞身時,其使用的機械設(shè)備有多功能鑿孔臺架、三臂液壓鑿孔臺車,可進行全斷面開挖,具有施工速度快、操作簡單、質(zhì)量高等優(yōu)點。通過側(cè)卸式裝載機、反向挖掘機進行裝碴、出碴,用自卸汽車進行運輸。完成仰拱初支的封閉施工程序后,須回填適量碴土,約20厘米后,避免機械設(shè)備運作過程中損壞初支。正式開挖前應(yīng)做好測量放樣工作,通過水平儀、全站儀進行測量[3],準(zhǔn)確標(biāo)記“開挖中線”、“標(biāo)高”,標(biāo)記超前小導(dǎo)管、炮眼等準(zhǔn)確區(qū)域。
初期支護采取錨網(wǎng)噴施工技術(shù),每榀按照0.8米的寬度安設(shè)拱墻工字鋼架,于拱部每環(huán)處均安裝φ42超前小導(dǎo)管,共 35根,以增強支護作用,每根小導(dǎo)管長3.5米,每環(huán)間距約0.4米,縱向間距Ⅴ級圍巖區(qū)域為2.4米,洞口加強段為1.6米,Ⅳ級圍巖區(qū)域為3米,并在Ⅳ級圍巖區(qū)域設(shè)拱墻,加W鋼帶進行支護,每環(huán)縱向間距為 1米。初期支護的施工程序為:用噴混凝土施工方式封閉巖面、根據(jù)設(shè)計圖進行打錨桿孔、設(shè)置砂漿錨桿、混凝土注漿、掛好鋼筋網(wǎng)、設(shè)置格柵拱架、反復(fù)噴混凝土(達到設(shè)計厚度后停止)、構(gòu)建聯(lián)合型支護結(jié)構(gòu)。
鋼架支撐的制作過程均在加工房中完成,型鋼的制作使用工程自行研制的電動彎制機(DYW-5)進行制作加工,鋼架支撐按照設(shè)計分段的方式加工,每段端頭焊接的連接板均使用螺桿進行鏈接,每兩榀都用鋼筋進行連接,連接鋼筋的間距控制在100厘米。在加工過程中應(yīng)注意按照設(shè)計隧道的開挖要求掌握好其弧度,通過濕噴技術(shù)進行復(fù)噴混凝土,用液壓濕噴機(YSP-10型),通過混凝土拌和機集中拌制好配料,在正式噴射錢應(yīng)清理好受噴面,徹底清理好受噴巖面位置的浮石等雜物,光滑面應(yīng)鑿毛,使用高壓風(fēng)清掃。按照分段、分片、分層的方式進行噴射混凝土,噴射過程中應(yīng)噴平低洼位置,再按照由下到上的順序,進行往復(fù)噴射,用灑水的方式養(yǎng)護1周。
本工程使用濕噴法進行噴射,厚度約為 5厘米,正式初噴前,施工人員應(yīng)仔細清除表面的雜物、松石,受到巖面不平整等因素的影響,噴射混凝土的過程中不易黏貼,可根據(jù)實際情況降低灰骨比,以減少回彈情況、提升其粘結(jié)性。拱墻錨桿使用φ25中空注漿錨桿、邊墻錨桿使用φ22砂漿錨桿。根據(jù)隧道斷面沿著輻射狀打設(shè)錨桿,縱向、橫向均以梅花型進行布置,均為80厘米,注漿過程中需完全排除眼孔氣體,提升漿液的飽滿度以及注漿整體質(zhì)量,整個注漿過程的壓力為0.5—1.0MPa,完成注漿環(huán)節(jié)后,通過拉拔儀施加超過60KN的預(yù)應(yīng)力,最終抗拉力試驗的錨桿為ML-20型錨桿,抗拉力須超過150KN?;炷羾娚?厘米后掛好鋼筋網(wǎng),并將其與徑向的錨桿連接,按照設(shè)計要求制作鋼筋網(wǎng)。噴射混凝土完成后,須養(yǎng)護1周。
隧道軟弱圍巖初期支護施工過程中,為防止圍巖變形的加劇,應(yīng)對初期支護予以適當(dāng)調(diào)整,以形成支撐力較強的支撐體系,以解決施工過程的偏壓問題。根據(jù)設(shè)計圖要求,布置環(huán)向、橫向、縱向排水管的間距、連接方法,通過復(fù)合防水層,施工過程中,工作人員應(yīng)站在工作平臺上,借助專用的墊射針將無紡布平整固定于噴射砼的表面,施工完成后需仔細檢查防水層完整性,如果發(fā)現(xiàn)破損位置應(yīng)予以修補。做到開挖短進尺,勤支護,早封閉,并且做好監(jiān)控量測工作。
綜上所述,公路工程中隧道施工一直是其施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié),但隧道區(qū)域的地質(zhì)條件復(fù)雜,特別是存在軟弱圍巖,直接影響著工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,在實際施工過程中,需綜合考慮工程實際情況,運用支護先進材料與技術(shù),科學(xué)處理隧道軟弱圍巖,提升公路建設(shè)質(zhì)量,避免隧道施工過程的安全問題,更好地延長公路使用時間,贏取更大經(jīng)濟、社會效益。
[1]李鵬飛,田四明,趙勇等.高地應(yīng)力軟弱圍巖隧道初期支護受力特性的現(xiàn)場監(jiān)測研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2013,16(z2):3509-3519.
[2]張德華,劉士海,任少強等.高地應(yīng)力軟巖隧道中型鋼與格柵支護適應(yīng)性現(xiàn)場對比試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2014,22(11):2258-2266.D
[3]關(guān)寶樹.漫談礦山法隧道技術(shù)第十講--軟弱圍巖隧道中開挖斷面早期閉合的施工技術(shù)[J].隧道建設(shè),2016,36(8):887-896.