孫瑞峰

（中鐵十七局集團(tuán)城市建設(shè)有限公司，貴陽 550000）

1 引言

在公路隧道施工過程中，巖土物理學(xué)性質(zhì)、巖土介質(zhì)以及與地下結(jié)構(gòu)作用力較為復(fù)雜。施工作業(yè)會對巖體結(jié)構(gòu)完整性造成損害，很容易引發(fā)變形、沉降等現(xiàn)象，但是，圍巖地質(zhì)情況和巖土條件不同、埋深程度不同以及采用的施工方法不同，導(dǎo)致的變形范圍、程度等也會產(chǎn)生差異。為做好地層保護(hù)工作，必須加強變形監(jiān)測，結(jié)合適當(dāng)控制方法，減少變形程度。

2 工程概況

某高速公路隧道施工項目，屬于分離式長隧道工程，左幅隧道長1 654 m，最大埋深約為206 m，右幅隧道長1 631 m，最大埋深約為205 m，進(jìn)出口采用端墻式洞門。本次主要研究右幅隧道施工，隧道明洞段采用明挖法進(jìn)行施工，暗洞段采用新奧法施工，集合二次襯砌澆筑和小凈距隧道鉆爆施工。隧道施工需要穿越Ⅴ、Ⅳ級圍巖，工程地質(zhì)和水文條件較為復(fù)雜，尤其進(jìn)出口附近，巖體破碎，坡體開挖臨空后，覆蓋層易發(fā)生滑動現(xiàn)象，基巖容易產(chǎn)生滑移垮塌、掉塊和碎落現(xiàn)象。隧道還會穿過鹽酸巖等可溶性巖洞段，具有揭露隱伏巖溶的風(fēng)險隱患，引發(fā)突泥、冒頂、涌水等危害[1]。在施工過程中，施工單位必須從實際條件出發(fā)，及時開展超前地質(zhì)勘測，觀察和檢測地質(zhì)、支護(hù)情況，為工程順利開展提供翔實的數(shù)據(jù)信息支持。

3 隧道施工變形監(jiān)測

本次施工中，主要針對地質(zhì)及支護(hù)狀況、地表沉降、周邊位移、拱腳下沉等展開監(jiān)測。以地表沉降為例，該隧道洞口淺埋段間隔10~15 m 布置一個斷面，至少設(shè)置一個斷面，每個斷面隧道拱部測點間距為2~3 m，拱部兩側(cè)測點間距為3~4 m，主要用于監(jiān)測洞口淺埋段地表變形量和判斷隧道變形特征。監(jiān)測點的布置應(yīng)該與周圍位移量測布設(shè)和洞內(nèi)拱頂下沉布置處于同一斷面，并測量水平位移和縱向位移[2]；倘若發(fā)現(xiàn)存在位移量過大、速度無穩(wěn)定趨勢、邊仰坡開裂等情況時，提高監(jiān)測頻率。做好超前地質(zhì)預(yù)報，該隧道地質(zhì)較為復(fù)雜，在每次爆破后要對掌子面開展地質(zhì)素描，初步判斷前方巖層情況，隨后用GRP 進(jìn)行近距離探測，與之前判斷相互印證補充；部分地段，采取GRP 結(jié)合TEM 進(jìn)行監(jiān)測，依據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷是否進(jìn)行探空檢測，詳細(xì)記錄出水點、流量、水溫、出水狀態(tài)等。另外，還需要根據(jù)實際施工情況，在每個代表地段選取1~3個斷面進(jìn)行錨桿拉拔試驗，倘若Ⅴ、Ⅳ級圍巖錨桿拉拔力超過80 kN、100 kN，說明施工質(zhì)量滿足要求；選用不同類型的位移計、應(yīng)力計、壓力盒等，對圍巖壓力、內(nèi)部位移、初期支護(hù)和二次襯砌層壓力等變化情況進(jìn)行監(jiān)測，以確定支護(hù)參數(shù)的合理性。

4 隧道施工變形控制方法

4.1 超前大管棚

超前大管棚具有提高圍巖整體性、增加圍巖穩(wěn)定性，延緩變形速度，降低變形程度的作用，一般應(yīng)用在隧道洞口、洞身淺埋段、偏壓地段、斷層破碎帶等軟弱破碎地層[3-4]。該工程主要在隧道洞口處設(shè)置超前大管棚，具體施工工序為管棚加工、套拱施工、鉆孔清孔驗孔、下管注漿、封孔。在管棚加工環(huán)節(jié)，管棚鋼管選用φ108 mm×6 mm 熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40 cm，用φ102 mm×6m m 長30 cm 的熱軋無縫鋼管絲扣相連接，管棚分節(jié)長3 m。鋼管接頭錯開，沿隧道縱向同一截斷面內(nèi)接頭數(shù)不超過50%，相鄰鋼管結(jié)構(gòu)至少錯開1.0 m。管棚入土深度為16~40 m，外插角1°~3°，搭接長度超過5 m。在鉆孔施工環(huán)節(jié)，為保障鉆孔方向準(zhǔn)確無誤，預(yù)先在明洞襯砌外設(shè)置C25 混凝土導(dǎo)向墻（長×高=2 m×0.7 m），內(nèi)嵌有4 榀I18 型鋼架和φ127 mm×4 mm 導(dǎo)管鋼管（見圖1）。

圖1 鋼管固定圖

在注漿環(huán)節(jié)，在鋼管內(nèi)插入塑料管直至孔底，外端與堵漿塞排氣孔相連，作為排氣通道，注漿管與堵漿塞進(jìn)漿孔相連，注入漿液直至排氣管有漿液溢出后停止注漿。漿液水灰比為1∶1，注漿壓力中初壓和終壓分別為0.5~1.0 MPa、2.0 MPa。

4.2 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管主要應(yīng)用于道Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段，沿著隧道開挖線輪廓向外，將關(guān)閉帶孔小導(dǎo)管打入地層，借助一定壓力向管內(nèi)壓注漿液，達(dá)到預(yù)先加固隧洞周圍巖體，堵住圍巖裂隙水，提高土體固結(jié)度，增強土地摩擦力等作用，還有超前預(yù)支護(hù)作用[5]。超前小導(dǎo)管施工工序包括施工準(zhǔn)備、測量定位、鉆孔、插管、注漿及注漿效果檢查、開挖。在本次開展的公路隧道施工中，通過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該段區(qū)域具有較差圍巖結(jié)構(gòu)，以某段Ⅴ級圍巖為例，長度為45 m，頂板埋深為61.4~71.1m。隧道圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r及碳質(zhì)泥巖，巖質(zhì)較軟，巖體較為破碎，呈層狀～破裂狀結(jié)構(gòu)，Rc（單軸飽和抗壓強度）、Kv（完整性指數(shù)）、BQ（基本質(zhì)量指標(biāo)）分別為15 MPa、0.35、232.5。該段圍巖自穩(wěn)性較差，炭質(zhì)泥巖抗剪強度低，還存在隱伏巖溶發(fā)育可能，倘若支護(hù)不佳或支護(hù)不及時，很容易引發(fā)坍塌、大塌方，必須做好超前地質(zhì)預(yù)報和超前支護(hù)，才能保障該段隧道施工安全順利實施[6]。針對這一地質(zhì)情況，決定采用超前小導(dǎo)管支護(hù)方法，進(jìn)行超前支護(hù)。主要采用φ60 mm×4 mm 熱軋無縫鋼管及部分φ42 mm×4 mm 熱軋無縫鋼管進(jìn)行施工，鋼管環(huán)向間距控制在40 cm 左右，外插角為10°~12°，尾端在鋼架外側(cè)支撐，且每排小導(dǎo)管縱向至少需要搭接1.0 m（見圖2）。在注漿階段，選用普通硅酸鹽水泥或水玻璃作為漿液，注漿初凝時間為1~2 min，注漿壓力控制在0.5~1.0 MPa。在注漿之前，先噴射5~ 10cm 厚度的混凝土將掌子面封閉，形成止?jié){盤；按照由下到上的順序?qū)⒐軆?nèi)雜物清洗干凈；注漿過程中，倘若持續(xù)注漿10 min，進(jìn)漿速度下降為初始速度的20%，或者進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時停止注漿。

圖2 超前小導(dǎo)管布置圖

4.3 隧道二次襯砌

隧道襯砌通常采用“仰拱超前、拱墻整體襯砌”的施工原則，在初期支護(hù)完成后，為有效控制變形，仰拱要盡可能跟隨開挖面施工，隨后利用多功能作業(yè)平臺人工鋪設(shè)防水板，綁扎鋼筋并利用液壓整體式襯砌臺車進(jìn)行二次襯砌和一次性整體灌注施工[7]。二次襯砌施工工藝流程首先要根據(jù)監(jiān)控測量確定二次襯砌，隨后布設(shè)軌道、準(zhǔn)備好臺車、將頂模升起、側(cè)模張開，調(diào)整好模板。然后完成輸送管道、擋頭板、止水帶等的安裝施工，涂好脫模劑，安裝好預(yù)埋件，進(jìn)行混凝土澆筑工作，最后進(jìn)行拆模和養(yǎng)護(hù)作業(yè)。同時，隧道二次襯砌施工還需要嚴(yán)格遵守JTG/T 3660—2020《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)規(guī)程，參考GB 50086—2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》，利用混凝土運輸車、輸送泵、襯砌模板臺車等開展機械化施工。在該隧道工程二次襯砌施工中，施工人員采用先仰拱后邊墻、拱頂部分施工的順序，選用鋼筋混凝土進(jìn)行施工，并在其與初期支護(hù)之間敷設(shè)議程厚度為1.5 mm 的厚EVA 防水板和無紡?fù)凉げ迹?0 kN/m）作為防水層。同時，擬定二次襯砌支護(hù)參數(shù)，包括主筋、縱筋、箍筋等規(guī)格和間距，公布變強和仰拱等相關(guān)參數(shù)。

在確定好二次襯砌擬定支護(hù)參數(shù)后，開展防排水施工、鋼筋施工、混凝土施工等工序。在鋼筋施工時，鋼筋的加工要在洞外統(tǒng)一完成后，再運輸至現(xiàn)場，在臺車上進(jìn)行安全綁扎。施工人員需要根據(jù)測量控制點先進(jìn)行外層環(huán)向定位鋼筋綁扎，并用縱向筋連接固定，依次完成其他環(huán)向筋綁扎，直至外層綁扎完成（見圖3）。隨后，開展內(nèi)層鋼筋綁扎工作，用蹄筋將內(nèi)外層鋼筋連接，并用電弧焊點焊接，強化整體剛度。

圖3 鋼筋綁扎安裝示意圖

鋼筋綁扎完成后，按照中線標(biāo)高檢查輪廓尺寸，在內(nèi)層鋼筋內(nèi)掛設(shè)厚砂漿墊塊（5 cm），確保灌注完成后鋼筋有足夠厚度的保護(hù)層。在進(jìn)行混凝土施工時，要做好混凝土澆筑前的檢查工作，采用分層澆筑方法，重視混凝土的振搗作業(yè)。振搗器移動間距控制在其作用半徑1.5 倍范圍內(nèi)，插入下層混凝土內(nèi)深度控制在5~10 cm 左右，確保上下層結(jié)合良好。二次襯砌時拱頂每組襯砌預(yù)留注漿孔不少于2 個，振搗時采用快插慢拔的方式，充分保障每個孔位振搗時間，當(dāng)混凝土無下沉、水分、氣泡等情況時，結(jié)束振搗。

5 結(jié)語

綜上所述，公路隧道工程是我國交通事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，針對隧道施工中普遍存在的施工變形、沉降等情況，必須準(zhǔn)確了解變形情況，做好變形監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合巖土地質(zhì)條件、施工條件等，選擇適宜變形控制方法，通過超前大管棚、超前小導(dǎo)管、隧道二次襯砌等，提升巖土穩(wěn)固性，確保施工安全、有序完成。