论文部分内容阅读
摘要：本文通过工程实例分析了隧道软弱围岩的施工技术方法，提出不同特点不同地形条件针对性的施工方法，随着隧道施工中软弱围岩所占的比例逐步提高，软弱围岩施工所面临的沉降、收敛等变形问题越来越常见。因此对软弱围岩隧道采取正确的施工方法是隧道施工的重点环节。以马垭口隧道工程实例为背景，对软弱围岩隧道病害特点及施工方法进行探讨。通过采取有效措施前后的监测数据对比，验证了治理措施的有效性，可为今后隧道的施工提供一定的参考。
关键词：隧道；软弱围岩；病害规律；特点；施工方法；
Abstract: this paper analyzed through a practical project example of weak rock tunnel construction technology method, put forward different characteristics different terrain conditions pointed construction method, with soft wall rock tunnel construction of proportion of gradually to improve, construction of soft wall rock face, the settlement of convergence deformation problem more and more common. So the weak rock tunnel to take the right construction method is part of the construction of the tunnel. YaKou tunnel to a project example for background, weak rock tunnel damages, characteristics and construction methods are discussed. Through the take effective measures before and after the monitoring data contrast, verify the validity of the control measures, for future tunnel construction to provide certain reference.
Keywords: tunnel; Weak rock; Disease law; Characteristics; Construction method;
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
马垭口隧道为一座左、右线分离式双向四车道高速公路长隧道，隧道位于重庆市巫山县龙井乡白泉村至红庙村之间，呈近东西向展布，巫山端洞口位于龙井乡白泉村，奉节端洞口位于龙井乡红庙村，隧道最大埋深约305m。隧道起讫桩号为：左线ZK33＋959～ZK36＋423，长2464m；右线YK33＋990～YK36＋555，长2565m。
隧道区岩石属较软的碎屑岩类，隧道岩石强度较低，多数为强风化泥灰岩，节理裂隙发育，浅部风化强烈，表层风化剥落现象普遍，且局部碎石土厚度较大，岩体完整性较差，进出口地形坡度较缓，围岩稳定性差，洞口边坡易产生坍塌，需采取相应的支护措施。隧道浅埋段所占比例较大，洞顶围岩厚度较薄，强度较低，洞顶坍落、冒顶的可能性较大。
2 软弱围岩隧道病害规律及特点
软弱围岩隧道病害规律及特点如下：
a）隧道出现变形明显且数据较大的位置是距离开挖掌子面20m～30m的段落，且出现变形时连续4d～7d内变形发展快速、剧烈；
b）前期开挖时掌子面无水或水量很小，在后期（开挖后7d～10d左右），雨天、雨后支护表面出现严重渗漏水，支护随之开始出现较大沉降及收敛；
c）变形段先是沉降增大，紧接着收敛增大；
d）一般在拱顶或拱腰处出现纵向开裂；在每次围岩发生变化地段为环向开裂；收敛最大处为大跨线起向上约3cm范围，在此范围内工字钢架扭曲，支护鼓包，砼开裂脱落；
e）变形周期长，根据量测，隧道在长时间后（衬砌前）基本都未达到稳定状态。
3 软弱围岩施工方法
马垭口隧道施工采用新奥法原理，进行信息化施工组织设计。由于隧道围岩基本上为软弱围岩，因此施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测”18字方针。Ⅴ级围岩采用微台阶法开挖，保证初期支护及时落底封闭成环，确保初期支护的承载能力。由于Ⅴ级围岩二次衬砌按主要承载结构设计，二次衬砌（仰拱填充、拱墙）紧跟开挖面。
3.1 超前小導管注浆施工
由于隧道围岩软弱、松散，围岩变形快，压力大，自稳时间短，开挖后极易产生围岩失稳坍塌。根据马垭口隧道围岩情况，采用超前小导管注浆预加固的办法，稳定围岩。本隧道采用外径为42mm、长300cm的小导管超前支护，环向间距为40cm每环共计37根，每1.5m打一环，纵向搭接长度大于1m，外插角控制在10°～15°左右，尾端支撑焊接于钢架上。注浆采用水泥浆，水灰比为1：1，外加剂为水玻璃，掺量为水泥重量的5%。围岩打入小导管后压注水泥浆液，浆液在注浆压力的作用下快速渗入破碎松散岩体中，使松散破碎体胶结、胶化、形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性，使超前小导管与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。
3.2 微台阶法开挖
隧道开挖采用微台阶方法，全断面上下采用三层开挖（上、下台阶，仰拱开挖）、上台阶长度控制
在4m～5m，高度控制在4.8m左右。隧道每次开挖两榀，进尺为100cm；下台阶开挖时，先开挖右侧，每次进尺两榀，左侧开挖落后右侧三榀，每次开挖两榀，仰拱初支开挖紧跟其后。微台阶开挖需严格控制爆破进尺，上台阶开挖进尺作为主要进尺指标，指导下台阶进尺；上、下台阶，下台阶左、右侧需要同步推进；必须严格控制左右错开距离，防止同一榀拱架左右两拱脚同时悬空，出现同时悬空时极其危险，容易引起掉拱，甚至塌方。当围岩极其破碎，容易失稳发生坍塌时，应减少进尺，每循环只得开挖50cm。
3.3 初期支护
初期支护应在开挖后立即进行，以避免围岩由于暴露时间过长而风化失稳，产生垮塌等事故。初喷混凝土是为缩短围岩暴露时间及防止出渣扰动的最佳办法。初喷混凝土厚度一般控制在5cm。马 垭口隧道初期支护采用锚喷支护，采用Ⅰ18型钢拱架间距为50cm，拱架之间使用φ22钢筋联接，钢筋环向间距为1m；系统锚杆采用φ22钢筋，长300cm，间距为100cm，呈梅花型布置；拱架背后采用φ8双层钢筋网，网格间距为20cm×20cm；喷射26cm厚C20混凝土,为便于现场安装拱架，每榀分五节制作，上台阶三节，左、右下台阶各一节。由于隧道围岩软弱，拱脚承载力达不到设计要求，拱架安装后初始沉降比较大，而现场浇筑混凝土凝固时间比较长，严重影响施工进度，因此提前预制混凝土块，拱脚清理后安放预制块。拱架安放在预制块之上有效地减少了沉降。隧道原设计中大部分里程段内拱架没有落底封闭成环，拱脚垂直于水平地面，虽然增大了垂直受力面积，但水平方向只能靠拱架脚板与地面产生的摩擦力来阻止拱架收敛。由于隧道围岩侧压力较大，致使拱架内移收敛明显，造成混凝土开裂。在不改变拱架垂直脚板的基础上，在拱架内侧增设长1m的弧形拱架并安装脚板，以此来增加拱架的水平推力，并在两侧拱脚处增设φ32钢筋锁脚锚杆，锚杆尾L端型焊接于拱架，上述措施能够有效减少拱架收敛。在隧道渗水较为严重、围岩膨胀变形明显处，系统锚杆改为φ42注浆小导管，通过径向注浆在围岩内部形成稳固的胶结结构，既起到防水的作用又能减少围岩膨胀压力。
3.4 底部仰拱
“早日成环”是微台阶方法施工的一条重要原则，及时落底封闭成环，是确保初期支护承载能力，防止收敛及沉降最有效的措施。仰拱初支应紧跟掌子面，每次开挖不宜过长，开挖后及时安装拱架并喷射混凝土进行封闭，开挖过长或拱脚暴露时间过长极易造成拱架下沉。对于没有仰拱初支拱架只有仰拱混凝土地段，仰拱落后下台阶15m～20m，为出渣车保留足够的倒车空间即可，距离不宜落后太长。施做仰拱时应将拱底碎渣清理干净，并注意排水，将隧道渗水抽至仰拱以外后方可进行混凝土浇筑。
3.5 衬 砌
隧道衬砌采用复合式防水衬砌。隧道衬砌采用C25防渗砼，抗渗等级为S8.衬砌结构防水设计遵循“以排为主，防排结合，控制排放，防、排、堵相结合”综合治理原则，以结构自防水为根本，加强砼结构的抗裂防渗性能，同时以施工缝、变形缝等接缝防水为重点，辅以防水层加强防水。衬砌背后敷设环向软式透水管，在隧道两侧边墙处敷设纵向排水管，铺设EVA复合防水板。衬砌施工应在围岩和初期支护结构基本稳定并符合下列条件后进行混凝土浇筑施工：a）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；b）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；c）周边位移速率小于0.10mm/d～0.2mm/d，或拱部下沉速率小于0.07mm/d～0.15mm/d。同时应尽早封闭。
3.6 超前地质预报及监控量测
超前地质预报在软弱围岩隧道施工中发挥着非常重要的作用。地质预报可以较为清晰地预报未开挖段隧道的地质情况，为施工提供参考，可以针对地质情况提前制定相应的施工方案。马垭口隧道施工中采用TSP地质雷达扫描系统，每次可超前预报150m在施工中发挥了重要作用。监控量测在施工中同样发挥着不可替代的作用。沉降及收敛数据能指导施工中开挖预留量及支护参数的调整，检验施工方案是否正确，确保施工安全。
4 结 语
因此，软弱围岩隧道施工中存在着沉降收敛大、变形速率快、容易发生坍塌等问题，困难较大。施工前应制定详细可行的施工方案，开挖时遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测”的原则，施工中采取行之有效的方法，充分发挥超前地质预报及监控量测的作用，防止隧道变形的发生。
关键词：隧道；软弱围岩；病害规律；特点；施工方法；
Abstract: this paper analyzed through a practical project example of weak rock tunnel construction technology method, put forward different characteristics different terrain conditions pointed construction method, with soft wall rock tunnel construction of proportion of gradually to improve, construction of soft wall rock face, the settlement of convergence deformation problem more and more common. So the weak rock tunnel to take the right construction method is part of the construction of the tunnel. YaKou tunnel to a project example for background, weak rock tunnel damages, characteristics and construction methods are discussed. Through the take effective measures before and after the monitoring data contrast, verify the validity of the control measures, for future tunnel construction to provide certain reference.
Keywords: tunnel; Weak rock; Disease law; Characteristics; Construction method;
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
马垭口隧道为一座左、右线分离式双向四车道高速公路长隧道，隧道位于重庆市巫山县龙井乡白泉村至红庙村之间，呈近东西向展布，巫山端洞口位于龙井乡白泉村，奉节端洞口位于龙井乡红庙村，隧道最大埋深约305m。隧道起讫桩号为：左线ZK33＋959～ZK36＋423，长2464m；右线YK33＋990～YK36＋555，长2565m。
隧道区岩石属较软的碎屑岩类，隧道岩石强度较低，多数为强风化泥灰岩，节理裂隙发育，浅部风化强烈，表层风化剥落现象普遍，且局部碎石土厚度较大，岩体完整性较差，进出口地形坡度较缓，围岩稳定性差，洞口边坡易产生坍塌，需采取相应的支护措施。隧道浅埋段所占比例较大，洞顶围岩厚度较薄，强度较低，洞顶坍落、冒顶的可能性较大。
2 软弱围岩隧道病害规律及特点
软弱围岩隧道病害规律及特点如下：
a）隧道出现变形明显且数据较大的位置是距离开挖掌子面20m～30m的段落，且出现变形时连续4d～7d内变形发展快速、剧烈；
b）前期开挖时掌子面无水或水量很小，在后期（开挖后7d～10d左右），雨天、雨后支护表面出现严重渗漏水，支护随之开始出现较大沉降及收敛；
c）变形段先是沉降增大，紧接着收敛增大；
d）一般在拱顶或拱腰处出现纵向开裂；在每次围岩发生变化地段为环向开裂；收敛最大处为大跨线起向上约3cm范围，在此范围内工字钢架扭曲，支护鼓包，砼开裂脱落；
e）变形周期长，根据量测，隧道在长时间后（衬砌前）基本都未达到稳定状态。
3 软弱围岩施工方法
马垭口隧道施工采用新奥法原理，进行信息化施工组织设计。由于隧道围岩基本上为软弱围岩，因此施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测”18字方针。Ⅴ级围岩采用微台阶法开挖，保证初期支护及时落底封闭成环，确保初期支护的承载能力。由于Ⅴ级围岩二次衬砌按主要承载结构设计，二次衬砌（仰拱填充、拱墙）紧跟开挖面。
3.1 超前小導管注浆施工
由于隧道围岩软弱、松散，围岩变形快，压力大，自稳时间短，开挖后极易产生围岩失稳坍塌。根据马垭口隧道围岩情况，采用超前小导管注浆预加固的办法，稳定围岩。本隧道采用外径为42mm、长300cm的小导管超前支护，环向间距为40cm每环共计37根，每1.5m打一环，纵向搭接长度大于1m，外插角控制在10°～15°左右，尾端支撑焊接于钢架上。注浆采用水泥浆，水灰比为1：1，外加剂为水玻璃，掺量为水泥重量的5%。围岩打入小导管后压注水泥浆液，浆液在注浆压力的作用下快速渗入破碎松散岩体中，使松散破碎体胶结、胶化、形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性，使超前小导管与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。
3.2 微台阶法开挖
隧道开挖采用微台阶方法，全断面上下采用三层开挖（上、下台阶，仰拱开挖）、上台阶长度控制
在4m～5m，高度控制在4.8m左右。隧道每次开挖两榀，进尺为100cm；下台阶开挖时，先开挖右侧，每次进尺两榀，左侧开挖落后右侧三榀，每次开挖两榀，仰拱初支开挖紧跟其后。微台阶开挖需严格控制爆破进尺，上台阶开挖进尺作为主要进尺指标，指导下台阶进尺；上、下台阶，下台阶左、右侧需要同步推进；必须严格控制左右错开距离，防止同一榀拱架左右两拱脚同时悬空，出现同时悬空时极其危险，容易引起掉拱，甚至塌方。当围岩极其破碎，容易失稳发生坍塌时，应减少进尺，每循环只得开挖50cm。
3.3 初期支护
初期支护应在开挖后立即进行，以避免围岩由于暴露时间过长而风化失稳，产生垮塌等事故。初喷混凝土是为缩短围岩暴露时间及防止出渣扰动的最佳办法。初喷混凝土厚度一般控制在5cm。马 垭口隧道初期支护采用锚喷支护，采用Ⅰ18型钢拱架间距为50cm，拱架之间使用φ22钢筋联接，钢筋环向间距为1m；系统锚杆采用φ22钢筋，长300cm，间距为100cm，呈梅花型布置；拱架背后采用φ8双层钢筋网，网格间距为20cm×20cm；喷射26cm厚C20混凝土,为便于现场安装拱架，每榀分五节制作，上台阶三节，左、右下台阶各一节。由于隧道围岩软弱，拱脚承载力达不到设计要求，拱架安装后初始沉降比较大，而现场浇筑混凝土凝固时间比较长，严重影响施工进度，因此提前预制混凝土块，拱脚清理后安放预制块。拱架安放在预制块之上有效地减少了沉降。隧道原设计中大部分里程段内拱架没有落底封闭成环，拱脚垂直于水平地面，虽然增大了垂直受力面积，但水平方向只能靠拱架脚板与地面产生的摩擦力来阻止拱架收敛。由于隧道围岩侧压力较大，致使拱架内移收敛明显，造成混凝土开裂。在不改变拱架垂直脚板的基础上，在拱架内侧增设长1m的弧形拱架并安装脚板，以此来增加拱架的水平推力，并在两侧拱脚处增设φ32钢筋锁脚锚杆，锚杆尾L端型焊接于拱架，上述措施能够有效减少拱架收敛。在隧道渗水较为严重、围岩膨胀变形明显处，系统锚杆改为φ42注浆小导管，通过径向注浆在围岩内部形成稳固的胶结结构，既起到防水的作用又能减少围岩膨胀压力。
3.4 底部仰拱
“早日成环”是微台阶方法施工的一条重要原则，及时落底封闭成环，是确保初期支护承载能力，防止收敛及沉降最有效的措施。仰拱初支应紧跟掌子面，每次开挖不宜过长，开挖后及时安装拱架并喷射混凝土进行封闭，开挖过长或拱脚暴露时间过长极易造成拱架下沉。对于没有仰拱初支拱架只有仰拱混凝土地段，仰拱落后下台阶15m～20m，为出渣车保留足够的倒车空间即可，距离不宜落后太长。施做仰拱时应将拱底碎渣清理干净，并注意排水，将隧道渗水抽至仰拱以外后方可进行混凝土浇筑。
3.5 衬 砌
隧道衬砌采用复合式防水衬砌。隧道衬砌采用C25防渗砼，抗渗等级为S8.衬砌结构防水设计遵循“以排为主，防排结合，控制排放，防、排、堵相结合”综合治理原则，以结构自防水为根本，加强砼结构的抗裂防渗性能，同时以施工缝、变形缝等接缝防水为重点，辅以防水层加强防水。衬砌背后敷设环向软式透水管，在隧道两侧边墙处敷设纵向排水管，铺设EVA复合防水板。衬砌施工应在围岩和初期支护结构基本稳定并符合下列条件后进行混凝土浇筑施工：a）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；b）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；c）周边位移速率小于0.10mm/d～0.2mm/d，或拱部下沉速率小于0.07mm/d～0.15mm/d。同时应尽早封闭。
3.6 超前地质预报及监控量测
超前地质预报在软弱围岩隧道施工中发挥着非常重要的作用。地质预报可以较为清晰地预报未开挖段隧道的地质情况，为施工提供参考，可以针对地质情况提前制定相应的施工方案。马垭口隧道施工中采用TSP地质雷达扫描系统，每次可超前预报150m在施工中发挥了重要作用。监控量测在施工中同样发挥着不可替代的作用。沉降及收敛数据能指导施工中开挖预留量及支护参数的调整，检验施工方案是否正确，确保施工安全。
4 结 语
因此，软弱围岩隧道施工中存在着沉降收敛大、变形速率快、容易发生坍塌等问题，困难较大。施工前应制定详细可行的施工方案，开挖时遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测”的原则，施工中采取行之有效的方法，充分发挥超前地质预报及监控量测的作用，防止隧道变形的发生。