張志宏

在烏梁隧道小凈距段的施工中，有很多強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段，往往因環(huán)境問題、土質(zhì)問題以及施工問題等造成洞身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，對(duì)施工安全與日后運(yùn)營(yíng)造成風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)于洞身開挖、超前支護(hù)、初期支護(hù)以及中夾巖加固措施等施工有著較高的依賴性，需要做好前期各項(xiàng)支護(hù)防護(hù)措施，為隧道提供更多的穩(wěn)定性。

1 強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段工程概況

小凈距段隧道示意如圖1 所示，1 為 中 夾 巖，2 為 超 前 小 導(dǎo) 管，3 為中空注漿錨桿，4 與5 分別為小凈距段隧道的左洞與右洞。該隧道整體為左右行分離式的雙洞長(zhǎng)隧道，其進(jìn)口處于甘肅省隴西縣，出口位于甘肅省漳縣，左線長(zhǎng)1 666 m，里程樁號(hào)為ZK18+555～ZK20+221；右線長(zhǎng)1 686 m，里程樁號(hào)為YK18+555 ～YK20+241。隧道圍巖均為Ⅴ級(jí)，隧道小凈距段里 程 為ZK18+573 ～ZK18+750、Y K 1 8 + 5 7 3 ～ Y K 1 8 + 7 5 0 、Z K 1 9 + 9 4 0 ～ Z K 2 0 + 2 0 3 、YK19+950 ～YK20+223。小凈距段兩洞相距較近，后行洞的施工對(duì)先行洞影響大，中夾巖柱自穩(wěn)能力弱，隧道結(jié)構(gòu)極易失穩(wěn)、坍塌。故應(yīng)選擇合適的開挖方法，減少對(duì)巖柱的破壞，加固中夾巖柱。

圖1 小凈距段隧道

本隧道處于中低山丘陵，由于長(zhǎng)期受到環(huán)境侵蝕，因此有著大量的風(fēng)化土在隧道上披掛，且溝底會(huì)漏出基巖，山體的不穩(wěn)定很容易造成崩塌。此外，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞的全風(fēng)化砂巖中夾雜著少量的強(qiáng)風(fēng)化碎塊，極容易破裂，用手都可以捏碎，毫無(wú)穩(wěn)定性可言[1]。而在隧道周邊的滑坡結(jié)構(gòu)中，也會(huì)由于基巖裸露而顯出陡坡，隨著施工很容易使滑坡發(fā)生坍塌，因此應(yīng)做好排水工作與穩(wěn)定措施，減少水侵蝕而形成的形變。隧道中雖有著透水性較為良好的松散巖空隙，但基巖裂隙有粉砂巖和泥質(zhì)砂巖，水性較差，更容易形成儲(chǔ)水帶，發(fā)生軟化與崩解的情況，影響施工。

2 強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段施工重難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)

在強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段的施工中，由于砂巖與砂礫巖本身的質(zhì)地結(jié)構(gòu)較軟，容易發(fā)生碎裂，遇水也容易軟化造成崩解，整體結(jié)構(gòu)較為松散，在埋深較淺的情況下有著很差的自穩(wěn)能力，容易發(fā)生坍塌。同時(shí)在施工中，隧道開挖后，拱頂與局部應(yīng)力所承載的負(fù)荷較高，極容易發(fā)生沉降，因此便會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響，產(chǎn)生塌方，或是讓隧道的底部被水侵蝕，影響地基的承載能力。

在整體隧道中，小凈距段相距較近，且對(duì)施工前期的挖掘影響較大，具體表現(xiàn)為在隧道出口段沖溝發(fā)育，溝深約30 ～50 m，溝兩側(cè)基巖出露，以強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主。露出砂巖呈全風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育。溝內(nèi)局部有滲水現(xiàn)象，溝兩側(cè)淺表溜滑較發(fā)育。這種強(qiáng)風(fēng)化砂巖質(zhì)地松軟，易碎易坍塌，巖體完整性較差，因此很容易發(fā)生側(cè)壁與棚頂?shù)奶?/p>

在 Z K 1 8+5 7 3 ～ Z K 1 8+7 5 0（YK18+573 ～YK18+750）段，隧道圍巖以古近系（E）強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，這種呈現(xiàn)棕紅色的砂質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為石英，雖有較為完整的巖芯，但容易破碎，且同樣有著雨水軟化與崩解的問題出現(xiàn)，因此隧道挖掘過(guò)程中應(yīng)著重于對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)與保護(hù)措施的建設(shè)，避免出現(xiàn)坍塌。

在 Z K 1 9+9 4 0 ～ Z K 2 0+2 0 3（YK19+950 ～YK20+223）段，隧道圍巖以古近系（E）強(qiáng)風(fēng)化～全風(fēng)化的粉砂巖為主，棕紅色的巖體有著層狀的結(jié)構(gòu)，且原始巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)隨著風(fēng)化而被破壞，風(fēng)化程度較高，巖心呈現(xiàn)碎塊狀，容易被掰碎，遇水易軟化，因此其結(jié)構(gòu)松散，但側(cè)壁較為穩(wěn)定，在開挖過(guò)程中應(yīng)注意雨水帶來(lái)的影響，防止出現(xiàn)滲水的情況，可采用信息化施工[2]。

3 應(yīng)對(duì)小凈距段施工重難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)的施工對(duì)策

3.1 總體施工方案

針對(duì)在強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段施工中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員應(yīng)做好充分的施工方案優(yōu)化，并全方位考慮施工中各項(xiàng)因素對(duì)施工造成的安全隱患。小凈距段施工中，應(yīng)采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，其中襯砌按復(fù)合式襯砌進(jìn)行設(shè)計(jì)，初期支護(hù)承受少量荷載，二次襯砌承受大部分荷載，因此施工時(shí)對(duì)于上半斷面及基礎(chǔ)鎖腳錨桿的施工質(zhì)量應(yīng)加以把控。

根據(jù)隧道地質(zhì)特點(diǎn)，先開挖埋深較淺的一側(cè)，單洞開挖應(yīng)先開挖中夾巖側(cè)，具體施工工序?yàn)椋合刃卸闯爸ёo(hù)→先行洞內(nèi)導(dǎo)洞上半斷面開挖支護(hù)→先行洞內(nèi)導(dǎo)洞下半斷面開挖支護(hù)→先行洞外導(dǎo)洞上半斷面開挖支護(hù)→先行洞外導(dǎo)洞下半斷面開挖支護(hù)→先行洞仰拱澆筑→先行洞二襯施工。

先行洞施工完畢后，再按照同樣的順序進(jìn)行后行洞的施工，初期支護(hù)中應(yīng)緊跟開挖面，及時(shí)封閉仰拱與仰拱的回填層，二次襯砌應(yīng)在監(jiān)控量測(cè)的基礎(chǔ)上，等待初期支護(hù)穩(wěn)定后再進(jìn)行施工。施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，嚴(yán)禁因?yàn)橼s工期而增大循環(huán)進(jìn)尺。在小凈距段的施工中，也應(yīng)減少對(duì)中夾巖柱的破壞，加固中夾巖柱，通過(guò)預(yù)注漿與長(zhǎng)水平系統(tǒng)錨桿等進(jìn)行加固，確保中夾巖層柱的穩(wěn)定。

施工中的兩主洞掌子面應(yīng)保持不小于開挖隧道寬度的兩倍距離，并要確保施工安全，減少后行洞對(duì)先行洞爆破振動(dòng)的影響。正確安排雙洞開挖支護(hù)的間隔和順序，有效控制兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形，遵循“少擾動(dòng)、快加固、勤量測(cè)、早封閉”的原則并確保中夾巖柱的穩(wěn)定。

施工中為保證隧道開挖的安全性，應(yīng)依照實(shí)際情況選擇預(yù)裂爆破與光面爆破等技術(shù)，控制先行洞襯砌處的震動(dòng)速度，同時(shí)根據(jù)不同的圍巖分級(jí)來(lái)制定監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃，將中夾巖層柱的穩(wěn)定、地表的沉降以及爆破振動(dòng)對(duì)相鄰洞的影響作為質(zhì)量把控的重要依據(jù)。

3.2 超前支護(hù)施工

洞口的超前支護(hù)采用大管棚。對(duì)于管棚施工應(yīng)采用無(wú)縫鋼管，其中鋼管上的鉆孔孔徑為10 mm，孔間距為15 cm，呈梅花狀布置，尾部留出30 cm 的止?jié){段。同時(shí)保證鋼管的環(huán)向間距與外插角度合乎標(biāo)準(zhǔn)，并使相鄰鋼管的接頭交錯(cuò)，襯砌混凝土套拱作導(dǎo)向墻。在遇到松散的堆積層和破碎地質(zhì)時(shí)，鉆進(jìn)中可以考慮增加套管護(hù)壁，確保鉆機(jī)順利鉆進(jìn)和鋼管順利頂進(jìn)。注漿采用隔孔注漿，注意壓力控制，防止爆管。

隧道內(nèi)的超前支護(hù)采用超前小導(dǎo)管。超前小導(dǎo)管在搭設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意將其尾端支撐于鋼架上，并用風(fēng)槍送入小導(dǎo)管，小導(dǎo)管縱向至少保證1.0 m 的搭接長(zhǎng)度，環(huán)向間距及外插角度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，中間部位鉆φ8 的注漿孔。注漿孔呈梅花形布置，間距為15 cm，尾部50 cm 范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿，末端焊直徑為6 mm的環(huán)形箍筋，以防打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)端部開裂，影響注漿管連接。此外，小導(dǎo)管的前端應(yīng)加工成錐形，方便插入，還可以起到防止?jié){液前沖的作用，同時(shí)在注漿過(guò)程中應(yīng)按照合理的間距進(jìn)行，防止漏漿以及導(dǎo)管開裂，從而影響后續(xù)導(dǎo)管連接。小凈距段隧道超前支護(hù)如圖2 所示。

圖2 小凈距段超前支護(hù)布置圖

3.3 洞身開挖防護(hù)

洞身開挖過(guò)程中，應(yīng)著重洞口的邊坡防護(hù)工作。在開挖前，應(yīng)嚴(yán)格檢查洞口的臨時(shí)防護(hù)措施是否存在開裂與斷裂的情況，如果存在，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)處理，鑿除開裂、脫落的混凝土，增設(shè)砂漿錨桿，重新掛網(wǎng)噴漿加強(qiáng)防護(hù)。洞身開挖應(yīng)在超前支護(hù)已經(jīng)維持在穩(wěn)定狀態(tài)后進(jìn)行，并嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、短臺(tái)階、早成環(huán)”的原則。

小凈距段因兩洞相距較近且處于強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段，后行洞的施工對(duì)先行洞影響較大，故禁止采用爆破法施工，嚴(yán)格采用小型機(jī)械松動(dòng)巖體，人工或小型裝載機(jī)裝渣的非爆破方法開挖，盡可能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)和破壞，使圍巖固有的自穩(wěn)能力不受破壞，特別是控制減少對(duì)中夾巖柱的破壞；嚴(yán)格限制隧道開挖的循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度，每次開挖循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度不得大于一榀鋼拱架的距離，及早施作初期支護(hù)，封閉成環(huán)。另外，隧道圍巖變形量與隧道跨度、施工方法以及施工水平等多種因素有關(guān)，施工中應(yīng)對(duì)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，及時(shí)調(diào)整下一階段同等級(jí)圍巖的預(yù)留變形量，以防止圍巖的實(shí)際變形量超過(guò)預(yù)留變形量，造成初期支護(hù)侵入二襯空間，同時(shí)也可避免因預(yù)留變形量過(guò)大而造成增大二次襯砌厚度或出現(xiàn)回填現(xiàn)象[3]。

3.4 隧道初期支護(hù)

隧道初期，支護(hù)拱部及邊墻采用C25噴射砼，仰拱采用C30 現(xiàn)澆砼，鋼架內(nèi)外弧設(shè)φ8 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距的尺寸為20 cm×20 cm。中隔壁及臨時(shí)仰拱采用I18 工字鋼，間距同初支鋼架。為了保證隧道順利施工，開挖后需要及時(shí)進(jìn)行不小于4 cm 的初噴，初噴完畢后進(jìn)行系統(tǒng)錨桿鉆設(shè)安裝、內(nèi)鋼筋網(wǎng)掛設(shè)、鋼架安裝、外鋼筋網(wǎng)及連接筋焊接、鎖腳錨管打設(shè)、噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。初期支護(hù)必須緊隨開挖進(jìn)行，開挖一環(huán)支護(hù)一環(huán)。

錨桿架設(shè)中應(yīng)使用錨桿臺(tái)車進(jìn)行鉆孔，鉆完孔后運(yùn)用高壓風(fēng)機(jī)對(duì)孔內(nèi)的巖屑進(jìn)行清除。將錨桿與錨頭組合后送入孔內(nèi)，并將止?jié){塞加固桿體，套上墊板后擰緊螺母，向內(nèi)部注入水泥漿液，進(jìn)一步起到加固作用。鋼筋網(wǎng)在初噴混凝土、錨桿完工后安設(shè)，網(wǎng)片要緊貼初噴及鋼拱架，網(wǎng)片與網(wǎng)片間、網(wǎng)片與錨桿間要焊接牢固。鋼架在洞外按設(shè)計(jì)加工成型，洞內(nèi)安裝在初噴混凝土后進(jìn)行，與錨桿連接。鋼支撐間設(shè)縱向連接筋，為保證拱架支撐的穩(wěn)定性和有效性，兩拱腳處和兩邊墻腳處加設(shè)鎖腳錨管[4]。

拱架支撐架立后盡快噴混凝土，噴射混凝土分兩次完成，即初噴和復(fù)噴。初噴可起到封閉圍巖的作用，復(fù)噴可將拱架、掛網(wǎng)、錨桿等進(jìn)行加固。噴射混凝土以濕噴為主，含水量較大地段采用潮噴工藝，分段、分片、分層進(jìn)行，由下向上，從無(wú)水、少水向有水、多水地段集中，多水處安放導(dǎo)管將水排出。施噴時(shí)噴頭與受噴面基本垂直，距離在1.5 ～2.0 m。噴射順序先下后上對(duì)稱進(jìn)行，先噴鋼架與圍巖之間空隙，后噴鋼架之間，鋼架應(yīng)被噴射混凝土所覆蓋，使拱架支撐與噴射混凝土共同受力。

3.5 中夾巖加固措施

開挖前中夾巖預(yù)加固采用大外插角超前小導(dǎo)管注漿加固（圖3），尾端支撐于鋼架上，開挖后中夾巖側(cè)采用R25 中空注漿錨桿加固（圖4）。超前小導(dǎo)管注漿和中空注漿錨桿可以改變圍巖的力學(xué)性能，提高圍巖力學(xué)參數(shù)，對(duì)圍巖的加固主要通過(guò)小導(dǎo)管、錨桿和漿液兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3 小凈距段隧道中夾巖超前小導(dǎo)管注漿加固

圖4 小凈距段隧道中夾巖R25 中空注漿錨桿加固

在小凈距隧道中夾巖柱區(qū)域，主要以整體加固原理為主，通過(guò)超前小導(dǎo)管和中空錨桿的支撐力作用使周圍巖體形成加固帶，從而形成一個(gè)能承受荷載的穩(wěn)定巖體，提高圍巖本身的自穩(wěn)能力，為整體施工提供穩(wěn)定性保障。

4 強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段施工的質(zhì)量把控

在強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量檢查。首先在隧道施工初期，應(yīng)通過(guò)隧道的巖性與工程地質(zhì)情況結(jié)合超前地質(zhì)報(bào)告，推測(cè)前方的地質(zhì)條件，并評(píng)估支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可根據(jù)隧道開挖面的地質(zhì)情況和巖體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行觀測(cè)。

另外，也應(yīng)觀測(cè)洞口淺埋段的地表沉降狀況以及地質(zhì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，觀察拱腰收斂量和下沉量等，重點(diǎn)檢查內(nèi)部位移情況、鋼支撐變形情況等。還應(yīng)充分通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)措施觀測(cè)圍巖力學(xué)動(dòng)態(tài)與支護(hù)狀態(tài)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究隧道圍巖支護(hù)的變形過(guò)程以及受力狀態(tài)，得出圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)的綜合物理參數(shù)，對(duì)比實(shí)際情況預(yù)測(cè)圍巖穩(wěn)定時(shí)間，優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

在強(qiáng)風(fēng)化砂巖地段隧道小凈距段的施工中，由于周邊巖體結(jié)構(gòu)較差，缺乏穩(wěn)定性，因此應(yīng)著重于在施工方案規(guī)劃的要求下做好超前支護(hù)、洞身開挖防護(hù)、初期支護(hù)以及中夾巖柱的加固等各項(xiàng)工作，并結(jié)合嚴(yán)格的質(zhì)量把控措施全方位保證隧道在施工中的安全性，為后續(xù)隧道日常運(yùn)營(yíng)提供穩(wěn)定性保障。