李建寶

（中交一公局第八工程有限公司，天津 300170）

山嶺地區(qū)隧道施工經(jīng)常會遇到淺埋偏壓的情況，淺埋隧道圍巖多松散、破碎；而偏壓隧道兩側圍巖受力偏差較大。如果淺埋偏壓隧道處理不當，極易發(fā)生塌方危險，嚴重威脅人員生命安全，對工程本身也會造成嚴重的經(jīng)濟損失、工期損失。因此，研究淺埋偏壓隧道施工方法具有重要的實際意義。國內學者針對淺埋偏壓隧道有很多不同的研究：西南交通大學的牟智恒等[1]通過有限元分析，對臺階法、CRD法、環(huán)形開挖預留核心土法進行了比選；李志星等[2]采用雙排注漿小導管超前支護、反壓回填、控制爆破振動等措施進行淺埋偏壓隧道施工；張學強[3]對冰水洪積碎石土地層超淺埋偏壓隧道的開挖方案進行了研究。本文對復理石地層淺埋偏壓隧道采用懸臂掘進機進行開挖施工介紹。

1 項目概況

1.1 工程概況

黑山共和國 Bar-Boljare 高速公路 Smokovac-Uvac-Matesevo段建設項目第4標段，初步設計左線起訖里程為K31+738.96～K40+866.00，長度為9127.04m；右線起訖里程為K31+808.14～K40+870.871，全長9062.73m。

1.2 工程地質情況

施工區(qū)域內均為復理石地層，由多種巖石組成的具有明顯韻律層的巖石組合，以泥灰?guī)r、砂巖為主，達到90%，薄層狀結構，頻繁互層，中間夾雜角礫巖，強風化、節(jié)理發(fā)育破碎，層理構造，泥質膠結，遇水具有泥化現(xiàn)象。

1.3 淺埋偏壓段情況介紹

16號隧道（Pajkov vir隧道）淺埋段里程LK35+035.04～LK35+010.04需要穿越溝谷，進洞238m后出現(xiàn)長度為25m的淺埋段。其中最小覆蓋層厚度為7.1m，最大覆蓋層厚度13.5m，地表易塌陷、開裂，成洞困難，施工難度大。

2 開挖施工方法

根據(jù)主設計，隧道開挖采用臺階法（圖1），如遇Ⅴ級或Ⅵ級等較差圍巖，則采用環(huán)形開挖預留核心土法。

圖1 臺階法開挖隧道

2.1 超前地質預報

利用地質雷達進行超前地質預報，對隧道開挖工作面前方地層巖性、地質構造、地下水等地質情況進行探測預報，進一步查清前方工程、水文及不良地質等信息，降低地質災害發(fā)生的幾率和危害程度，保證隧道工程質量安全。

2.2 超前支護

項目所在地山體富含大量裂隙水，采用小導管注漿超前支護，將前方開挖軟弱圍巖進行預固結。通過漿液滲透到周邊巖體裂隙，硬化后阻隔裂隙水滲透到隧道開挖區(qū)域周圍。采用3m長的φ1.5英寸小導管超前支護，施工程序為：施工準備→測量放點→布孔→鉆機鉆孔→清孔→導入小導管→注漿→檢驗驗收→封孔。

小導管前端封閉并制作成錐形，尾端焊接φ8鋼筋加勁箍，防止施工時導管尾端變形。在前部鉆注漿孔，孔徑6～8 mm，孔距15～20cm，呈梅花形布置，尾部長度不小于30cm，作為不鉆孔的止?jié){段（圖2）。

圖2 超前小導管制作示意圖

為保證小導管的支護效果，減小小導管的插入角，小導管從格柵拱架中間穿過，尾部與格柵拱架焊接在一起（圖3）。

圖3 超前小導管安裝示意圖

超前小導管安裝完畢后用塑膠泥（水玻璃拌合425水泥）封堵導管周圍及孔口。小導管安設后必須對工作面進行噴射混凝土封閉，噴射厚度以10～15cm為宜，封閉范圍為開挖工作面及臨近開挖工作面3m范圍的環(huán)向開挖面。小導管安裝完成后，旋緊孔口閥，連接注漿管路后進行壓水試驗。

調查地質情況，按滲透系數(shù)確定注漿類型，進行注漿設計。確定漿液配比、注漿壓力等注漿參數(shù)；通過試驗確定或調整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量。

注漿施工時，注漿壓力按分級升壓法控制，由注漿泵油壓控制調節(jié)；漿液先稀后濃、注漿量先大后??；超前小導管注漿壓力應符合設計要求，漿液必須充滿鋼管及其周圍的空隙。以終壓控制為主，以注漿量校核，當注漿壓力為0.7～1.0MPa，持續(xù)15min即可終止。

2.3 洞身開挖

傳統(tǒng)礦山法開挖常采用鉆爆的方式，這種方式存在以下缺點：

（1）造成巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時都有可能導致塌方，嚴重威脅施工人員人身安全。

（2）復理石地層的爆破面很難控制，極易造成超挖現(xiàn)象，需要噴混填補，造成嚴重浪費。

（3）項目位于歐洲自然保護區(qū)內，施工過程中對于環(huán)保要求極高，鉆爆法施工產(chǎn)生的噪聲及煙塵都無法滿足環(huán)保要求。

項目首次在歐洲國家采用XTR260型懸臂掘進機進行開挖施工（圖4），其懸臂端切削部位可控性強，有利于控制開挖線，有效的減少隧道超欠挖的情況。利用截割頭切削巖體，對周邊圍巖擾動極小，大大提高施工的安全性。開挖完畢，對開挖輪廓線進行量測復核，確定超欠挖情況。

圖4 懸臂掘進機開挖施工

施工時根據(jù)實際圍巖等級和主設計，嚴格控制循環(huán)進尺，并及時跟進初期支護。循環(huán)進尺應根據(jù)圍巖地質條件和初期支護格柵鋼架間距合理確定。Ⅲ、Ⅳa級圍巖不宜超過2.0m，Ⅳb、Ⅳc級不宜超過1.5m，Ⅴ不宜超過1.0m。同時持續(xù)對洞外地面沉降、拱頂沉降、洞周收斂情況進行監(jiān)控量測，一旦發(fā)現(xiàn)變化異常，則立即停止施工，并根據(jù)需要采取回填反壓措施，防止出現(xiàn)塌方等安全事故。

2.4 初期支護

拱架安裝流程：地質素描→初噴→掛鋼筋網(wǎng)片→清理底腳虛渣→安裝拱架→安裝橫向連接筋→掛鋼筋網(wǎng)片→復噴混凝土→安裝錨桿。

2.4.1 地質素描

一個開挖循環(huán)結束，出渣完畢后，首先由地質工程師進行地質素描，確定實際圍巖等級，并出具地質素描報告（圖5）。

圖5 地質素描報告（部分）

在歐洲國家的工程項目，地質素描是一項極其重要的工作：

（1）它是施工單位確定現(xiàn)場地質條件的依據(jù)；

（2）它是監(jiān)理工程師進行簽認，進行下道工序的重要依據(jù)；

（3）經(jīng)監(jiān)理工程師簽認的地質素描報告是計量計價的必需資料；

（4）如現(xiàn)場地質條件與設計不一致，地質素描報告和地質對比報告是設計變更及變更索賠的必不可少的資料。

2.4.2 安裝拱架和鋼筋網(wǎng)片

地質素描結束后，首先對開挖面進行一次初噴封閉，然后安裝第一層鋼筋網(wǎng)片。使用提前施作好的定位筋固定焊接或綁扎，再把鋼筋片焊接或綁扎成網(wǎng)，網(wǎng)片搭接長度不少于2個網(wǎng)格即30cm。

格柵鋼架安裝在掌子面開挖初噴及第一層鋼筋網(wǎng)片鋪設完成后立即進行。為保證各節(jié)格柵鋼架在全環(huán)封閉之前置于穩(wěn)固的地基上，安裝前應清除各節(jié)格柵鋼架底腳下的虛渣及雜物。同時每側安設2根鎖腳錨桿將其鎖定，底部開挖完成后，底部初期支護及時跟進，將格柵鋼架全環(huán)封閉。Ⅴ級圍巖應根據(jù)實際情況在拱部格柵鋼架基腳處設槽鋼以增大基底受力面積。

拱架安裝完畢后，安裝橫向連接鋼筋，將各拱架連成整體，最后再安裝第二層鋼筋網(wǎng)片，要求同第一層。

2.4.3 噴射混凝土

鋼筋網(wǎng)片安裝完畢后噴射混凝土，噴混分段、分層，由下而上，依次進行。噴槍離巖面距離0.6～1.0m左右，噴槍應大致與巖面垂直。每次噴層厚度拱墻以5～7cm 為宜。拱頂以3～5cm為宜。對于涌水量較大的地段可設置排水管將水引出再進行噴射混凝土施工。

2.4.4 安裝錨桿

除圍巖破碎帶采用IBO錨桿外，其余圍巖采用砂漿錨桿。砂漿錨桿作業(yè)程序是：鉆孔→清孔→錨孔檢查→注漿→插入錨桿。

鉆孔應按照設計定出孔位，其允許偏差為±15cm。鉆桿應保持直線，宜與其所在部位的圍巖主要結構面垂直。注漿時先將注漿管插至錨桿孔底，然后開始注漿。隨著砂漿不斷壓入孔內，注漿管跟著緩緩退出錨孔，并始終保持注漿管口埋在砂漿內，以免漿中出現(xiàn)空洞。將注漿管全部抽出后，立即把φ25的SN錨桿插入錨桿孔，然后用木楔堵塞孔口，防止砂漿流失。

錨桿安裝完畢后不得懸吊重物，待砂漿達到設計強度后，安裝墊板和螺母，并用扭矩扳手擰緊（圖6）。

圖6 砂漿錨桿安裝示意圖

初期支護完畢，要繼續(xù)對地表及洞內進行監(jiān)控量測，確保隧道施工安全，并以此確定防水層及二次襯砌的施工時間。

3 結語

復理石地層淺埋偏壓隧道的開挖，遵循淺埋暗挖隧道的“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的“18字方針”。而采用懸臂掘進機取代鉆爆法的優(yōu)點主要有：

（1）大大減少超挖現(xiàn)象，減少噴混量，有利于節(jié)約成本。

（2）大大減小對周邊圍巖的擾動，提高施工安全性和環(huán)保性。經(jīng)監(jiān)測證實，地面沉降量及拱頂沉降量較鉆爆法施工都大大減小。按照歐洲施工要求，需滿足月沉降小于4mm時方可施作二次襯砌。因此懸臂掘進機施工法也有助于加快二襯開始時間，縮短工期。