楊赟

(甘肅新科建工監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

在山嶺隧道工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)可以起到有效避免隧道坍塌以及地層沉降的效果，同時(shí)科學(xué)地應(yīng)用該技術(shù)還可以顯著提升圍巖的力學(xué)性能。針對(duì)部分巖體性質(zhì)非常脆弱的地基、破碎帶進(jìn)行施工的過(guò)程中，應(yīng)用該技術(shù)可以有效確保施工安全。而超前小導(dǎo)管施工技術(shù)作為預(yù)支護(hù)技術(shù)的一類(lèi)，主要針對(duì)破碎帶圍巖進(jìn)行加固。

當(dāng)前，隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)一些基層相對(duì)脆弱的區(qū)域?qū)嵤┧淼拦こ添?xiàng)目建設(shè)工作。隨著隧道支護(hù)施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)形成了超前長(zhǎng)大管棚預(yù)支護(hù)和超前小導(dǎo)管輔助支護(hù)相結(jié)合的施工模式。在具體的工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，會(huì)應(yīng)用如雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、三臺(tái)階七步流水法等施工技術(shù)進(jìn)行施工[1]。

針對(duì)一些結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的黃土地區(qū)以及圍巖條件相對(duì)較好的區(qū)域，在不影響施工進(jìn)度和確保施工安全的前提下，可以嘗試應(yīng)用更為簡(jiǎn)單迅速的超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行施工，同時(shí)將該技術(shù)和以迅速挖掘、迅速支護(hù)技術(shù)為核心的微臺(tái)階法修建技術(shù)進(jìn)行整合，可以確保迅速安全的進(jìn)洞。因此，本文結(jié)合具體的工程項(xiàng)目施工案例分析超前小導(dǎo)管支護(hù)快速進(jìn)洞技術(shù)在軟弱圍巖隧道工程項(xiàng)目中的具體應(yīng)用情況。

1 工程概況

該隧道工程現(xiàn)全長(zhǎng)為392m，其中隧道埋深為80m。坡度閾值范圍處于10～40o之間，該隧道工程項(xiàng)目整體的起伏偏大，高差在30～100m 之間。隧道工程項(xiàng)目的主要地層地質(zhì)為黃土地質(zhì)、泥巖地質(zhì)以及泥砂地質(zhì)等。其中，黃土地質(zhì)集中分布在隧道的出口區(qū)域，隧道的中部區(qū)域?yàn)楸容^軟弱的全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)，巖體相對(duì)破碎。在該隧道工程項(xiàng)目之中，隧道出口區(qū)域的進(jìn)洞設(shè)計(jì)采用貼壁進(jìn)洞模式，即在施工的過(guò)程中首先要應(yīng)用長(zhǎng)度為30m 的超長(zhǎng)管棚提前做好支護(hù)工作，然后用三臺(tái)階大拱腳施工技術(shù)進(jìn)行挖掘。但是為了進(jìn)一步提升工程質(zhì)量，現(xiàn)在嘗試使用長(zhǎng)度為5m，管徑為50mm 的小導(dǎo)管開(kāi)展支護(hù)工作，并輔助用以護(hù)拱暗挖，三臺(tái)階法等施工技術(shù)。如圖1所示，為隧道超前支護(hù)及施工工法示意圖[2]。

圖1 隧道超前支護(hù)及施工工法示意圖

2 主要的施工工序分析

2.1 洞頂截排水溝

在隧道洞口邊坡和仰坡的區(qū)域，需要沿線開(kāi)挖邊緣不足10m 的截水溝，在截水溝經(jīng)過(guò)黃土區(qū)域時(shí)，其和平臺(tái)邊緣的距離至少要超過(guò)2m 以上。同時(shí)需要在陡坡處設(shè)置跌水，要求截水溝和自然排水溝要進(jìn)行并入，從而有效削弱雨水對(duì)隧道洞口區(qū)域產(chǎn)生的影響[3]。

2.2 洞口邊仰坡處理及防護(hù)

在開(kāi)展隧道洞口邊坡和仰坡防護(hù)工作的過(guò)程中，要求施工技術(shù)人員根據(jù)隧道工程所處的區(qū)域地形地質(zhì)條件以及具體的施工情況，及時(shí)做好仰坡區(qū)域的表層土處理工作[4]。

當(dāng)開(kāi)挖工作開(kāi)始之后，要在洞口區(qū)域及時(shí)架設(shè)錨固網(wǎng)，在實(shí)際的架設(shè)過(guò)程中，錨桿材料為直徑為22mm的砂漿錨桿材料，其結(jié)構(gòu)性質(zhì)如下：長(zhǎng)度5m，間距為1.5m×1.5m，整體的錨固網(wǎng)呈現(xiàn)梅花形架設(shè)形式。在噴射混凝土的過(guò)程中，需要應(yīng)用厚度為20cm，型號(hào)為C25 的網(wǎng)噴混凝土，鋼筋網(wǎng)直徑為8mm，間距為20cm×20cm[5]。

2.3 護(hù)拱施工技術(shù)分析

在該段隧道工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，結(jié)合工程項(xiàng)目施工方案進(jìn)行分析可知，其中有5m 的上臺(tái)階預(yù)留核心土，因此需要架設(shè)11 榀型號(hào)為H230 的格柵鋼架，要求每個(gè)鋼架的間距要保持在50cm 左右。同時(shí)在每個(gè)鋼架和鋼架之間需要應(yīng)用直徑為22mm 的鋼筋，呈垂直方向連接。在其中的1#、4#以及7#鋼架處，需要設(shè)置長(zhǎng)度為5m，直徑為50mm 的超前小導(dǎo)管，要求其環(huán)向間距為40cm[6]。

在該隧道工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，總共有4m 的隧道區(qū)域，其洞身兩側(cè)需要應(yīng)用掏槽開(kāi)挖技術(shù)，在開(kāi)挖的過(guò)程中，要確保一次性可以將其開(kāi)挖的基底區(qū)域，同時(shí)還要在中間位置保留3～6m 左右的核心土。針對(duì)兩側(cè)的基底進(jìn)行開(kāi)挖的過(guò)程中，為了確保其穩(wěn)定性可以用厚度為50cm 的商品混凝土條形基礎(chǔ)進(jìn)行加固，同時(shí)可以用8 榀型號(hào)為H230 的格柵鋼架進(jìn)行加固，格柵鋼架的間距在50cm。鋼架一次從內(nèi)部到外部安裝；鋼架底座采用36a 型槽鋼縱向連接，保證了鋼架底座的穩(wěn)定；采用濕噴機(jī)械手由內(nèi)向外噴射混凝土[7]。

2.4 洞身開(kāi)挖及超前支護(hù)

在開(kāi)展洞身開(kāi)挖工作的過(guò)程中，施工人員嘗試應(yīng)用上中下臺(tái)階平行作業(yè)技術(shù)進(jìn)行挖掘，該技術(shù)又被稱(chēng)為三級(jí)臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)。其中上臺(tái)階長(zhǎng)度為5m，需要在開(kāi)挖的過(guò)程中做好核心土預(yù)留工作，中段的臺(tái)階長(zhǎng)度為5m，下段的臺(tái)階需要進(jìn)行仰拱開(kāi)挖操作，確保整體的開(kāi)挖流程可以形成全斷面封閉成環(huán)，形成鎖口圈。在針對(duì)上臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖的過(guò)程中，每次上臺(tái)階挖1 個(gè)鋼框架的間隔，中臺(tái)階和下臺(tái)階每次挖1～2 個(gè)鋼框架的間距[8]。綜合來(lái)看，其整體的開(kāi)挖流程如下：

第一，要做好上臺(tái)階開(kāi)挖工作，并同步做好核心土預(yù)留工作。

第二，在針對(duì)中臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖的過(guò)程中，要確保挖出渣。

第三，需要針對(duì)上臺(tái)階以及中臺(tái)階、下臺(tái)階開(kāi)展仰拱開(kāi)挖作業(yè)。

第四，需要針對(duì)上臺(tái)階和中臺(tái)階噴射混凝土材料，并同步做好下臺(tái)階的仰拱立架工作，然后需要針對(duì)下臺(tái)階仰拱噴射混凝土材料；第五要做好回填工作，并同步做好仰拱填充面的高度標(biāo)記工作[9]。

在開(kāi)展超前支護(hù)工作的過(guò)程中，需要應(yīng)用長(zhǎng)度為5m，直徑大小在50mm 的超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，其環(huán)向孔距為40cm，根據(jù)隧道工程項(xiàng)目施工要求，需要將其布設(shè)在拱部15o區(qū)域處，在進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中應(yīng)用氣腿式鑿巖機(jī)設(shè)備進(jìn)行鉆孔作業(yè)。作業(yè)位置位于上臺(tái)階的預(yù)留核心土區(qū)域，在鉆孔的過(guò)程中，其鉆孔角度應(yīng)該控制在5～10o以?xún)?nèi)，同時(shí)要求嚴(yán)格控制鉆孔直徑，要求鉆孔的直徑至少要超過(guò)鋼管直徑3mm 以上，用連續(xù)頂進(jìn)的方式將超小導(dǎo)管頂入設(shè)計(jì)的深度數(shù)值以?xún)?nèi)，然后用高壓風(fēng)對(duì)鋼管內(nèi)部雜質(zhì)進(jìn)行有效清理[10]。在進(jìn)行注漿的過(guò)程中，要求用水泥漿材料進(jìn)行注漿，其中水灰比例為1∶1，注漿壓力為1MPa。在實(shí)際的注漿過(guò)程中，要求施工作業(yè)人員嚴(yán)格按照注漿流程進(jìn)行注漿，即先從兩側(cè)進(jìn)行注漿，然后再向供頂進(jìn)行注漿，要求注漿要對(duì)稱(chēng)分布。在結(jié)束注漿之前，要確保其穩(wěn)定性，要求技術(shù)人員每間隔3 榀鋼架做好循環(huán)超前小導(dǎo)管的布設(shè)工作，同時(shí)要求兩行小導(dǎo)管的縱向連接長(zhǎng)度不少于1.5m[11]。

在該工程項(xiàng)目實(shí)際的施工過(guò)程中，斷面區(qū)域位于隧道中心地表處的沉降數(shù)值較高，約為30.1mm，該數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常數(shù)值90mm 的變形總量管理等級(jí)，由此可以有效推斷出，應(yīng)用超小導(dǎo)管超前支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，以及在工程項(xiàng)目施工過(guò)程中應(yīng)用臺(tái)階開(kāi)挖施工工藝，在科學(xué)的施工理論支撐下，可以最大限度減少對(duì)圍巖產(chǎn)生的影響，從而有效控制地層位移。

為了進(jìn)一步對(duì)隧道工程項(xiàng)目的沉降情況進(jìn)行檢測(cè)，技術(shù)人員在該工程項(xiàng)目隧道的洞口處、隧道洞內(nèi)每間隔5m 的位置，在隧道拱頂區(qū)域設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在該工程項(xiàng)目里程DK689+294、DK689+289、DK689+284 的區(qū)域。

當(dāng)上臺(tái)階預(yù)留核心土被挖掘之后，隧道的初支拱頂沉降數(shù)值區(qū)間處于5～6mm 之內(nèi)，由此可以推斷此時(shí)的初支結(jié)構(gòu)變形速度非常緩慢。待挖掘到中臺(tái)階部分后，隨著隧道開(kāi)挖跨度以及臨空面數(shù)值的不斷增加，初支結(jié)構(gòu)的變形速度呈現(xiàn)飛速上述態(tài)勢(shì)，指導(dǎo)中臺(tái)階開(kāi)挖工作結(jié)束之后，其初始拱頂?shù)某两禂?shù)值為12mm，達(dá)到了整體變形總量的一半以上，在開(kāi)挖下臺(tái)階的過(guò)程中，初支結(jié)構(gòu)的變形速度增幅劇烈，達(dá)到頂峰，初支拱頂沉降數(shù)值達(dá)到20mm，直到初支拱頂全斷面形成閉環(huán)之后，沉降逐漸削弱。

由此可以推斷出，隨著初支結(jié)構(gòu)整體的剛度以及強(qiáng)度數(shù)值不斷提升，其形變速度也得以有效控制。在后期階段，初支變形量?jī)H僅占據(jù)總沉降數(shù)值的15%左右，其整體的沉降數(shù)值處于23.4mm 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于90mm 的沉降極限數(shù)值。由此可以基本上推測(cè)出，應(yīng)用超小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)以及三級(jí)臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)，在科學(xué)的施工思想引導(dǎo)下，待初支結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)之后，隧道工程項(xiàng)目整體的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度得以顯著提升。這說(shuō)明應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，可以有效確保隧道工程項(xiàng)目圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)安全迅速進(jìn)洞奠定基礎(chǔ)條件。

3 施工進(jìn)度和整體的施工資源投入情況分析

結(jié)合該工程項(xiàng)目的施工案例以及施工方案進(jìn)行分析可知，應(yīng)用超前小導(dǎo)管超前支護(hù)進(jìn)洞施工方案，其中的截水溝施工作業(yè)時(shí)間為2d，需要在工程項(xiàng)目的DK689+297～DK689+302 段開(kāi)展上臺(tái)階開(kāi)挖工作，在架設(shè)鋼架和噴射混凝土的過(guò)程中，整體的工程項(xiàng)目施工用時(shí)為5d，需要在工程項(xiàng)目DK689+302～DK689+307 段開(kāi)展邊墻基礎(chǔ)開(kāi)挖工作，同時(shí)架設(shè)鋼架和噴射混凝土需要5d 時(shí)間。在DK689+294～DK689+297 段上臺(tái)階開(kāi)挖、架立鋼架及噴射混凝土作業(yè)的過(guò)程中，耗時(shí)2d，經(jīng)過(guò)綜合計(jì)算，該工程項(xiàng)目整體耗時(shí)14d，和原來(lái)的支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比分析可知，在原來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用了超長(zhǎng)管棚支護(hù)技術(shù)，需要施工時(shí)間15d，對(duì)工程施工方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化之后，由于不用架設(shè)管棚，以及減少了貼壁進(jìn)洞的施工方量，可以有效節(jié)約工程項(xiàng)目整體的施工成本，共計(jì)20 萬(wàn)元左右，由此可見(jiàn)，該施工技術(shù)可以顯著節(jié)約施工成本，同時(shí)也可以節(jié)約施工時(shí)間。

4 工程項(xiàng)目整體的應(yīng)用情況分析

該工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，總共需要建設(shè)隧道工程項(xiàng)目228 座，通過(guò)逐個(gè)工區(qū)的實(shí)地查勘，根據(jù)洞口地形地質(zhì)條件，保證施工的安全，便于施工，突出“少擾動(dòng)”，全線洞口總數(shù)200 余個(gè)（主要是黃土地段、圍巖條件比較好的地段），將超前長(zhǎng)管棚改造成超前小導(dǎo)管。既可縮短施工時(shí)間，又可節(jié)約工程造價(jià)，可降低邊傾坡面的刷方量，使地質(zhì)條件基本保持“零開(kāi)挖”。該工程項(xiàng)目的洞口區(qū)域在具有良好直立特性的黃土區(qū)段圍巖條件較好的情況下，應(yīng)用超前小導(dǎo)管支護(hù)可以有效地確保巷道的安全以及快速、安全的進(jìn)洞；同時(shí)，這種技術(shù)可以最大限度地保留洞口的原狀，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯；對(duì)于同類(lèi)地層，可以推廣應(yīng)用，防止洞口段采用“模塊化”的超前長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文以某工程實(shí)例為基礎(chǔ)，對(duì)快速進(jìn)洞技術(shù)進(jìn)行了深入的分析與研究。采用這種方法，不僅能明顯提高隧道初支拱頂?shù)某两德?，而且能?jié)省工程造價(jià)。目前，山嶺隧道工程施工中已普遍采用了這一技術(shù)。