李玉鋒

（濟(jì)南黃河路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250000）

0 引言

在改革開放初期，受資金、政策因素的限制，我國(guó)的國(guó)省道公路經(jīng)常繞山、盤山，高等級(jí)公路較少。到了21世紀(jì)，特別是最近20年，隨著高速公路的大力發(fā)展，隧道工程越來越多[1]。隧道工程可以縮短公路里程，減少占用農(nóng)田。隨著隧道建設(shè)的深入，針對(duì)不同的圍巖等級(jí)需采取不同的解決方案，初支是隧道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，初支需考慮支護(hù)時(shí)發(fā)生的位移、噴射混凝土厚度、混凝土配合比、鋼筋力學(xué)性能、鋼筋的保護(hù)層厚度等問題，而在隧道施工時(shí)，往往需要多重因素統(tǒng)籌考慮，既要滿足控制最小位移，又要滿足噴層厚度等[2]。通過工程實(shí)例對(duì)隧道圍巖襯砌不確定性因素進(jìn)行分析，確保隧道開挖后圍巖襯砌的安全。

1 工程概況

某高速公路路線全長(zhǎng)26.552km，其中修建隧道一座，隧道長(zhǎng)620m。隧道進(jìn)洞洞口45m 內(nèi)為松散結(jié)構(gòu)的砂質(zhì)黏土，全風(fēng)化及碎裂狀結(jié)構(gòu)花崗巖（五級(jí)圍巖45m）；進(jìn)洞45m 后為180m 的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r（四級(jí)圍巖180m），中間為210m 中風(fēng)化凝灰?guī)r（三級(jí)圍巖210m），此后為120m 的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r（四級(jí)圍巖120m），出洞口為65m 松散結(jié)構(gòu)的砂質(zhì)黏土（五級(jí)圍巖65m）。針對(duì)不同的圍巖級(jí)別，采取不同的襯砌形式，具體如下：五級(jí)圍巖S5 襯砌：在洞口V 類圍巖段采用五級(jí)圍巖襯砌，先打設(shè)注漿小導(dǎo)管，然后注漿，在漿液凝固后進(jìn)行弱爆破、短掘進(jìn)；四級(jí)圍巖S4 襯砌：在IV 類圍巖深埋地段采用四級(jí)圍巖襯砌，先打超前砂漿錨桿，再進(jìn)行弱爆破、短掘進(jìn)；三級(jí)圍巖S3 襯砌：在Ⅲ類圍巖深埋段采用三級(jí)圍巖襯砌，由于三級(jí)圍巖都是穩(wěn)定的巖石結(jié)構(gòu)，故只需施設(shè)A8 鋼筋網(wǎng)片，再進(jìn)行弱爆破、短掘進(jìn)[3]。

2 圍巖襯砌的不確定性分析

2.1 拱頂下沉和周邊收斂的不確定性

不同的圍巖結(jié)構(gòu)，采取了不同的襯砌形式，例如，五級(jí)圍巖隧道襯砌的初支從內(nèi)到外依次是：C25 噴砕23cm、A6 鋼筋網(wǎng)、116 工字鋼（縱向間距0.8m)、A6 鋼筋網(wǎng)。在進(jìn)洞的45m 內(nèi)，由于隧道上方預(yù)留了10cm 的預(yù)留變形量，施工人員在襯砌的頂部和山頂監(jiān)測(cè)位移量，結(jié)果見表1。通過以上觀測(cè)，在隧道開挖后初步襯砌的前7 天，拱頂下沉和周邊均得到有效的收斂。由于不能準(zhǔn)確地得知隧道進(jìn)洞口的前45m 內(nèi)拱頂下沉和周邊收斂的具體數(shù)值，且前45m 屬于五級(jí)圍巖，存在部分超挖情況，故存在不確定性。

表1 拱頂下沉和周邊位移監(jiān)測(cè)數(shù)值記錄表

2.2 噴層厚度的不確定性

噴層厚度取決于不同等級(jí)的圍巖，開挖后需要達(dá)到圍巖穩(wěn)定所需的支護(hù)厚度。然而，不同級(jí)別的圍巖均存在超挖現(xiàn)象，也決定了噴層厚度的不確定性。由于實(shí)際噴層厚度等于設(shè)計(jì)噴層厚度加上隧道超、欠挖量，下表2 為Ⅲ—V 級(jí)圍巖的噴層層厚統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表2 噴層層厚的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：三A 級(jí)是介于三級(jí)和四級(jí)之間，由于三級(jí)圍巖能夠依靠巖體的自承能力完成支護(hù)，所需的鋼筋較少，而四級(jí)圍巖支護(hù)依靠工字鋼、錨桿等，三A 級(jí)是處于三級(jí)偏弱靠近四級(jí)圍巖的情況，采取了三級(jí)圍巖加強(qiáng)的支護(hù)手段。

實(shí)際上，國(guó)內(nèi)外在近幾十年都把圍巖分級(jí)作為隧道工程技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容之一。不論是哪種等級(jí)的圍巖，隧道開挖時(shí)普遍超挖，噴層的實(shí)際厚度普遍大于設(shè)計(jì)厚度，故確定噴層厚度時(shí)，存在不確定性。

2.3 噴射混凝土材料性能的不確定性

由于噴射混凝土材料采用壓力噴槍灌細(xì)石混凝土的施工法，常用于灌注隧道內(nèi)襯。噴射混凝土采用預(yù)先配好的水泥、砂、石子、水和一定數(shù)量的外加劑，裝入噴射機(jī)，利用高壓空氣將其送到噴頭和速凝劑混合后，以極快的速度噴向巖石或混凝土的表面而形成。

目前，常用的施工工藝是噴射混凝土干拌法和濕拌法，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)考慮到粉塵效應(yīng)，通常采用濕拌法。將拌好的混凝土通過壓漿泵送至噴嘴，再用壓縮空氣進(jìn)行噴灌的方法。施工時(shí)宜用隨拌隨噴的辦法，以減少稠度變化。此法的噴射速度較低，由于水灰比增大，混凝土的初期強(qiáng)度亦較低，但回彈情況有所改善，材料配合易于控制，工作效率較干拌法較高。

濕拌法不確定因素是稠度變化、水灰比的控制、噴射風(fēng)壓及速度。如表3所示，以上因素也是控制混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素，施工時(shí)需要在實(shí)驗(yàn)室就需要嚴(yán)格把控混凝土材料的質(zhì)量，將不確定性控制在合理區(qū)間。

表3 不同等級(jí)圍巖的實(shí)際抗壓強(qiáng)度影響因素

2.4 鋼筋（含保護(hù)層厚度）的不確定性

隧道襯砌的鋼筋多為環(huán)向和縱向鋼筋，主要有HPB300 和HRB400 兩種，隧道主要有3 類級(jí)別的圍巖，施工人員通過大量的數(shù)據(jù)表明，鋼筋的力學(xué)性能和保護(hù)層厚度大致符合正態(tài)分布，鋼筋及其保護(hù)層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

表4 鋼筋及其保護(hù)層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過施工人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀察的數(shù)據(jù)表明，隧道內(nèi)的鋼筋及保護(hù)層厚度與隧道超挖有關(guān)，特別是有些超挖的地段，需要先將多挖的部分填好，這就增加了保護(hù)層厚度，從而保證鋼筋有充足的保護(hù)層厚度以防止隧道內(nèi)的水對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕作用。

3 結(jié)語

通過對(duì)某公路隧道現(xiàn)場(chǎng)施工的跟蹤，在隧道開挖后，發(fā)現(xiàn)隧道圍巖襯砌時(shí)存在諸多不確定性因素，主要包括支護(hù)位移、噴層厚度、噴層混凝土的材料特性、鋼筋力學(xué)性能、鋼筋保護(hù)層厚度等，這些不確定性的因素主要是由隧道超挖所引起。因此，在實(shí)際施工時(shí)，需要考慮開挖后初支所產(chǎn)生的位移是否收斂，噴層厚度是否滿足施工規(guī)范；噴層混凝土材料在濕拌工藝下的影響因素；在鋼筋力學(xué)性能滿足要求的前提下，鋼筋的保護(hù)層厚度應(yīng)滿足隧洞超挖所帶來的不確定性影響，特別是凈保護(hù)層厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度的要求；通過在支護(hù)位移、噴層厚度、鋼筋保護(hù)層厚度等多方面把控施工質(zhì)量，做到冗余度控制原則，確保隧道施工質(zhì)量安全。