吳 帆

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 前 言

軟弱圍巖由于巖體結(jié)構(gòu)松散，完整性較差，且強(qiáng)度低、水理性能差，易飽水失穩(wěn)，在地表水的浸潤(rùn)沖刷下易發(fā)生變形破壞，誘發(fā)邊坡失穩(wěn)，進(jìn)而造成塌方、冒頂，嚴(yán)重影響到隧道施工質(zhì)量甚至威脅到人員的安全[1-2]。鑒于此，有必要明確具體的施工風(fēng)險(xiǎn)，并采取有效的處理措施，應(yīng)用合理的施工技術(shù)提高隧道工程的建設(shè)品質(zhì)。

1 工程概況

某在建高速公路線路全長(zhǎng)24.95 km，全線橋隧比達(dá)40.17%，沿線地形復(fù)雜多變，隧道施工區(qū)域存在不良地質(zhì)情況。根據(jù)鉆探、物探及地質(zhì)調(diào)繪，隧道區(qū)地層巖性由新至老為第四系圖層的坡殘積及燕山期的花崗巖組成。其中，隧道進(jìn)出口段圍巖屬Ⅴ級(jí)軟弱圍巖，其組成巖土體為坡殘積砂質(zhì)黏性土層，碎塊石及全風(fēng)化花崗巖。

2 軟弱圍巖條件下的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)

2.1 開(kāi)挖方式

軟弱圍巖隧道施工難度較大，現(xiàn)階段的可選方法較多，包含臺(tái)階法、中隔壁法、爆破法等。其中，光面爆破是隧道開(kāi)挖中較為主流的方法，但其在實(shí)際應(yīng)用與操作時(shí)具有局限性，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1)圍巖受損嚴(yán)重。通過(guò)高能量的炸藥而實(shí)現(xiàn)爆破，在短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生極為強(qiáng)烈的沖擊力，導(dǎo)致巖石失穩(wěn)并破碎，雖然可以形成特定的隧道斷面，但其周邊的巖石也將受到影響，圍巖的自穩(wěn)能力隨之下降。既有研究表明：爆破對(duì)區(qū)域內(nèi)巖石的損傷程度較高，其性能指標(biāo)較爆破前將下降10%～30%，且隨著巖體與爆體距離的減小，其對(duì)應(yīng)的損傷更為明顯。

2)普遍存在超挖現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)爆破處理后將形成臨空面，受到軟弱圍巖自穩(wěn)能力不足的影響，導(dǎo)致巖體發(fā)生不同程度的坍落，易出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。此外，爆破用量不合理、爆破工藝不科學(xué)等問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，在此條件下展開(kāi)爆破作業(yè)均容易引發(fā)超挖問(wèn)題[3]。隧道超挖將帶來(lái)多重負(fù)面影響，既增加了施工成本，又影響到隧道施工質(zhì)量，使初期支護(hù)背后形成空洞，若該處的圍巖未得到可靠的支護(hù)，伴隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)，該部分圍巖極容易失穩(wěn)甚至坍塌，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全造成嚴(yán)重的威脅。

2.2 初期支護(hù)

初期支護(hù)有助于維持隧道的穩(wěn)定性，但在實(shí)際應(yīng)用中存在局限之處：首先，施工單位未能根據(jù)工程需求配置足夠先進(jìn)的施工設(shè)備；其次，施工工藝依然停留在傳統(tǒng)層面，施工期間易產(chǎn)生安全隱患，使施工全程處于高風(fēng)險(xiǎn)的狀態(tài)。

1)系統(tǒng)錨桿。系統(tǒng)錨桿是構(gòu)成初期支護(hù)體系的關(guān)鍵部分，可有效支撐圍巖并發(fā)揮出加固的作用，適用于層狀圍巖等多種地質(zhì)條件。

錨桿施工的細(xì)節(jié)較多，各環(huán)節(jié)均容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，例如墊板安裝不到位、搭設(shè)角度明顯偏離設(shè)計(jì)要求、錨桿尺寸不合理等。出現(xiàn)此類問(wèn)題的原因主要源自于兩方面：一是施工人員忽視錨桿的作用，認(rèn)為錨墊板安裝以及錨桿尺寸的控制無(wú)關(guān)緊要；二是錨桿施工設(shè)備的技術(shù)性能難以滿足實(shí)際施工需求。

2)網(wǎng)噴混凝土?？v觀我國(guó)的高速公路隧道建設(shè)狀況，網(wǎng)噴混凝土施工中普遍使用到鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距以15～20 cm居多，具體如圖1所示。實(shí)際施工結(jié)果表明，網(wǎng)噴混凝土施工過(guò)程中的主要問(wèn)題包含兩個(gè)方面：一是初期支護(hù)與圍巖難以緊密貼合，結(jié)構(gòu)間形成空隙；二是混凝土的施工質(zhì)量欠佳，主要表現(xiàn)為混凝土性能不達(dá)標(biāo)、噴射工藝不合理等。

圖1 網(wǎng)噴混凝土

對(duì)于初期支護(hù)背后形成空洞的情況，除混合料性能欠佳的基礎(chǔ)原因外，還與施工工藝具有緊密關(guān)聯(lián)，網(wǎng)片主要設(shè)置在鋼架外側(cè)，通過(guò)焊接手段實(shí)現(xiàn)與鋼架的穩(wěn)定連接，其難以實(shí)現(xiàn)與初噴混凝土面的有效粘結(jié)。此時(shí)，混凝土在網(wǎng)片上凝結(jié)且總量逐步增加，鋼架與巖面空隙在尚未完成噴射作業(yè)時(shí)便已經(jīng)處于堵塞的狀態(tài)，此時(shí)初期支護(hù)背后缺乏密實(shí)性，嚴(yán)重時(shí)將形成空洞[4]。對(duì)于混凝土施工質(zhì)量方面的問(wèn)題，其主要原因?yàn)椋孩偈┕みx擇的是小型噴射機(jī)且普遍以干噴工藝為主，人工操作過(guò)程中難以精準(zhǔn)把控工藝參數(shù)，噴射風(fēng)壓、噴射角度等易偏離設(shè)計(jì)要求；②干噴過(guò)程中需摻入適量的速凝劑，但其摻入時(shí)間不合理，導(dǎo)致速凝劑在運(yùn)輸途中便發(fā)生強(qiáng)烈作用，與水泥等相關(guān)材料產(chǎn)生反應(yīng)，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的混合料均勻性明顯不足。

3 軟弱圍巖條件下的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)控制措施

3.1 洞口施工控制

1)隧道進(jìn)洞施工應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺，小循環(huán)，早錨噴，強(qiáng)支護(hù)，快封閉”的原則，及時(shí)施作洞門及其排水系統(tǒng)。通常采用短臺(tái)階或超短臺(tái)階法施工，先施工上臺(tái)階，凡能用十字鎬、風(fēng)鎬進(jìn)行人工施工的情況不允許爆破。需爆破時(shí)，可采用由隧道中心掏槽分段起爆，嚴(yán)格控制藥量并人工風(fēng)鎬修邊，控制超欠挖，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

2)隧道洞口預(yù)加固措施一般有兩種：一是地表預(yù)加固，主要措施有錨網(wǎng)噴支護(hù)、地表注漿、地表錨桿、抗滑樁、錨索等；二是洞口正面圍巖預(yù)加固，主要措施有超前長(zhǎng)管棚注漿、超前小導(dǎo)管注漿、掌子面封閉等[5]。在此強(qiáng)調(diào)幾種常用的預(yù)加固措施的施工質(zhì)量控制重點(diǎn)：一是錨網(wǎng)噴支護(hù)施工質(zhì)量控制，鋼筋網(wǎng)必須與錨桿焊接，且鋼筋網(wǎng)須用點(diǎn)焊焊成整體，噴混凝土?xí)r必須保證鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求；二是地表注漿預(yù)加固施工質(zhì)量控制，按照設(shè)計(jì)孔位開(kāi)孔，嚴(yán)格控制孔口位置偏差，注漿工程中監(jiān)控注漿壓力變化，注漿結(jié)束前采用最大注漿壓力閉漿一段時(shí)間，一般可取10 min左右，并及時(shí)封堵注漿口。

3.2 洞身施工控制

軟弱圍巖隧道洞身開(kāi)挖的不利因素多、難度大，必須加強(qiáng)質(zhì)量控制，隧道洞身開(kāi)挖質(zhì)量控制有兩個(gè)方面：一是軟弱圍巖隧道在開(kāi)挖前必須用地質(zhì)雷達(dá)、超前小導(dǎo)坑等方法做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，同時(shí)做好預(yù)加固、預(yù)支護(hù)等輔助施工措施；二是隧道開(kāi)挖斷面的尺寸要符合設(shè)計(jì)的要求，軟弱圍巖變形較大，需根據(jù)計(jì)算及實(shí)測(cè)施工數(shù)據(jù)預(yù)留變形量及支撐沉落量，防止出現(xiàn)凈空不夠的情況。

3.3 突水處理

洞內(nèi)環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，突水極容易造成安全事故。對(duì)此，需通過(guò)防水和排水相結(jié)合的方式加以處理。以涌水量為分析依據(jù)，采取相適應(yīng)的封堵和疏排措施，配套完善的應(yīng)急裝備，以便在發(fā)生突水問(wèn)題時(shí)及時(shí)處理。

3.4 防排水措施

初期支護(hù)作業(yè)時(shí)采取防排水措施，在支護(hù)的外側(cè)設(shè)Φ50 mm的環(huán)向排水盲管，統(tǒng)一采取環(huán)向間距5 m的方式，數(shù)量為2根。下臺(tái)階拱腳初支外側(cè)選擇的是Φ100 mm雙壁打孔波紋管。仰拱底部為Φ100 mm的PVC橫向排水管，該部分在三通的作用下實(shí)現(xiàn)與縱向排水管的緊密連接，以便將水及時(shí)引導(dǎo)至中央排水管。

3.5 防坍塌技術(shù)措施

以隧道施工條件為立足點(diǎn)，嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的原則有序組織施工；以施工需求為導(dǎo)向，編制切實(shí)可行的專項(xiàng)方案；施工前做好技術(shù)交底，各環(huán)節(jié)施工期間加強(qiáng)質(zhì)量管理。

3.6 監(jiān)控量測(cè)措施

隧道內(nèi)的各結(jié)構(gòu)都要維持穩(wěn)定的狀態(tài)，為驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果，需做好對(duì)隧道的監(jiān)控量測(cè)工作，通過(guò)此途徑掌握真實(shí)可靠的信息。監(jiān)控量測(cè)工作內(nèi)容包含兩部分：一是必測(cè)項(xiàng)目，指的是日常施工中需要落實(shí)到位的各項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目；二是選測(cè)項(xiàng)目，在此方面并未做出強(qiáng)制性規(guī)定，主要根據(jù)施工需求合理選擇。監(jiān)控?cái)嗝嬉瞬荚O(shè)在距洞口5、10、20 m處，各自的斷面數(shù)量均為3個(gè)；設(shè)置好監(jiān)控?cái)嗝婧?，? m為間隔依次布設(shè)沉降點(diǎn)，但要注重邊坡開(kāi)挖界限的監(jiān)測(cè)，其左右兩側(cè)均要布設(shè)1個(gè)沉降點(diǎn)；提高監(jiān)測(cè)頻率，以便及時(shí)掌握實(shí)際施工情況，且尤為關(guān)鍵的是隧道開(kāi)挖期間的監(jiān)測(cè)工作，必須依據(jù)規(guī)范落實(shí)到位。全面整理量測(cè)內(nèi)業(yè)資料，以所得結(jié)果為依據(jù)展開(kāi)回歸分析，將其作為日常生產(chǎn)的指導(dǎo)。

3.7 供風(fēng)、供水、供電和照明措施

隧道內(nèi)部應(yīng)具有良好的通風(fēng)條件，在進(jìn)口處布設(shè)空壓機(jī)房，向內(nèi)部提供高壓風(fēng)。配置Φ219 mm的鋼管并將其作為高壓風(fēng)管使用。洞頂處可修建高壓水池，以滿足日常施工的用水需求，但必須做好水質(zhì)檢測(cè)工作。洞內(nèi)給水管道選擇的是Φ80 mm鋼管。隧道施工機(jī)械較多，日常施工用電量較大，為確保用電安全，選擇的是三相五線制供電機(jī)制。洞內(nèi)照明器具選擇的是高壓鈉燈，間距設(shè)為30 m。

4 結(jié)束語(yǔ)

高速公路軟弱圍巖隧道的施工條件和地質(zhì)情況特殊，在該處組織隧道作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)安全隱患，若施工處置不當(dāng)會(huì)造成隧道變形、坍塌等問(wèn)題。因此，在應(yīng)對(duì)軟弱圍巖隧道施工風(fēng)險(xiǎn)時(shí)所采取的控制措施和關(guān)鍵技術(shù)尤為重要。施工單位需要以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為立足點(diǎn)，編制科學(xué)、合理的施工方案，采取有效的控制措施，精心組織每個(gè)環(huán)節(jié)的施工，全面控制隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而建設(shè)出高品質(zhì)的隧道工程項(xiàng)目。

[ID:010653]