堆积山体浅埋偏压软弱围岩隧道安全施工关键技术.pdf

王仕虎本栏目审稿人：地下工程堆积山体浅埋偏压软弱围岩隧道安全施工关键技术占懿郭廷凯收/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘 要】本文针对公路工程软弱围岩和浅埋偏压隧道施工的难点，分析了地表和拱顶累计下沉曲线，研究了地表处理、边坡保护、前期支护和开挖、支护技术的工程应用，总结了安全施工的技术要点。【关键词】隧道软弱围岩浅埋偏压地表处理安全支护1概述某公路工程的分离式隧道，开挖面积达1 0 6.9 8 m，属大断面隧道，道路设计时速为8 0 km/h，一般埋深1050 m，最大埋深57 m，属浅埋段隧道。进口位于斜坡的山脊侧面，隧道上部1 0 m有乡村公路通过，交通便利，山脊侧面为林地，植被茂密，以松树、灌木为主，地表为残坡积覆盖堆积山体。隧道山体的左方属于挖方路基，产生偏压严重的是右方的山体，因此隧道右侧洞室内承受荷载较大的自重。同时，在自重荷载下使隧道中剪应力过大，导致隧道整体可能受到单向力的影响，极易出现失稳问题。2工程施工难点隧道施工环节浅埋的软弱围岩隧道为施工难点。因其岩体较软，承载力不足，可能存在节理裂隙或者破碎结构等。围岩稳定性不足，当隧道需要穿过既有构筑物时，采用的开挖以及支护等工艺不合理，就会导致支护塌发生。浅埋偏压类型隧道和深埋隧道对比，浅埋隧道无法形成承载拱。同时，此类隧道存在地形偏压以及表层堆积物等，在开挖过程，软弱围岩以及风化带等可对施工产生影响。开挖环节拱顶出现快速沉降，导致隧道的净空快速收缩以及地表存在开裂等问题，致使掌子面不稳定，需要借助支护措施，控制沉降问题。当浅埋隧道的掌子面存在较大幅度的沉降时，就会加速地表的沉降速度。对此，为确保此类隧道施工环节的安全性以及施工质量，需要采取高度可行的技术，以科学方式进行支护施工。3施工技术要点针对浅埋偏压软岩类型隧道的开挖技术，主要有明挖法、暗挖法和盖挖法三种方法，三种方法各具优势。该项目以暗挖法展开研究，旨在改造软弱围岩地质条件，施工环节涉及地质勘察、支护、防水和降水等。此工艺应用过程需重点注意开挖和衬砌隧道两个施工环节，合理使用大断面开挖，控制对围岩的扰动范围，并严格实施超前支护，规范注浆流程。超前支护的重点是保证掌子面整体稳定性，在隧道轮廓线位置设置保护钢拱架，之后向内部打人钢管，灌注水泥浆，待其凝固稳定后进行施工。而初期支护，主要利用喷锚体系，主要涉及混凝土喷射、锚杆支护、混凝土锚杆组合结构、钢筋网片结构等。3.1地表处理技术经研究，综合采用如下三种技术完成地表处理。（1）地表加固。该项目距离洞门4 0 m范围内，在隧道内部衬砌外部边缘，向两侧横向长度衬砌6 m。该项目中，由于洞顶位置覆土残积层较厚，为保证施工环节的安全性，在洞段位置进行小导管地表注浆加固。注浆2地下工程利用$4 2 mm4mm的无缝钢管，控制钢管的均长为9m，相邻钢管的间距为1.2 m，梅花形设置，注浆以纯水泥浆进行，控制水灰比1：1，保证注浆压力区间为0.51.0MPa。（2）换填。在距离隧道人口的中线位置3 0 m的地表上方，使用黏土进行覆盖，厚度约1.0 m。换填环节，先使用挖掘机将地表上方的浮土全部清理，清理高度约1.2m，之后以压路机进行压实。使用石方填料作为夯填土石，控制其粒径不大于1 5cm，保证回填高度和开挖高度相同，为1.2 m。单层填筑厚度为3 0 cm，分4 次回填，填充之后，利用推土机进行压平，并使用平地机将地表刮平，防止压路机施工发生陷入问题，以便压路机完成地表压实。压实过程中，控制碾压遍数为6 遍，行走速度不大于2 km/h。（3）更新配载。由于该项目隧道的进口位置处于偏压状态，因此需要将其配载加以更新，之后才能展开洞身的开挖施工，使用夯填土作为配载材料。该项目中围岩的等级为IV级，选择碎土石进行配载，保证其厚度为2.4m。使用分层填筑方式，填筑厚度为3 0 cm/层，填筑工序与地表换填工序相同。通过地表处理和加固措施，隧道浅埋偏压段地表下沉得到有效控制，累计下沉量见图1。60504030201002018-07-182018-07-282018-08-072018-08-172018-08-272018-09-062018-09-162018-09-26图1隧道浅埋偏压段K55十9 3 0 地表累计下沉曲线3.2边坡保护技术按照隧道进口位置软岩情况，选择机械开挖方式，隧道截水沟在开挖线以外5m布设，水沟采用C20混凝土。充分按照设计施工，实际复核暗洞位置，做好边坡的测量和放线工作，设置临时的排水系统。上述工作结束之后，用挖掘机按照标线展开分层开挖，单层开挖高度为2 m。为保证安全，指派专员对原土实际状态展开密切关注，若存在塌风险，即刻停止开挖施工，并对边坡展开支护和防护措施。针对施工环节，隧道进口位置的边坡防护使用锚喷挂网作为支护结构，以型号为$2 2 mm的螺纹钢来制作锚杆，保持其长度为4 m，间距为1.2 mX1.2m，设置方式为梅花形。在网片的制作上，使用型号为$8 mm的钢筋，网格间距为0.2 mX0.2m。施工过程中要保证顺序合理，从上到下展开防护。在分层开挖的同时，进行防护施工。先将边坡外表的松石和浮土等清除，之后将凹陷和裂缝等进行嵌补，待平整工作结束之后，分两次完成混凝土喷射。第一次喷射厚度为5cm左右，确保将围岩进行封闭，将岩面填平，之后安装钢筋网和锚杆等，再进行第二次喷射，喷射混凝土至设计厚度1 5cm。3.3前期支护和开挖技术软弱围岩的隧道施工，可用深孔注浆达成止水和固结等目标。但是上述施工方式能够固结的范围相对有限。因地质条件特殊，注浆过程存在多种非确定因素。为确保安全，在开挖前使用超前锚杆以及小导管等作为超前支护结构，以实现掌子面稳定。该项目使用超前支护结构后，将支护结构作为隧道纵向梁结构，起到刚性梁的效果，同时支护结构还能在掌子面之前形成外壳结构，利用其刚性、厚度等确保围岩以及掌子面等之间的稳定性。此外，超前支护的使用可改善围岩强度。应用超前支护后，施工过程仍需将隧道浅埋以及受到偏压等软弱岩段考虑其中，注意开挖技术的运用，采用预留核心土，即先进行隧道轮廓线位置的开挖，确保循环施工尺寸为0.6 1.2 m，待锚喷支护强度达标后再开展核心土的开挖施工。外部轮廓以人工开挖的方式施工，遇到坚固岩石，用风镐进行配合开挖，控制对围岩产生影响。核心土用挖掘机开挖。通过超前支护和预留核心土开挖工法，隧道浅埋偏压段洞内拱顶下沉得到有效控制，累计下沉量见图2。堆积山体浅埋偏压软弱围岩隧道安全施工关键技术4540353025201510502018-07-182018-07-252018-08-012018-08-082018-08-15图2隧道浅埋偏压段K55十9 2 5拱顶累计下沉曲线3.4支护技术支护技术主要分为初期支护和临时支护两部分。在初期支护方面，锚喷支护工艺使用型号为工2 0 a的型钢钢架，间距为6 0 cm，钢架之间使用$2 2 mm钢筋，并环向连接，控制钢筋的间距为1 m。整个锚固系统的锚杆使用型号为$2 5mm的注浆锚杆，间距为6 0 cm120cm，长度为3 50 cm，以梅花形设置。使用型号为g8mm的钢筋作为钢筋网材料，控制间距为0.2 m0.2m，并在上方湿喷型号为C25、厚度为2 6 cm的喷射混凝土。施工过程中，受到围岩变形的影响，将靠近软岩一侧的山体系统锚杆转换为导管，设置长度为4.5m的导管，并在其中灌注“双浆”（由水玻璃和水泥组成），将灌注压力控制在0.51.0 MPa之间，提升支护强度。为防止出现隧道变形或者塌方等问题，可在现场使用临时支护，强化支护效果。项目在以下四处位置增设了临时支护。（1）洞口位置：在混凝土的外侧设置临时套拱，使用型号为工2 0 a的工字钢，与支护钢共同组成支撑结构，以“拱对拱”形式设置，在初期支护、套拱两者之间利用混凝土进行喷平，保证套拱的受力均匀，同时也便于施工结束之后的套拱拆除。（2）核心土位置：为控制隧道施工前期出现拱顶严重下沉问题，在核心土位置的上方设置纵向支撑，同样使用型号为工2 0 a的工字钢，并在核心土位置垫厚度为16cm的厚钢板，将初期支护钢架和纵向支撑的上方进行焊接，避免钢架在未形成环形结构的情况下导致拱顶的剧烈沉降。（3）中台阶位置：为尽早形成初期支护的闭环形式，在中台阶位置设置临时的仰拱。（4）上台阶位置：初期支护完成后，为控制隧道受到围岩的偏压力设置横撑，并将其一端设置在隧道左侧的上台阶位置拱脚处；另一端则设置在核心土的上层结构上。中台阶的开挖结束之后将横撑拆除，并将其设置在临时的仰拱位置，一端和左侧的上台阶顶紧。4结语堆积山体浅埋偏压隧道施工面临的施工环境复杂，若施工过程中开挖和支护技术应用不当，可能造成隧道结构失稳，甚至变形过大，受到严重破坏。施工环节必须结合项目实际，选择合理的工艺和技术，保证施工质量与安全。针对浅埋隧道无法形成承载拱的工程难题，项目在大断面隧道工程中研究实施了安全施工综合技术，技术效果和经济效益良好。