劉春生

中交四公局第二工程有限公司

1 工程概況

某大跨度隧道，左線起訖里程ZK158+420～ZK159+750.626，長1330.63m；右線起訖里程YK158+470～YK159+745，長1275m。隧址區(qū)巖體組成類型豐富，膨脹性圍巖段為主要的不良地質(zhì)，分布范圍集中在左幅ZK159+160～ZK159+620 和右幅YK159+190～YK159+580，總長度達850m。針對膨脹性圍巖的諸多不良特性，應當明確其基本特征以及變形機理，進而以正確的方法高效施工，而此方面也為隧道工程中的重難點內(nèi)容。

2 膨脹性圍巖的基本特性

2.1 吸水膨脹

巖石中的白色石膏灰?guī)r含量較高，對巖石特性的影響較為顯著，隨著其含量的增加，圍巖的膨脹量則隨之加大。

2.2 失水干縮

隨開挖進程的推進，膨脹性圍巖逐步轉(zhuǎn)為干燥失水狀態(tài)，隨之顯現(xiàn)出干縮開裂問題，后續(xù)再次遇水后，將有膨脹甭解的現(xiàn)象。

2.3 易擾動性

在隧道施工期間，各項操作將產(chǎn)生不同程度的振動或是其他形式的干擾，而圍巖抵御外部的水平有限，在該條件下容易因干擾而失穩(wěn)。

3 大跨度隧道軟弱膨脹圍巖段的施工思路

經(jīng)地質(zhì)勘察后，初步判斷為石膏質(zhì)巖，隨后按規(guī)范選取樣品并轉(zhuǎn)至實驗室內(nèi)做進一步的分析，通過此途徑明確該類圍巖的施工危害性，以便視實際情況采取針對性的二次襯砌支護措施，設置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高材料的綜合性能（抗?jié)B、抗腐蝕等），并配套防排水等輔助設施，進而實現(xiàn)對圍巖的全方面防護，營造安全的施工環(huán)境。

4 確定大跨度隧道軟弱膨脹圍巖段施工技術

在開挖過程中，膨脹性圍巖與洞壁有向洞內(nèi)擠入的變化特點，開挖斷面較之于前期而言明顯減小，不利于施工進程的順利推進，拱頂、側(cè)壁、掌子面均有不同程度的位移現(xiàn)象。在采取支護措施并設置襯砌結(jié)構(gòu)后，有助于抑制膨脹性圍巖的變形等問題，但該類結(jié)構(gòu)將承受較大的土壓力，并且隨時間的延長，該土壓力值將有持續(xù)增加的特點。針對此情況，應當重點加強對圍巖和襯砌的監(jiān)測，掌握其在開挖結(jié)束后較長一段時間內(nèi)的實際特點，進而采取相適應的控制措施，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。

在本工程中，圍巖具有吸水膨脹的特點，其成分方面則以白色石膏灰?guī)r居多，隨著吸水量的增加，其有愈發(fā)明顯的膨脹現(xiàn)象。從此類特性出發(fā)，可采用以下五個方面的措施。

4.1 做好超前及徑向注漿作業(yè)

切實做好超前及徑向注漿作業(yè)，依托于漿液的固結(jié)作用，提高圍巖的強度，減小圍巖壓力。

4.2 增設柔性變形層，確定合適的斷面形式

對于膨脹性圍巖地段的施工，于該范圍內(nèi)加大預留變形量，重點在仰拱底部采取加強措施，即加厚粉煤灰吸水變形墊層，從而減輕圍巖水的干擾，以免因膨脹性圍巖遇水而出現(xiàn)仰拱開裂、底鼓等質(zhì)量問題。此外，在此類措施落實到位后，還有助于增強襯砌斷面的圓順性，實現(xiàn)對受力條件的優(yōu)化。

4.3 配套完善的、高效的排水設施

加強對施工用水量的控制，以避免不必要的浪費，具體內(nèi)容有以下幾點。

①錨桿鉆孔環(huán)節(jié)推薦采用無水鉆孔的方法，成孔后利用高壓氣深度清理孔內(nèi)雜物，使其恢復潔凈的狀態(tài)；。

在親土種植的“土壤改良、減量增效、品質(zhì)提升、綜合服務”等一系列措施的背后，是“親土1號”系列產(chǎn)品和相關技術的大力支撐。

②在仰拱下鋪設碎石粉煤灰墊層，對其采取壓實措施，保證壓實度達到95%。

③在整個膨脹圍巖施工地段，存在Ⅳ、Ⅴ級圍巖淺埋段，在該部分施工前先組織勘察，明確地表溝塹、洞穴等部位的具體位置以及實際程度，取適量三七灰土用于回填，通過此舉避免地表水下滲的問題，必要時增設合適尺寸的排水溝，起到輔助排水的作用。

④施工現(xiàn)場圍巖組成中含硫酸根離子，其會持續(xù)侵蝕混凝土，因此在二襯混凝土制備過程中采用粉煤灰硅酸鹽水泥，以保證該材料的抗?jié)B等級至少達到S8，從而提高二襯的抗?jié)B性能。

⑤在膨脹性圍巖段施工中，滿鋪防水板。

4.4 加強初期支護

隧道施工中，設置大厚度的仰拱，其中Ⅳ～Ⅴ膨脹巖地段設二次襯砌，適當加大預留變形量，形成全方位的支護結(jié)構(gòu)體系。

4.5 正確開挖，盡快封閉圍巖

以合理的方式有效縮短膨脹性圍巖的膨脹時間至關重要，為達到此效果，宜采用全斷面開挖的方法，及時采取支護措施，盡快封閉成環(huán)。對于局部膨脹性圍巖缺乏穩(wěn)定性的情況，其不具備全斷面開挖的條件，此時以環(huán)形開挖法較為合適。

5 大跨度隧道軟弱膨脹圍巖段施工技術的具體應用

以設計要求為準，利用超前錨桿預支護；通過R32自進式錨桿與Φ22mm 砂漿錨桿的聯(lián)合應用，實現(xiàn)對巖體的有效加固處理；掛網(wǎng)，組織混凝土的噴射施工，通過此類措施加強支護。關于襯砌結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1 膨脹性圍巖段襯砌結(jié)構(gòu)

5.1 超前支護

超前支護所用材料為Φ22砂漿錨桿，按照“環(huán)向間距40cm、外插角10°～15°”的標準有序設置到位。錨桿的方向無特定的要求，具體根據(jù)巖體節(jié)理面產(chǎn)狀而定?？紤]到錨桿的穩(wěn)定性要求，其搭接長度至少需達到1.0m，并將尾端以焊接的方式穩(wěn)定設置在系統(tǒng)錨桿的尾端，將兩者連接于一體[2]。

5.2 開挖作業(yè)

圖2 膨脹性圍巖短臺階開挖

5.3 支護施工

5.3.1 鋼支撐

以I6工字鋼為主要材料，利用螺栓連接于一體，經(jīng)焊接處理后使工字鋼穩(wěn)定在鋼板上。焊接采用的是雙面焊的方法，要求焊縫厚度至少達到5mm。在布設鋼支撐時，縱向間距取1.0m，每榀間利用Φ22mm 鋼筋實現(xiàn)穩(wěn)定的連接。針對拱部與邊墻鋼支撐連接區(qū)域采取加強措施，即設置2根長度均為3.0m的Φ22mm藥卷錨桿，將其作為鎖腳錨桿而使用[3]。

5.3.2 系統(tǒng)錨桿

施工所用材料含兩類，即R32自進式錨桿與Φ22mm砂漿錨桿，各自的長度分別為500cm、300cm，布設間距保持一致，即100mm（縱）×240mm（環(huán)），兩者交錯布設至指定位置，且均遵循梅花形布置的基本原則。

5.3.3 噴射混凝土

混凝土強度等級C20，厚度22cm，采用水泥裹砂法濕噴工藝，逐層依次施工，加強對各層厚度及其他方面質(zhì)量的檢查與控制。優(yōu)先噴射對象為鋼架背后，隨后再將施工對象轉(zhuǎn)向鋼架之間[4]。

5.4 仰拱施工

仰拱施工采用的是預裂光面爆破的方法。待開挖結(jié)束后，隨即按設計圖紙架設鋼架與拱墻初支鋼架連接，配套系統(tǒng)錨桿，噴射混凝土。經(jīng)過初期支護施工后，若無質(zhì)量問題則綁扎仰拱鋼筋，隨后澆筑混凝土，以形成完整的仰拱結(jié)構(gòu)。在仰拱下方設置柔性變形層，即鋪設的是碎石粉煤灰墊層，厚度按50cm控制，要求墊層的壓實度至少達到95%，以免出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。在仰拱填充上部布設雙層鋼筋網(wǎng)，通過此裝置的應用，提高整體的剛度[5]。

5.5 襯砌施工

襯砌施工對于時間的要求較為嚴格，施工時間提前或延后均會造成不良影響。若施工時間提前，此時圍巖內(nèi)膨脹應力的釋放量有限，易導致襯砌結(jié)構(gòu)受損；若施工時間延后，則圍巖易出現(xiàn)較大幅度的變形，進而誘發(fā)坍塌、支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等問題。對此，技術人員重點圍繞“位移-時間曲線”展開分析，從中確定圍巖變形速率從快轉(zhuǎn)至平緩所對應的轉(zhuǎn)折點，將其作為襯砌的合適施工時間。

在確定具體的施工時間后，進入正式施工環(huán)節(jié)，即采用鋼模臺車整體式施工。考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求，適當增加該部分襯砌的厚度以及配筋率。結(jié)構(gòu)方面，采用的是雙層鋼筋網(wǎng)C25混凝土，厚度按45cm控制。

6 結(jié)束語

綜上所述，膨脹性圍巖段的施工條件欠佳，顯著特點在于遇水后易發(fā)生膨脹現(xiàn)象，同時在隧道開挖等施工過程中，容易出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)等質(zhì)量問題。對此，在工程施工中，應當重點采取防排水措施以及支護措施，從而全面維持隧道施工的安全性。