吳世解

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524005）

在公路隧道施工過(guò)程中往往會(huì)遇到斷裂破碎帶，而穿越斷裂破碎帶施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，若不控制好施工方法，發(fā)生拱頂沉降過(guò)大、坍塌、突水、突泥等情況的概率相當(dāng)大[1]。本文依托廣連高速公路TJ03 標(biāo)羅家營(yíng)隧道右洞建設(shè)施工項(xiàng)目，對(duì)隧道穿越斷裂破碎帶施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目概況

本文所依托的工程項(xiàng)目羅家營(yíng)隧道為分離式+小凈距隧道，單洞共設(shè)3條車(chē)道。本隧道單洞的建筑界限凈寬為15.50m，隧道凈高為5.00m。右線里程樁號(hào)為K50+965～K51+825，長(zhǎng)860m，最大埋深約55.06m，呈弧線形。根據(jù)物探成果反映羅家營(yíng)隧道右線YK50+970～YK51+030 段視電阻率低異常，縱深方向上連續(xù)，平面寬度約30m。根據(jù)異常帶內(nèi)電阻率低的異常特征，推斷此處為斷裂破碎帶或者節(jié)理裂隙發(fā)育帶[2]。由于穿越斷裂破碎帶施工風(fēng)險(xiǎn)較大，若不控制好施工方法，發(fā)生隧道拱頂沉降過(guò)大、坍塌、突水、突泥等事故的概率相當(dāng)大，為確保安全穿過(guò)斷裂破碎帶，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料以及物探成果的前提下，需進(jìn)一步做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)成果最終確定開(kāi)挖方法。羅家營(yíng)隧道右洞斷裂破碎帶位置如圖1 所示。

圖1 羅家營(yíng)隧道右洞斷裂破碎帶位置示意圖

2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為進(jìn)一步探明待施工的羅家營(yíng)隧道YK50+970～YK51+030里程段的工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)的活動(dòng)態(tài)勢(shì)。項(xiàng)目部用RAMACX3M 地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，天線的中心頻率為100MHz，此地質(zhì)預(yù)報(bào)方法可預(yù)報(bào)掌子面前方約20～30m 的范圍。

根據(jù)第一次地質(zhì)超前預(yù)報(bào)資料顯示，YK50+970～YK51+00 區(qū)域雷達(dá)信號(hào)變化較大、有規(guī)律性，幅值強(qiáng)，波形亂，同相軸不連續(xù)，呈均勻的中低頻信號(hào)為主，推斷該區(qū)域圍巖為全～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。且該處圍巖巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，圍巖完整性較差、自穩(wěn)能力差。此種類型的圍巖在無(wú)支護(hù)時(shí)，容易發(fā)生拱部易坍塌以及側(cè)壁易失穩(wěn)現(xiàn)象，隧道洞室內(nèi)在集中降雨?duì)顟B(tài)下呈線狀或淋雨?duì)畛鏊曤娮杪?00～1200Ω·m，[BQ]值145，根據(jù)[BQ]值可推斷為V 級(jí)圍巖。第二次地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果與第一次超前預(yù)報(bào)結(jié)果類似。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 施工技術(shù)簡(jiǎn)介

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，此類型圍巖若采用臺(tái)階法施工極易發(fā)生拱頂沉降過(guò)大、坍塌、突水、突泥等情況。經(jīng)與業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位等多方討論，初步計(jì)劃該段隧道的開(kāi)挖方法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，采用的襯砌結(jié)構(gòu)型式為XS-Va 型，采用的超前支護(hù)形式為超前注漿小導(dǎo)管[3]。采用微震爆破開(kāi)挖洞身，以減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，同時(shí)采用裝載機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備與人工開(kāi)挖結(jié)合。施工過(guò)程嚴(yán)格遵循“早預(yù)報(bào)、預(yù)注漿、管超前、半斷面、留核心、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤測(cè)量”的原則[4]。

由于隧道初期支護(hù)施工完成后圍巖處于較穩(wěn)定狀態(tài)，二次襯砌的工藝較常規(guī)，本文將不對(duì)二次襯砌施工方法做詳細(xì)描述，主要介紹超前支護(hù)施工以及洞身開(kāi)挖的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在隧道穿越斷裂破碎帶中的應(yīng)用以及效果。

3.2 超前支護(hù)

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，YK50+970～YK51+030 里程段隧道無(wú)支護(hù)時(shí)隧道側(cè)壁易發(fā)生失穩(wěn)，隧道拱部易發(fā)生坍塌，同時(shí)極有可能發(fā)生突水事故。為避免洞身開(kāi)挖時(shí)出現(xiàn)事故，用51 根φ50mm 的超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。超前注漿小導(dǎo)管長(zhǎng)度為4m。小導(dǎo)管的施工工藝如下：

（1）小導(dǎo)管制作：項(xiàng)目部從有資質(zhì)的廠家采購(gòu)超前注漿小導(dǎo)管成品，小導(dǎo)管原材料為熱軋無(wú)縫鋼管，管徑φ50mm，壁厚5mm，管口0.5m 范圍內(nèi)管壁段不開(kāi)孔，其余管壁上采取梅花型鉆眼，鉆眼間距15cm，鉆眼直徑10mm。小導(dǎo)管尾部做成長(zhǎng)度為10cm 的錐形，錐形部分不鉆孔。

（2）小導(dǎo)管的鉆孔、安設(shè)：先根據(jù)圖紙進(jìn)行測(cè)量放樣，并在圍巖放樣點(diǎn)上做好標(biāo)記，根據(jù)放樣點(diǎn)和設(shè)計(jì)角度進(jìn)行鉆孔，鉆孔方向應(yīng)順直，鉆孔深度均大于設(shè)計(jì)鉆孔深度，鉆孔直徑按照大于超前小導(dǎo)管直徑20mm 進(jìn)行控制；鉆孔時(shí)，超前小導(dǎo)管孔位按照縱向搭接長(zhǎng)度不小于1m 進(jìn)行控制[5]。鉆孔施工完成后清理空洞，清理方法為將高壓風(fēng)送入孔底，將鉆渣清理干凈。清理完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后方可將小導(dǎo)管插入鉆孔中，小導(dǎo)管外插角為12°，或?qū)⑿?dǎo)管從型鋼鋼架上部、中部打入。小導(dǎo)管外露長(zhǎng)度按照不小于20cm 進(jìn)行控制，小導(dǎo)管的外露部分支撐于掌子面后方的型鋼拱架上。

（3）雙層小導(dǎo)管布置方式：第一層與第二層縱向錯(cuò)開(kāi)一榀鋼拱架，環(huán)向錯(cuò)開(kāi)20cm，鋼管環(huán)向間距為40cm，外插角第一層20～25°，第二層8～12°。

（4）注漿：本項(xiàng)目的注漿設(shè)備為HBY-60 注漿泵，采用水泥凈漿作為注漿材料，水泥漿的水灰比為1∶1。注漿前先將管內(nèi)沉積物沖洗干凈。注漿順序?yàn)橛上轮辽?，并根?jù)注漿先后順序調(diào)整漿液的濃度，開(kāi)始注漿時(shí)先用較稀的漿液注漿，后續(xù)將漿液濃度調(diào)濃。注漿壓力范圍維持在0.5～1MPa。注漿時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓1.0MPa 時(shí)維持此注漿壓力10min 以上。注漿壓力逐級(jí)緩慢提升。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，注漿的實(shí)際注入量與設(shè)計(jì)注漿量大致相近，注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)獎(jiǎng)量在20～30L/min 以下[6]。

（5）雙側(cè)壁導(dǎo)坑支護(hù)中的導(dǎo)坑也采用φ50×5mm 的鋼花管作為注漿小導(dǎo)管。導(dǎo)坑錨桿為φ22 藥卷錨桿，鎖腳錨管為φ22 注漿錨桿。

（6）超前小導(dǎo)管施工注意事項(xiàng)：導(dǎo)管孔施工時(shí)控制好導(dǎo)管孔的位置及角度，導(dǎo)管孔的孔徑按照大于鋼管直徑20mm 控制，小導(dǎo)管的實(shí)際打入長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。鉆孔時(shí)根據(jù)測(cè)量放樣點(diǎn)進(jìn)行，為確?？孜煌獠褰嵌确显O(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目部加工了方向架用于控制鉆孔方位。

因施工過(guò)程難免有孔位偏差超過(guò)規(guī)范規(guī)定的允許誤差的情況，為確保超前支護(hù)的施工質(zhì)量，施工時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)管，補(bǔ)管位置主要為距離偏大的兩孔間處，補(bǔ)管施工質(zhì)量要求與其他管一致。由于巖體破碎，施工時(shí)常常遇到注漿壓力不滿足設(shè)計(jì)圖紙要求的情況。根據(jù)此情況，項(xiàng)目部及時(shí)調(diào)整水泥凈漿的配合比，并采取小泵量低壓注漿或間歇注漿，使水泥漿在裂隙中停留時(shí)間加長(zhǎng)的方式，以便凝膠。因漿液為水泥凈漿，施工中均按注漿后8h 再開(kāi)挖的時(shí)間間隔進(jìn)行控制。施工完成后逐孔、逐根檢查小導(dǎo)管并做好記錄。因越斷裂破碎帶圍巖自穩(wěn)能力差，采用超前小導(dǎo)管的超前支護(hù)形式有效保證了隧道開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定。超前小導(dǎo)管的支護(hù)效果也在后續(xù)的洞身開(kāi)挖中得到了驗(yàn)證。

3.3 洞身開(kāi)挖

3.3.1 洞身開(kāi)挖施工概述

采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖隧道洞身，為確保施工安全，避免左右洞施工相互影響，隧道左右線開(kāi)挖錯(cuò)開(kāi)，本隧道先進(jìn)行左洞施工，后進(jìn)行右洞施工，左洞掌子面與右洞的二襯間距約30m，滿足規(guī)范要求不小于20m 的要求。洞身開(kāi)挖爆破施工采用弱爆破的方式，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，并輔以人工、挖掘機(jī)、風(fēng)鎬，相互配合開(kāi)挖。

3.3.2 開(kāi)挖及支護(hù)順序

羅家營(yíng)隧道穿越斷裂破碎帶采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，施工工藝順序立面圖如圖2 所示。

圖2 羅家營(yíng)隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序立面圖

穿越斷裂破碎帶的開(kāi)挖、支護(hù)順序按中字母順序由A 至P 進(jìn)行，具體施工順序如下：主洞小導(dǎo)管超前注漿預(yù)支護(hù)→左側(cè)導(dǎo)洞上半斷面開(kāi)挖→左側(cè)導(dǎo)洞上半斷面初期支護(hù)→左側(cè)導(dǎo)洞下半斷面開(kāi)挖→左側(cè)導(dǎo)洞下斷面初期支護(hù)→右側(cè)導(dǎo)洞上斷面開(kāi)挖。右側(cè)導(dǎo)洞上斷面初期支護(hù)→右側(cè)導(dǎo)洞下半斷面開(kāi)挖→右側(cè)導(dǎo)洞下半斷面初期支護(hù)→主洞上部開(kāi)挖→主洞上部初期支護(hù)→主洞中部開(kāi)挖→主洞下部開(kāi)挖→主洞下部初期支護(hù)、中夾巖柱加固→澆筑主洞仰拱→鋪設(shè)防水板，澆筑二次襯砌混凝土→另一側(cè)主洞開(kāi)挖。

因超前支護(hù)已經(jīng)采取超前小導(dǎo)管的方式，提高了圍巖的穩(wěn)定性，在開(kāi)挖過(guò)程中也未發(fā)生突水、突泥的情況，證明此種超前支護(hù)的形式是安全有效的。

因本斷裂破碎帶圍巖破碎，極易坍塌，雖然已經(jīng)采取了超前支護(hù)，但是圍巖的自穩(wěn)能力尚無(wú)法得到明確判斷。為避免大面積坍塌，本段開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺按50cm 控制（1 榀鋼架間距）。開(kāi)挖后及時(shí)安裝鋼拱架并噴射混凝土。

施工中，二襯距離下臺(tái)階長(zhǎng)度按不大于20m 控制。主洞下臺(tái)階長(zhǎng)度全程按5～10m 控制。主洞中臺(tái)階長(zhǎng)度按10～20m 控制。主洞的上、中臺(tái)階間距按5～10m 控制。側(cè)導(dǎo)洞上、下掌子面間距按不大于10m 控制。施工過(guò)程中最大臨界震動(dòng)速度v≤15cm/s。

為避免拱頂下沉侵入隧道建筑界限，結(jié)合設(shè)計(jì)文件、監(jiān)控量測(cè)成果以及類似項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，隧道拱頂預(yù)留變形量按照15cm 控制。施工中，型鋼拱架鎖腳錨桿施工完成后再開(kāi)挖仰拱。初支施工在隧道洞身開(kāi)挖完成后進(jìn)行，側(cè)導(dǎo)洞初期支護(hù)臨時(shí)鋼拱架的拆除時(shí)間均在主洞初期支護(hù)鋼拱架后。

因本段隧道圍巖等級(jí)為V 級(jí)，為滿足施工安全以及施工規(guī)范的要求，本段圍巖封閉位置與掌子面的距離按不大于35m 控制。

開(kāi)挖完成后，二次襯砌根據(jù)監(jiān)控量測(cè)成果進(jìn)行，監(jiān)控量測(cè)相關(guān)參數(shù)滿足規(guī)范要求后再施工二次襯砌。

3.4 監(jiān)控量測(cè)

為驗(yàn)證本方法在穿越斷裂破碎帶公路隧道施工中的有效性，同時(shí)根據(jù)規(guī)范的相關(guān)要求，項(xiàng)目部對(duì)隧道進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：

3.4.1 地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀測(cè)

對(duì)開(kāi)挖工作面的觀察結(jié)果：巖體破碎，圍巖完整性較差、自穩(wěn)能力差，需要及時(shí)支護(hù)，開(kāi)挖過(guò)程中易發(fā)生拱頂局部掉塊。

開(kāi)挖后已支護(hù)段的觀察結(jié)果：初期支護(hù)完成后噴射混凝土層表面無(wú)裂痕；噴射混凝土沒(méi)有產(chǎn)生裂縫或剝離且沒(méi)有發(fā)生剪切破壞；鋼支撐無(wú)被壓彎曲現(xiàn)象；沒(méi)有底鼓現(xiàn)象。

3.4.2 拱頂下沉監(jiān)測(cè)

此段隧道開(kāi)始施工一個(gè)月內(nèi)部分?jǐn)嗝婀绊敵两档谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 拱頂沉降的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.4.3 周邊位移觀測(cè)

此段隧道開(kāi)始施工一個(gè)月內(nèi)部分?jǐn)嗝娴闹苓吺諗康谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 周邊收斂的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.4.4 監(jiān)測(cè)結(jié)論

隧道右線拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和周邊收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，右線穿越斷裂破碎帶段監(jiān)測(cè)斷面的拱頂下沉、周邊收斂相對(duì)變化速率及累計(jì)位移量基本符合規(guī)范要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本破碎斷裂帶施工段目前已安全施工完成，施工中未出現(xiàn)隧道拱頂沉降過(guò)大、坍塌、突水、突泥等事故，公路隧道穿越斷裂破碎帶時(shí)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工是一種較為有效的方法。