付 濤

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局414 隊(duì)， 湖南 益陽 413000）

0 引言

在交通行業(yè)的發(fā)展中隧道工程所占的比重越來越大，隧道優(yōu)化了公路、鐵路的線形，大大的縮短了行車?yán)锍?。但隧道工程作為一?xiàng)隱蔽性工程，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，而且不可預(yù)見的因素很多[1]。而淺埋隧道因?yàn)槁裆钶^淺，隧道的圍巖風(fēng)化破碎現(xiàn)象較為嚴(yán)重、圍巖強(qiáng)度低、自穩(wěn)性能差，這不僅加大了隧道設(shè)計(jì)方面的難度，還為隧道的施工增加了更多的困難和危險(xiǎn)系數(shù)。近年來，在淺埋隧道的施工過程中頻發(fā)塌方、地表下沉、地面裂縫等事故，嚴(yán)重的威脅了人民的生命財(cái)產(chǎn)。因此，加強(qiáng)對(duì)軟弱圍巖條件下公路淺埋隧道施工技術(shù)的研究具有重大的意義[2]。

1 淺埋隧道概述

1.1 淺埋隧道的劃分

關(guān)于隧道深淺的劃分，由于劃分的標(biāo)準(zhǔn)差異，一直頗受爭(zhēng)議。在規(guī)范中，根據(jù)荷載的等效高度值，并考慮隧道的地質(zhì)條件以及施工的方法進(jìn)行綜合的判定[3]。

其中Hp表示淺埋隧道的分界深度；hq表示荷載的等效高度；S 表示圍巖的級(jí)別 ；ω為寬度的影響系數(shù)；B 為隧道的寬度；i 為圍巖壓力的增減率，當(dāng)B 小于5m 時(shí)，i 取0.2，否則i 取0.1。一般情況下，對(duì)于IV-VI 級(jí)別的圍巖Hp=2.5hq；對(duì)于I-III 級(jí)別的圍巖Hp=2hq。當(dāng)隧道覆蓋層的厚度H≥Hp時(shí)，定義此時(shí)為深埋隧道，反之則為淺埋隧道。

1.2 淺埋隧道的特點(diǎn)

與深埋隧道相比較，淺埋隧道形成承載拱的難度較大，且隧道周圍都伴隨著特殊地形，比如偏壓、軟弱巖層、風(fēng)化帶等。在隧道的開挖階段，淺埋隧道的難度要遠(yuǎn)大于深埋隧道，且往往伴隨著拱頂下沉、地表開裂、下沉等病害。埋深是影響地表下沉的最主要的因素，在埋深較淺的情況下，隧道不能夠形成承載拱，就會(huì)使得開挖造成的下沉直接作用在地表面。通常來講，在淺埋隧道掌子面的前方會(huì)有比較大的下沉。除此之外，外界環(huán)境對(duì)淺層隧道的影響也較大，例如地表水、地表荷載等都會(huì)嚴(yán)重影響隧道施工[4]。

2 淺埋軟弱圍巖隧道施工對(duì)策研究

2.1 工程概況

本文以湖南婁底某公路隧道作為工程實(shí)例來探討在軟弱圍巖條件下公路淺埋隧道的施工技術(shù)。該隧道由左右兩條線組成，左線480m，右線490m。隧道進(jìn)口約50m 的距離皆位于沖溝內(nèi)，隧道兩側(cè)偏壓，地表水豐富，軟弱巖層較為發(fā)育，承載力較低。圍巖級(jí)別為V 級(jí)，巖體多處于破碎或較破碎的不穩(wěn)定狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育。

2.2 隧道開挖方法的選擇

對(duì)于公路淺埋隧道的軟弱圍巖由于地質(zhì)條件的原因，圍巖的穩(wěn)定性很差，必須重視開挖過程以及開挖后的支護(hù)，如若達(dá)不到要求，很容易造成塌方。因此在施工過程中保持圍巖的穩(wěn)定是保證隧道施工順利進(jìn)行的基本條件。施工方法的選擇是軟弱圍巖隧道施工的關(guān)鍵，方法的優(yōu)劣會(huì)直接影響施工的進(jìn)度以及施工過程的安全性，在選擇施工方法時(shí)需要考慮施工的條件、隧道的埋深與斷面面積、圍巖的條件、計(jì)劃的工期以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件等。

對(duì)于V、VI 圍巖，由于巖體較為破碎，在隧道中施工，采用側(cè)壁導(dǎo)坑、CD、CBD 施工方法相對(duì)更加安全可靠，但是這種存在著機(jī)械化程度低、進(jìn)度慢、圍巖擾動(dòng)次數(shù)度的弊端。然而短臺(tái)階法彌補(bǔ)了前述的不足、縮短了工期，目前在軟弱圍巖的淺埋隧道超短臺(tái)階法更加適用。由于所研究的婁底隧道施工工期緊張，洞口位于沖溝處，圍巖性質(zhì)較差，綜合考慮下最終決定選用超短臺(tái)階法進(jìn)行施工。

2.3 富水地段的施工技術(shù)措施

隧道施工中途徑富水區(qū)，突泥和涌水的事故極容易發(fā)生，因此如遇地下水，在處理方面應(yīng)該遵循封堵為主的原則。在此地段要將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與超前支護(hù)技術(shù)合理搭配進(jìn)行，先通過運(yùn)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，提前探明可能存在水的區(qū)域、水量的大小、水的分布等，待開挖接近至該區(qū)域，應(yīng)謹(jǐn)慎處理采用超前支護(hù)手段提前對(duì)水流進(jìn)行封堵，在明洞中經(jīng)常會(huì)選用管棚注漿的方式治理，而在暗挖地段大多采用小導(dǎo)管超前注漿的方式，通過超前注漿達(dá)到止水的目的。因此該隧道采用進(jìn)洞前先采用管棚預(yù)支護(hù)形成簡(jiǎn)支梁式支護(hù)，進(jìn)洞后在管棚之間采用小導(dǎo)管超前預(yù)注漿加固，小導(dǎo)管的長(zhǎng)度在6m，環(huán)向間距為0.4m，漿體采用水泥。同時(shí)注漿還有效的提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力與穩(wěn)定性。通過注漿可以有效的防治隧道的拱頂發(fā)生坍塌，將松散的巖石膠結(jié)形成一個(gè)整體，進(jìn)而形成一個(gè)加固圈，起到加固鞏固圍巖的作用。通過提高巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，進(jìn)一步的增強(qiáng)了巖體的強(qiáng)度。該方案注漿的時(shí)間段，能夠及時(shí)快速的起到加固圍巖的作用。

2.4 爆破控制

由于鉆爆法設(shè)備輕便、效率高、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，在我國(guó)大多數(shù)的隧道中均采用此方法。隧道施工最為重要的就是保護(hù)圍巖，所有的施工手段都應(yīng)該將此作為基本條件。爆破會(huì)產(chǎn)生兩方面的問題，其一是對(duì)圍巖造成了損傷，另一方面則是超挖欠挖的問題。隧道爆破中產(chǎn)生超欠挖雖然是不可避免的，但是能夠有效的控制，目前常用的控制措施就是光面爆破。在軟弱圍巖中爆破其要求更高，更應(yīng)謹(jǐn)慎處理。軟弱圍巖中存在著大量的節(jié)理和裂隙，在爆破的過程中首先會(huì)沿著最薄弱的結(jié)構(gòu)面擴(kuò)展，極容易造成巖層的剝落與塌方，一方面嚴(yán)重影響了施工人員的人身安全，另一方面還加大了襯砌的難度，影響施工的質(zhì)量。由于該婁底隧道軟弱圍巖涉及的范圍較廣，同時(shí)考慮到施工的安全問題、施工工期的限制、斷面尺寸的要求等方面，經(jīng)過多次的比較論證，最終決定選用超短臺(tái)階光面爆破的手段來解決以上問題。

為了有效的控制爆破造成的超挖與欠挖，需要首先調(diào)整爆破的參數(shù)，在隧道的施工中，圍巖的條件是不斷變化的，也會(huì)有軟弱夾層和溶洞等不良的地質(zhì)現(xiàn)象，因此炮孔為位置、間距、角度等參數(shù)也應(yīng)該隨著圍巖裂隙的變化而不斷的調(diào)整。在每次爆破之后都應(yīng)該根據(jù)爆破的效果、圍巖的影響以及爆破面的情況而相應(yīng)的做出調(diào)整。同時(shí)為了更加精準(zhǔn)的達(dá)到預(yù)期的效果，還應(yīng)當(dāng)提高鉆孔的精度，減少由于人為的影響而造成的誤差。除此之外還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員組織的協(xié)調(diào)作用，規(guī)范包括的流程、操作的細(xì)節(jié)，做到及時(shí)的檢測(cè)，及時(shí)的反饋問題。

爆破的整體思路是根據(jù)現(xiàn)有的爆破理論以及隧道內(nèi)巖體的參數(shù)以及節(jié)理裂隙發(fā)育的狀況，先對(duì)需爆破區(qū)域的隧道建立數(shù)值模型并賦予計(jì)算參數(shù)，通過數(shù)值模擬的手段模擬隧道開挖爆破的情況，計(jì)算出隧道斷面以及圍巖的最大振速，同時(shí)分析爆破對(duì)圍巖強(qiáng)度參數(shù)的影響以及可能出現(xiàn)的事故。之后結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果、工程經(jīng)驗(yàn)以及工程的實(shí)際情況，得出爆破參數(shù)的取值范圍，然后對(duì)各個(gè)參數(shù)排列組合進(jìn)行爆破試驗(yàn)，最終確定出爆破的最優(yōu)參數(shù)，最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作情況及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，確保施工的安全與工程的進(jìn)度。

該隧道的爆破采用濕鉆法，鉆機(jī)選用YT-28 鑿巖機(jī)，鉆孔的孔徑為42mm，炮孔的深度根據(jù)圍巖的級(jí)別確定，V 級(jí)圍巖每循環(huán)進(jìn)尺0.9m 左右；炸藥選用2#硝銨炸藥。各炮孔起爆的順序：掏槽孔→輔助孔→周邊孔。

2.5 隧道施工防坍塌措施

⑴預(yù)防掌子面塌方的措施

根據(jù)圍巖的情況，選擇不同的處理手段，對(duì)于圍巖軟弱破碎的情況，當(dāng)容易成孔時(shí)，可以通過采用錨桿進(jìn)行超前支護(hù)；但當(dāng)不宜成孔時(shí)，采用小導(dǎo)管；除此之外，如若圍巖在V 級(jí)以下，需要采用大管棚進(jìn)行支護(hù)。在掌子面施工時(shí)，每循環(huán)在拱頂、拱腰、拱腳共設(shè)置5 個(gè)6m 長(zhǎng)的超前探孔，探孔由上而下進(jìn)行施工，逐步釋放地下水壓力。在施工的過程中如若發(fā)生涌水突泥的事故，首要任務(wù)是將施工人員迅速撤離至安全地帶，遠(yuǎn)觀事故發(fā)展的情況，待突水穩(wěn)定后，開始進(jìn)行清淤排水的工作，對(duì)掌子面進(jìn)行封堵，待封堵完畢再進(jìn)行超前支護(hù)工作。

⑵開挖成型的洞身塌方處理措施

倘若洞身有微型裂隙存在，則需在開裂處噴射厚度不小于3cm 的混凝土。然后觀察裂隙處，如若裂隙不再擴(kuò)展則說明裂隙已經(jīng)得到控制，反之則需要進(jìn)行更強(qiáng)的措施，比如在裂隙處進(jìn)行小導(dǎo)管注漿掛網(wǎng)噴射混凝土處理。對(duì)于巨型的開裂，首先需要將隧道內(nèi)的設(shè)備以及施工人員撤離至安全地帶，防止出現(xiàn)進(jìn)一步的突發(fā)事件對(duì)人、材、機(jī)造成損傷，同時(shí)還需要立即停止隧道內(nèi)的所有爆破作業(yè)，以免沖擊波對(duì)加速裂縫的擴(kuò)展，誘發(fā)塌方。在離裂縫區(qū)1.5m 左右的距離就需要立即進(jìn)行立套拱加固初期支護(hù)，倘若套拱依舊不能阻止裂縫的發(fā)育，則需要對(duì)套拱增加橫撐或者鋼拱架內(nèi)支撐。

對(duì)于該隧道進(jìn)口端，為了減少開挖過程對(duì)圍巖的擾動(dòng)，采用人工配合小型機(jī)械開挖的方案，開挖的過程必須嚴(yán)格控制進(jìn)尺，遵循先護(hù)后挖、保留核心土、邊墻分幅跳槽、仰拱跟進(jìn)的原則，根據(jù)施工段現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用超前小導(dǎo)管注漿或者大管棚加固的方法，在地質(zhì)情況復(fù)雜的地段可以兩者配合使用來提高圍巖的穩(wěn)定性。在開挖后立即進(jìn)行初支，同時(shí)確保仰拱距掌子面15 至20m，以達(dá)到改善隧道的受力條件的目的。在施工的過程中還需要加強(qiáng)對(duì)隧道的監(jiān)控量測(cè)，包括拱頂、地表的下沉狀況、掌子面超前預(yù)報(bào)、初支二襯的厚度檢測(cè)等，確保發(fā)現(xiàn)問題能夠及時(shí)的做出應(yīng)對(duì)措施。

3 結(jié)語

綜上所述，文章首先根據(jù)規(guī)范要求闡述了淺埋隧道的界定方法，并分析了相對(duì)于深埋隧道，淺埋隧道所存在的特點(diǎn)和施工技術(shù)難點(diǎn)。然后結(jié)合湖南婁底某公路隧道，系統(tǒng)的分析了淺埋隧道在施工中開挖方法的選擇、富水地段的處理措施、爆破過程的控制以及隧道防坍塌的具體措施，為之后類似工程的施工提供參考。