歐 健

(中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000)

隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展，隧道的修建越來(lái)越多。隧道開(kāi)挖施工因受復(fù)雜地質(zhì)條件的影響,一直是交通建設(shè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，而隧道軟弱圍巖段開(kāi)挖又是隧道施工的關(guān)鍵。因此，對(duì)隧道軟弱圍巖段開(kāi)挖施工問(wèn)題開(kāi)展研究，為解決軟弱圍巖隧道開(kāi)挖施工提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)借鑒，具有重要的工程價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。劉家隧道軟弱圍巖段存在局部軟弱夾層、斜向?qū)盈B、圍巖極度軟弱、巖體均質(zhì)性極差、產(chǎn)狀紊亂等問(wèn)題，嚴(yán)重影響其隧道開(kāi)挖施工，因此，對(duì)其軟弱圍巖段開(kāi)挖施工處治進(jìn)行研究是十分必要的。

1 工程概況

劉家隧道全長(zhǎng)2505m，起訖里程為K140+300～K142+805，埋深大。隧道地表沖溝發(fā)育，但地下水發(fā)育不明顯，干旱季節(jié)隧道內(nèi)滲水很少。隧道穿越地層主要是夾千枚巖灰?guī)r、夾灰?guī)r千枚巖。隧道圍巖設(shè)計(jì)分布情況為：K140+300～+380 段是V類(lèi)圍巖；K140+380～+ K141+640段是產(chǎn)狀接近直立的夾灰?guī)r千枚巖，存在明顯片理與發(fā)育的節(jié)理；K141+640～+920段是V類(lèi)圍巖斷層帶，斷層是扭曲嚴(yán)重的擠壓千枚巖，存在斷層角礫及碎裂灰質(zhì)；K141+920～K142+805段是Ⅱ類(lèi)圍巖，巖體是夾千枚巖灰?guī)r，產(chǎn)狀接近直立，灰?guī)r風(fēng)化嚴(yán)重，存在明顯層理，中間厚，逐漸遞減成薄層狀。隧道開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，從K141+376開(kāi)始，圍巖出現(xiàn)突變，為IV～V圍巖，長(zhǎng)850 m，為斷層角礫及千枚巖夾泥鈣質(zhì)薄層，存在嚴(yán)重扭曲褶皺，節(jié)理發(fā)育，云母含量高，巖層擠壓面明顯，破碎嚴(yán)重，結(jié)合差，難以自穩(wěn)。隧道設(shè)計(jì)為復(fù)合式二次襯砌，由于斷層帶內(nèi)結(jié)構(gòu)紊亂，圍巖自穩(wěn)能力極差，局部地段二次襯砌加厚。初期支護(hù)為：IV類(lèi)圍巖采用錨網(wǎng)噴，噴10 cm厚混凝土；V類(lèi)圍巖采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固，設(shè)錨桿鋼筋網(wǎng)與1榀/m I16工字鋼，噴15 cm厚混凝土。

2 軟弱圍巖對(duì)隧道開(kāi)挖施工的不利因素

2.1 隧道存在局部軟弱夾層

隧道開(kāi)挖施工中發(fā)現(xiàn)，在隧道開(kāi)挖方向存在連續(xù)貫通的軟弱破碎帶，開(kāi)挖施工時(shí)局部單側(cè)出現(xiàn)嚴(yán)重滑坍塌，使得隧道初期支護(hù)受力不均，拱腳出現(xiàn)坍方，局部出現(xiàn)壓裂，大大增加了施工處治難度。

2.2 隧道軟弱圍巖段存在斜向?qū)盈B圍巖

隧道開(kāi)挖施工中發(fā)現(xiàn)，隧道軟弱圍巖段存在斜向?qū)盈B圍巖，采用臺(tái)階法處理時(shí)，上臺(tái)階的拱部開(kāi)挖時(shí)，會(huì)發(fā)生順層滑塌，塌方超出拱頂2～3 m，造成開(kāi)挖面拱部出現(xiàn)斜面，給拱部開(kāi)挖與鋼支架架立帶來(lái)很大的困難；下臺(tái)階的邊墻開(kāi)挖時(shí)，由于巖體節(jié)理被切割會(huì)順節(jié)理面發(fā)生滑坍，造成開(kāi)挖面出現(xiàn)斜面，給邊墻開(kāi)挖與鋼支架架立帶來(lái)很大的困難。

2.3 隧道存在極度軟弱圍巖

隧道開(kāi)挖施工中發(fā)現(xiàn)，隧道軟弱圍巖段存在遇水易軟化、手捏可成粉狀、有滑膩感、節(jié)理面光滑、薄層狀、灰黑色的泥鈣質(zhì)千枚巖，造成初期支護(hù)受到軟弱圍巖松散體產(chǎn)生的巨大壓力、不均勻巖質(zhì)造成的不均勻受力，使得間距較大的初期支護(hù)鋼支撐出現(xiàn)彎折、內(nèi)移，造成初期支護(hù)侵限。此外，因邊墻為10 m高的曲墻，高度大，在拱腳、邊墻部位均會(huì)有不同程度的變形產(chǎn)生。

2.4 隧道軟弱圍巖段巖體均質(zhì)性極差，產(chǎn)狀紊亂

開(kāi)挖隧道時(shí)，開(kāi)挖輪廓切割圍巖褶曲節(jié)理及軟弱部分，順交滑節(jié)理面，局部巖體出現(xiàn)滑坍；隧道沿開(kāi)挖方向，局部破碎灰?guī)r堆積，千枚巖夾灰?guī)r斜向?qū)盈B，千枚巖分層富集，較好巖體分布極不規(guī)則，犬牙狀交錯(cuò)，造成隧道開(kāi)挖時(shí)軟弱圍巖局部滑坍，形成大坑，嚴(yán)重影響隧道初期支護(hù)施工。

3 隧道軟弱圍巖段開(kāi)挖施工處治方法

(1)開(kāi)挖。根據(jù)隧道軟弱圍巖情況，開(kāi)挖施工采用拱部、邊墻分開(kāi)開(kāi)挖的正臺(tái)階法。臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3～5 m，上、下臺(tái)階每茬炮掘進(jìn)深度1.5～2 m。拱部開(kāi)挖采用斜眼掏槽，弱爆破施工，四周炮孔盡量少裝藥，采取間隔裝藥的方式。邊墻開(kāi)挖采取梯形起爆、單層打眼的方法。炸藥采用Φ22 mm藥卷。開(kāi)挖鑿眼采用 YT28 風(fēng)鉆，采取光面爆破，盡量避免對(duì)圍巖擾動(dòng)，盡快開(kāi)挖，盡快封閉[1]。

(2)支護(hù)。軟弱地層采用小導(dǎo)管預(yù)注漿法超前加固，導(dǎo)管為Φ25 mm鋼管，管壁梅花型開(kāi)孔，開(kāi)孔孔徑為8 mm，間距為15 cm。注漿孔深為4～5 m，擴(kuò)散半徑為2 m，間隔距離為0.4 m。漿液為早強(qiáng)型高標(biāo)號(hào)水泥砂漿，配合比為水∶砂∶水泥=3∶1∶1。水為檢測(cè)合格的河水，水泥采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，并加入3%～5%的CaCl2高效速凝劑。注漿壓力控制在0.6～0.9 MPa范圍內(nèi)，注漿應(yīng)嚴(yán)格按注漿規(guī)范要求操作，并通過(guò)采取注漿巖芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)最終注漿質(zhì)量進(jìn)行控制，保證注漿效果達(dá)到規(guī)定要求。待穩(wěn)固地層12 h后，再進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。開(kāi)挖完工后，先濕噴5 cm厚混凝土，再出碴。出完碴后，架立型鋼鋼架、施工鋼筋網(wǎng)、錨桿，濕噴混凝土至初期支護(hù)規(guī)定厚度。

(3)出碴。隧道拱部上臺(tái)階開(kāi)挖出碴采用人工進(jìn)行，用手推車(chē)配合。隧道邊墻下臺(tái)階開(kāi)挖出碴采用拔碴機(jī)。隧道碴土采用5 t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至棄碴場(chǎng)。為提高運(yùn)輸效率，隧道內(nèi)每隔300 m處加寬開(kāi)挖作會(huì)車(chē)用。

(4)襯砌。采用小塊拼裝式“2015”鋼模板先墻后拱法施工，緊跟施作仰拱，以盡早封閉成環(huán)，形成受力結(jié)構(gòu)。襯砌混凝土采用后傾式拖拉機(jī)和2.5 t農(nóng)用汽車(chē)運(yùn)輸。

(5)通風(fēng)。距離掌子面30 m設(shè)50 kW通風(fēng)機(jī)1臺(tái)，洞口設(shè)“88-1”55 kW通風(fēng)機(jī)1臺(tái)，采用混合式通風(fēng)，洞口為壓入式通風(fēng)，掌子面為吸出式通風(fēng)。

(6)加強(qiáng)隧道施工監(jiān)測(cè)。為控制隧道軟弱圍巖段施工安全，對(duì)隧道軟弱圍巖段加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)。隧道開(kāi)挖并完成錨桿打設(shè)后，進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)和測(cè)量[2]。隧道每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)5個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，分別為拱頂、起拱線上1.2 m兩側(cè)、起拱線下1.25 m位置兩側(cè)。施工中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該隧道軟弱圍巖段拱頂監(jiān)測(cè)收斂值一般為60～80 mm，起拱線上收斂值一般為100～130 mm，起拱線上收斂值一般為100～140 mm，局部弱圍巖段長(zhǎng)時(shí)間不能達(dá)到穩(wěn)定，對(duì)初期支護(hù)采取進(jìn)一步加強(qiáng)處理后才趨于穩(wěn)定。隧道軟弱圍巖段開(kāi)挖施工中通過(guò)加強(qiáng)圍巖監(jiān)測(cè)，保證了軟弱圍巖段隧道支護(hù)的穩(wěn)定，避免了坍方的發(fā)生。

(7)隧道初期支護(hù)破壞處治。對(duì)于隧道軟弱圍巖段的初期支護(hù)出現(xiàn)的鋼支撐變形、局部開(kāi)裂、拱腳內(nèi)移侵限等問(wèn)題，采取的處治方法為：①用強(qiáng)度、變形性能更好的型鋼支架代替格柵鋼架，并在拱腳位置用鋼筋補(bǔ)強(qiáng)；②根據(jù)開(kāi)挖圍巖實(shí)際情況對(duì)型鋼支架進(jìn)行加密，間距由1 m調(diào)整為0.5 m或0.75 m；③嚴(yán)格控制好型鋼支架、鋼支撐及其排間的連接和焊接質(zhì)量；④在拱腳橫向增加對(duì)口支撐和鎖腳錨桿。

(8)開(kāi)挖面光面效果差。該隧道軟弱圍巖較差的巖體，順光滑節(jié)理面局部滑坍，產(chǎn)生大坑；較好巖體因均勻性差，產(chǎn)狀紊亂，造成隧道開(kāi)挖后，出現(xiàn)極不規(guī)則的犬牙交錯(cuò)，使得開(kāi)挖面光面效果差。施工中采取的處治方法為：①隧道開(kāi)挖完成后馬上進(jìn)行噴射砼施工，封閉圍巖，保證軟弱巖體穩(wěn)定，不出現(xiàn)掉塊、落碴，再在出碴時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行初期支護(hù)的噴射砼施工；②施工完成鋼支撐、錨桿后，對(duì)較少超挖的地段按設(shè)計(jì)厚度噴混凝土，超挖較大地段回填漿砌片石后按設(shè)計(jì)厚度噴混凝土[3]。

(9)軟弱圍巖段順層滑坍處治。該隧道軟弱圍巖段存在斜向?qū)盈B圍巖，拱部上臺(tái)階開(kāi)挖后會(huì)發(fā)生順層滑塌，塌方超出拱頂2～3 m，造成開(kāi)挖面拱部出現(xiàn)斜面。下臺(tái)階的邊墻開(kāi)挖時(shí)，由于巖體節(jié)理被切割，順節(jié)理面發(fā)生滑坍，造成開(kāi)挖面出現(xiàn)斜面，在隧道出碴時(shí)，會(huì)造成拱部初期支護(hù)出現(xiàn)變形，拱腳支護(hù)懸空。針對(duì)這一問(wèn)題采取的處理措施為：①采用超前加強(qiáng)小導(dǎo)管預(yù)注漿對(duì)地層進(jìn)行加固；②對(duì)拱頂出現(xiàn)的坍方，采用短工字鋼架設(shè)棚架，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大；③初期支護(hù)的噴射砼厚度加厚，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；④拱腳位置根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置1～2榀橫撐梁，同時(shí)橫向用鋼橫撐梁支撐，縱向用工字鋼托梁支撐[4-5]；⑤在隧道出碴前，對(duì)拱腳巖體、邊墻坍塌處進(jìn)行噴射砼處理，以保證其穩(wěn)定，并在出碴過(guò)程中繼續(xù)噴；⑥對(duì)出現(xiàn)坍塌的鋼架，重新設(shè)置隧道拱部的錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支架。對(duì)超挖嚴(yán)重的部位回填漿砌片石后，再次噴射混凝土，以保證其初期支護(hù)的整體性。

(10)支護(hù)侵限處理。因斷層帶圍巖自穩(wěn)性差，隧道局部出現(xiàn)支護(hù)侵限高達(dá)0.3 m。施工采取先對(duì)圍巖進(jìn)行壓漿加固，再對(duì)侵限支護(hù)鑿除后，重新施作支護(hù)與襯砌。

(11)二次襯砌開(kāi)裂處理。K141+620～+626邊墻出現(xiàn)受壓型開(kāi)裂，多發(fā)生在直墻襯砌地段。K141+340～+346邊墻下沉，主要原因是基底未處理好。處理措施為：①對(duì)在襯砌開(kāi)裂裂縫兩邊布設(shè)間距0.7～1.4 m梅花形錨桿，錨桿可以采用普通錨桿或邁式錨桿，對(duì)裂縫進(jìn)行開(kāi)槽處理后加設(shè)墊板；②對(duì)裂縫位置采用壓漿進(jìn)行加固，壓漿液配合比為水泥∶砂=1∶2(體積比)，水灰比1∶2；③在裂縫位置鑿槽后嵌補(bǔ)環(huán)氧砂漿；④對(duì)個(gè)別侵限部位作表面鑿除。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于隧道軟弱圍巖段，超前施工仰拱或鋪底，可以有效加強(qiáng)初期支護(hù)，減少開(kāi)裂，改善洞內(nèi)運(yùn)輸條件，使襯砌盡早封閉成環(huán)。

(2)隧道軟弱圍巖段開(kāi)挖施工時(shí)，應(yīng)充分考慮軟弱圍巖對(duì)開(kāi)挖施工造成影響的不利因素，針對(duì)這些不利因素，提出有針對(duì)性的處理措施；并在開(kāi)挖施工中，采取有效的施工監(jiān)測(cè)措施，以保證軟弱圍巖段開(kāi)挖施工安全與質(zhì)量。

(3)該隧道軟弱圍巖和病害整治工程經(jīng)過(guò)達(dá)半年之久的觀測(cè)，混凝土表面無(wú)重新開(kāi)裂現(xiàn)象；軟弱圍巖和病害整治施工期間，除上導(dǎo)坑局部發(fā)生小坍方外，未發(fā)生安全事故，表明采用的施工方法是可行的，可在類(lèi)似工程中推廣應(yīng)用。