于福康

（中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司，山東日照276800）

1 引言

對(duì)于公路隧道建設(shè)，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)直接決定了隧道建設(shè)的質(zhì)量和效率。如果隧道建設(shè)區(qū)域的巖石結(jié)構(gòu)屬于軟巖，由于其受到的風(fēng)化程度不同，結(jié)構(gòu)厚度的變化也較大，隧道挖掘程度較深，加上施工區(qū)域高地產(chǎn)生的巨大應(yīng)力，極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性變問(wèn)題。

2 公路隧道設(shè)計(jì)方案

2.1 平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在隧道建設(shè)過(guò)程中，其平面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)需盡可能地使用直線結(jié)構(gòu)，如果必須增加曲線結(jié)構(gòu)，需要采用大數(shù)據(jù)半徑的結(jié)構(gòu)曲線。與此同時(shí)，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮洞門的實(shí)際位置、結(jié)構(gòu)引導(dǎo)線、結(jié)構(gòu)輔助引導(dǎo)坑、通風(fēng)井以及其他輔助設(shè)備等。除此之外，隧道結(jié)構(gòu)井應(yīng)保證其交叉性，或在隧道建設(shè)時(shí)一旦需要接觸其他類型的建筑物，應(yīng)提前保留一定的安全距離。如果在公路隧道存在縱坡，通常需要綜合考慮隧道使用的實(shí)際需求、建筑施工環(huán)境以及排水等方面，并選擇較為平緩的坡度數(shù)據(jù)。

2.2 隧道凈空設(shè)計(jì)

隧道凈空設(shè)計(jì)主要是指隧道內(nèi)部輪廓線所包圍的內(nèi)部空間。所以一般在實(shí)際方案設(shè)計(jì)時(shí)，主要針對(duì)的是隧道的結(jié)構(gòu)寬度和整體結(jié)構(gòu)高度。公路隧道的寬度通常需要根據(jù)日常公路車流量進(jìn)行綜合評(píng)定。在此基礎(chǔ)上，還需要充分考慮隧道建設(shè)的整體長(zhǎng)度、地質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)條件、圍巖基礎(chǔ)壓力、施工復(fù)雜程度、隧道通風(fēng)模式等方面[1]。

公路隧道在日常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，一般需要按照機(jī)動(dòng)車、自行車以及人行通道進(jìn)行詳細(xì)劃分，因此，需要根據(jù)城市規(guī)劃方案的實(shí)際要求進(jìn)行智能化處理。比如，在城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者城市周邊的隧道公路中，應(yīng)設(shè)立專門的人行通道，有效地將行人和車輛進(jìn)行區(qū)分，而在山區(qū)或人煙稀少的自然區(qū)域中，可不設(shè)立專門的人行通道。除此之外，公路隧道的凈空高度也需按照車輛運(yùn)輸?shù)淖罡吒叨冗M(jìn)行確定，并且在隧道建設(shè)過(guò)程中，其建設(shè)形態(tài)應(yīng)根據(jù)圍巖壓力的實(shí)際要求選擇馬蹄形態(tài)、直墻拱形態(tài)、圓形態(tài)、矩形態(tài)等，只有根據(jù)城市道路發(fā)展以及車輛流通實(shí)際要求進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，才能從根本上保證道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 公路隧道軟巖變形原因

3.1 地質(zhì)因素

在隧道建設(shè)過(guò)程中，由于其結(jié)構(gòu)存在的特殊性，一旦開(kāi)挖后便會(huì)破壞施工地區(qū)的水道以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如果在初期開(kāi)挖時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)少量水資源滲漏問(wèn)題，那么在后期爆破時(shí)，其產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定能力，同時(shí)受到自然環(huán)境和巖石結(jié)構(gòu)斷層的綜合影響，隧道建設(shè)區(qū)域會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳薨櫧Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而受到強(qiáng)大的風(fēng)力而風(fēng)化，最終形成粉質(zhì)泥土巖石，由于此種巖石在施工期間極易破碎，并且整體性較差，加上此種巖石結(jié)構(gòu)大多包含夾層，因此，一旦開(kāi)挖，巖石結(jié)構(gòu)的承載能力會(huì)降低[2]。

3.2 支護(hù)強(qiáng)度不足

在隧道工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，如果其主要巖層具有強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖特點(diǎn)，那么在實(shí)際建設(shè)時(shí)，其結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)薄層結(jié)構(gòu)構(gòu)造，并且拱頂位置會(huì)出現(xiàn)大量的夾層結(jié)構(gòu)，同時(shí)在隧道結(jié)構(gòu)的掌子面拱頂位置左側(cè)會(huì)出現(xiàn)大量水資源，進(jìn)一步促進(jìn)了地下水的結(jié)構(gòu)發(fā)育。除此之外，如果隧道施工過(guò)程中不能根據(jù)圍巖實(shí)際情況及時(shí)調(diào)節(jié)支護(hù)數(shù)據(jù)和應(yīng)用參數(shù)，并且以此作為基礎(chǔ)不斷加強(qiáng)拱架結(jié)構(gòu)剛度，仍然使用初始的工字鋼架，那么其整體支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)有所降低，并且自我穩(wěn)定能力降低，最終無(wú)法保證隧道側(cè)面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 地下水因素

在隧道建設(shè)工程中，針對(duì)掌子面地下水進(jìn)行挖掘時(shí)，其水資源主要由孔隙水和裂隙水共同組成，并且在隧道拱頂?shù)挠覀?cè)位置會(huì)產(chǎn)生股狀水流。如果隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掌子面左側(cè)周邊圍巖整體含水總量相對(duì)較大，隧道圍巖的地質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，此種巖石結(jié)構(gòu)分布十分雜亂，并且大多數(shù)巖石為薄層狀，穩(wěn)定性低。如果長(zhǎng)期在水分中浸泡，在4～6 h后結(jié)構(gòu)會(huì)開(kāi)始軟化，導(dǎo)致自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定能力下降，致使圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性變，最終構(gòu)成隧道左側(cè)的巨大壓力，如果其壓力超過(guò)穩(wěn)定工字鋼自身的強(qiáng)度，那么在集中點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生集中形態(tài)應(yīng)力，最終造成隧道拱架形變[3]。

4 公路隧道軟巖變形應(yīng)對(duì)策略

根據(jù)我國(guó)公路隧道工程施工的基礎(chǔ)原理進(jìn)行綜合分析，隧道結(jié)構(gòu)需充分依靠周邊巖石結(jié)構(gòu)體以及自然環(huán)境的穩(wěn)定能力，最終形成相對(duì)封閉的力量承受結(jié)構(gòu)。針對(duì)此種隧道工程建設(shè)現(xiàn)狀，需要技術(shù)人員選擇適合的施工技術(shù)，如區(qū)域分部開(kāi)挖技術(shù)、基礎(chǔ)支護(hù)技術(shù)、及時(shí)成環(huán)技術(shù)、加長(zhǎng)錨桿技術(shù)、加固塑性技術(shù)等。

4.1 注漿固結(jié)

在隧道工程建設(shè)過(guò)程中，注漿固結(jié)技術(shù)主要依靠泥漿灌注管道，向隧道周遭破碎的巖石結(jié)構(gòu)體中灌注混凝土水泥等物質(zhì)，保證混凝土水泥與周邊破碎巖石結(jié)構(gòu)體可以有效結(jié)合，形成一個(gè)完整的穩(wěn)固體，最終提升隧道周圍巖石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，降低地下水對(duì)其安全系數(shù)的不良影響。

4.2 注漿超前支護(hù)

在隧道混凝土水泥物質(zhì)進(jìn)行灌注之前，施工人員還需要利用超前支護(hù)技術(shù)灌注泥漿，使用管棚提高巖石結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性，以此提升隧道巖體的整體剛性，此技術(shù)不僅可以有效提高巖石的力學(xué)綜合性能，一定程度上還可以保證隧道巖石自身的可塑性，最大限度地確保隧道工程順利開(kāi)展[4]。所以，為保證其結(jié)構(gòu)的總體性能，施工人員應(yīng)采用鋼架結(jié)構(gòu)、錨桿結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等方，對(duì)巖石結(jié)構(gòu)體進(jìn)行修補(bǔ)和強(qiáng)化。

4.3 保證支護(hù)強(qiáng)度

要保證隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的支護(hù)強(qiáng)度，應(yīng)使用更加高強(qiáng)度的工字鋼架進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支撐，并且強(qiáng)化錨桿技術(shù)以及小導(dǎo)管技術(shù)。

4.4 加強(qiáng)二次襯砌

完成隧道前期工程施工后，應(yīng)根據(jù)建筑流程的整體規(guī)劃進(jìn)行二次襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。通常二次襯砌會(huì)利用增加襯砌厚度、提高襯砌混凝土規(guī)格標(biāo)號(hào)等方式不斷強(qiáng)化隧道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[5]。

1）在隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)建設(shè)過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)左側(cè)拱腳位置應(yīng)增加長(zhǎng)度約為4 m的注漿小型號(hào)導(dǎo)管，并保持1 m間距，然后對(duì)隧道拱架的巖石結(jié)構(gòu)體進(jìn)行灌注和穩(wěn)定，其水泥混凝土的整體比例應(yīng)保持在1∶1，小型引導(dǎo)管注漿時(shí)，其壓力應(yīng)保持在0.5～1 MPa，從根本上優(yōu)化隧道圍巖的整體性能，強(qiáng)化巖石結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和圍巖的自我穩(wěn)定能力，從而保證隧道形變程度。而針對(duì)隧道內(nèi)部已經(jīng)形變的區(qū)域和結(jié)構(gòu)段，施工人員應(yīng)將結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行集中處理，有效實(shí)現(xiàn)公路隧道內(nèi)部的臨時(shí)仰拱支撐達(dá)到預(yù)期效果。在實(shí)際隧道工程建設(shè)過(guò)程中，臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的各個(gè)間距應(yīng)保持在約1 m，并且針對(duì)原本存在的拱架結(jié)構(gòu)，使用型號(hào)為Ⅰ18的工字鋼材質(zhì)，并選擇合適的安放位置，以斜面作為基礎(chǔ)支撐，其支撐范圍應(yīng)保證在形變位置的前后約5 m，保證隧道形變區(qū)域的拱架相互連接形成閉環(huán)狀態(tài)，充分分散隧道巖石結(jié)構(gòu)體的綜合應(yīng)力。

2）在隧道形變區(qū)域以及修護(hù)路段，需要在其形變初期進(jìn)行支護(hù)鉆孔操作，并不斷尋找相關(guān)水源集中區(qū)域進(jìn)行放水減壓，盡可能地降低水壓對(duì)隧道圍巖大面積擠壓。施工人員需使用風(fēng)槍設(shè)備在隧道位置進(jìn)行鉆孔操作。一旦發(fā)現(xiàn)隧道巖石有水滲透，需要在間隔為50 cm的位置進(jìn)行鉆孔，孔洞整體深度應(yīng)保證在約3 m；若孔洞鉆取后仍無(wú)法正常出水，則需要在間距為50 cm的位置上繼續(xù)鉆孔，直至孔洞內(nèi)部有水分滲出，此時(shí)施工人員應(yīng)及時(shí)觀察孔洞是否形成漫流狀態(tài)，如果已經(jīng)形成漫流，則需要進(jìn)行間隔鉆孔，并針對(duì)結(jié)構(gòu)面的實(shí)際狀態(tài)，提前灌注混凝土泥漿。

隧道注漿時(shí)，需要使用深淺孔組合技術(shù)，加上后退模式進(jìn)行區(qū)域的分段泥漿灌注，其中外層泥漿灌注整體長(zhǎng)度約為20 m，內(nèi)層泥漿灌注長(zhǎng)度約為30 m，并且泥漿灌注整體間距需要以約1 m的梅花形進(jìn)行全面布置，其外部橫向角度一般保持在5°～25°，其泥漿灌注材料采用水泥泥漿，整體泥漿灌注壓力需保持在1.5～2.5 MPa，才能有效實(shí)現(xiàn)隧道工程順利開(kāi)展。除此之外，泥漿灌注需要遵照從外部到內(nèi)部，從上部到下部的灌注順序進(jìn)行。

泥漿灌注后期，需要針對(duì)隧道圍巖的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定施工，對(duì)于后期需要進(jìn)行技術(shù)施工的圍巖，應(yīng)按照不低于4級(jí)形變支護(hù)的要求進(jìn)行支護(hù)，保證工程正常開(kāi)展。在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，所使用的工字鋼型號(hào)應(yīng)為I18，其設(shè)置間距應(yīng)約為70 cm，所搭配錨桿長(zhǎng)度應(yīng)保證在6 m以上，施工間距應(yīng)為100 cm，為了從根本上保證隧道施工的安全性，在二襯施工時(shí)，需要使用厚度至少為45 cm的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并且在實(shí)際工程施工過(guò)程中，需要采用分區(qū)域開(kāi)挖技術(shù)，并在建設(shè)完畢后及時(shí)封閉，以保證工程的整體性。

5 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，通過(guò)大量隧道建設(shè)的實(shí)際數(shù)據(jù)和信息可以有效證明，隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變之后，首先需要詳細(xì)觀察施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合施工區(qū)域的自然環(huán)境和水文地質(zhì)特點(diǎn)，詳細(xì)了解隧道軟巖形變對(duì)于支護(hù)的破壞程度，最終制訂合理的解決方案，盡可能地將隧道建設(shè)的損失降低至最小。