浅谈山区软弱围岩隧道施工技术

浅谈山区软弱围岩隧道施工技术

张磊   张志伟    杜方玉

（中建三局集团有限公司   陕西 西安 710075）

摘 要 ：本文以某山区高速公路项目隧道为例，通过对隧道的施工，总结出一套完整施工技术，在施工质量方面也取得了很好的效果，可为同类型隧道施工技术提供借鉴资料。

关键词 ：围岩 ； 开挖轮廓；掏槽眼；软弱围岩 

一、工程概括

某隧道设计为分离式双洞隧道，隧道最大埋深1152m，双洞四车道，设计速度为80km/h。全长为12790m；隧道Ⅴ级围岩比例为10%，Ⅳ级围岩比例为60%，Ⅲ级围岩比例为30%，围岩以板岩、花岗岩为主。

1. 不良地质

隧址区不良地质主要为高地应力造成的软岩大变形。隧道位于地质构造复杂、新构造运动强烈、应力高度集中、埋深大的地质环境，部分段落存在高地应力现象，软质岩体可能发生大变形。

2. 地下水类型

根据调查区的地层岩性的组合特征、含水介质特征，与隧道关系较密切的地下水类型为四类:孔隙水、基岩裂隙水。地质条件较差，施工中以“弱爆破、少扰动、强支护、早封闭、适时衬砌”为原则，并根据围岩监测结果及时调整施工方案，确保施工安全，保证工程质量。

二、施工组织

    隧道由有经验的专业化施工队伍负责施工，根据洞内不同工序，隧道施工队分为：测量班、掘进班、锚喷班、衬砌班等工班，分别负责各工序的施工。隧道按新奥法施工，立架台车配合三臂凿岩台车钻孔，实施掘进（钻、爆）、出碴（装、运）、锚喷（拌、运、锚、喷）和衬砌（拌、运、灌、捣）等四条机械化作业线。

    1.施工进度安排

根据现场调查,拟采用单口掘进的施工方法,从隧道进口开始掘进。根据隧道的结构特点及地质情况采用预留核心土施工。

    2 .施工便道

    施工便道按7m宽、0.2 m厚泥结碎石路面新建和整修。施工便道主要利用原有乡间道路，对旧路进行调直，加宽整修混凝土硬化。

 3施工用电

    隧道进口端安装一台800KVA电力变压器，保证生活及生产用电，同时配备一台400KW的柴油发电机以备电网停电时使用。

   4施工用水

    隧道进口紧邻小河,安装二组变频恒压供水装置，利用河水，供施工使用。

   5高压供风

    隧道进口建压风站一座，安装2台电动空压机，供应进口施工用风。

6三管两路及洞内排水

隧道内通风管采用软质风管，通风方式采用压入式通风。风管悬挂于一侧边墙，高压风管、水管安装在通风管同侧临时水沟上方。

三、施工方法

    1明洞施工

    隧道进出口处设有一段明洞，采用明挖法施工。开挖时要根据现场工程地质和水文地质条件,本着“早进、晚出”的原则进行开挖。开挖后及时进行明洞钢筋砼施工，以保证进洞施工安全。 明洞土方采用机械开挖，施工过程中对洞门仰坡及边坡尽量避免扰动，并加强对该处坡面的观测，如在开挖过程中有滑坡迹象应及时采取加固措施，先将明洞和洞门衬砌好，再挖除核心土。

２进洞施工

2.1钻孔

    钻孔前，先进行钻爆设计，钻工要熟悉炮眼布置图，施工时严格按钻爆设计实施，钻工要熟悉炮眼布置图，定人、定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻确保位置和角度的正确。 严格控制炮眼间距，误差不得大于5cm，特别是掏槽眼和周边眼，采用斜眼掏槽时，外插角必须控制好，严禁相互交错穿孔。采用直眼掏槽时，钻孔要相互平行，且垂直于开挖断面。周边眼数量，间距要严格按照钻爆设计施作。爆破后要求硬岩残眼率达80%以上，中硬岩达到70%以上，软岩开挖轮廓要圆顺，符合设计轮廓，周边眼外插角应严格控制，并根据钻孔深度进行调整，使相应邻两茬炮之间错台不大于15cm。

    钻孔施工时，应满足以下要求：

    a.掏槽眼眼口间距和眼底间距误差控制在5cm以内。

    b.辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm。

    c.周边眼沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不大于5cm，外斜率不大于5cm/m，眼底不超出开挖轮廓线10cm，最大不得超过15cm。

    d.内圈炮眼到周边眼的排距误差不得大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼应采用相同斜率。

    e.当开挖面凹、凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度和装药量，力求除掏槽眼外的所有炮眼底部处于同一垂直面上。

    2.2爆破

施工中根据预裂爆破设计，结合现场地质情况进行爆破试验，并不断修正设计参数，以达到最佳爆破效果。成立爆破小组，实行定人、定位、定标准的岗位责任制，精细正规实施，其具体措施如下：

    钻眼完成后，按炮眼布置图进行检查，并做好记录有不符要求的炮眼应重钻，经检验合格后才可装药爆破。装药作业要定人、定位、定段别。装药前应将所有炮眼内泥浆、石屑用高压风、水吹洗干净。严格按设计的装药结构和药量装药，装药时应使用专门的炮棍装药，炮棍可选用木制、竹制或塑料材料。炮棍要直顺、顶端要齐平，直径比炮孔直径稍小，并保证装药时不损坏导爆管或雷管脚线。为满足不同部位的爆破要求，装药的密度要求不同，当需提高装药密度时，药卷可一节一节的装并随即捣实，使药与眼壁间不留缝隙。要降低装药密度时，可采用间隔装药、小直径药卷或几个药卷同时装入后再推进。 已装好药的炮眼要及时用炮泥封堵，周边眼的封堵长度不宜小于20cm，封堵材料可应地取村，但要求其不可燃并要有可塑性，易于密实，与炮孔壁摩擦作用大，能结成一个整体。可选用一部分石屑、石粉、或粗砂配粘土加适量水混合配制。装炮泥时开始要慢用力、轻捣，以后炮泥须依次捣实至孔口，捣炮泥时要用手拉住雷管脚线，导爆管要拉直，但不得过紧。

    2.3测量放线

    洞内施工测量采用中线法，中线测桩间距不短于50m，每100m设一水准点，根据需要适当加密。在每排炮开钻前准确绘出开挖轮廓线，周边眼、掏槽眼的位置。每次测量放线的同时，对上一次爆破断面进行检查及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

   2.4支护

   隧道初衬喷射混凝土采用湿喷工艺，ZTC30湿喷台车施工速度快、质量好，最大喷射高度18米，最大喷射宽度15.3米，最大喷射深度8.5米，每小时最高可喷射到21m³混凝土，湿喷台车机械化程度高，实现了“自动化减人，机械化代替人”。喷射混凝土附着力好、密实度高。施工人员安全、质量可靠，是常规喷射工艺所达不到的。喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内。在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、钢拱架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。喷射混凝土前应对掌子面受喷岩面进行处理。一般岩面可用湿喷台车自带的高压水枪冲洗受喷岩面的浮尘，当岩面遇水容易潮解时，宜采用高压风吹净岩面。设置控制喷射混凝土厚度的标志，采用埋设比设计厚度稍长点的钢筋头做标志，作为施工控制用。检查机具设备，湿喷机就位，并试运转。混凝土的和易性是保证顺利泵送的前提条件，在卸料前混凝土罐车要快速旋转3-5分钟，以确保混凝土的和易性，尽量避免喷射过程中断。

    施工要点如下：

    ①选用425号普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净砂，粒径5～12mm的级配碎石（或卵石），经化验合格的拌合用水。喷射砼严格按设计配合比拌和，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。

    ②喷射前，认真检查隧道断面尺寸,对欠挖部分及所有开裂、破碎、水溶崩解的破碎岩石进行清除和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩面。

    喷射顺序：采取分段、分块，先墙后拱，自下布上的顺序，进行喷射作业。隧道内沿纵向3～4m为一段，每2m宽为一片。喷射时，喷嘴做缓慢的螺旋形运动，使喷射料束运动轨迹呈环形螺旋式移动，旋转直径约20～30cm，自喷射面的下部开始，水平旋转喷射，喷料要一圈压半圈，喷至段尾时上移返回，同时要求一排压排，如此往复喷射。喷射时如有个别受喷面凹洼不平应先喷该处，大致找平。

    喷射料束放置速度及一次喷射厚度，以每2秒左右转动一圈为宜，一次喷厚以不回落时的临界厚度或达到设计要求厚度时向前移动，每次喷射厚度一般不小于5cm。若喷射要求厚度较大，一次不能达到时，第二次喷射应在第一层砼终凝1小时后进行。两次喷射注意找平岩面，以便于铺设防水层。喷射砼终凝2小时后，进行喷水养护，养护时间不少于14天。爆破作业距喷射砼完成时间不小于4小时。

    施工注意事项:

    喷射前仔细检查机具情况，提前处理危石，喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。经常检查喷射机出料弯头，输料管和管路接头，发现问题要及时处理。开始喷射时一定要先注水，后送风，再开机上料。喷射作业结束时，将机内和管中的拌合料用完后再停机、关水、断风。每班完成施工作业后都要对喷射机进行清理、检修，保证下一班机器工作状态良好。

    a质量控制和检查

    喷射砼强度及抗渗性：通过工地喷大板，切割制取试件检查，或直接喷到无底试模中制成试件检查。 与岩面的粘结力检测：在工地预留试件，用直接拉拔法试验或喷大板切割试块做劈裂试验求得强度值。

    喷射厚度控制：以锚杆外露部分作为标记进行检查或喷射时插入长度比设计值厚度长5cm的铁丝、纵横向1～2m设一根作施工控制。

    b.锚杆

    采用Ф22砂浆锚杆，施工程序如下图：

开挖后先进行第一层喷射砼施工，待该层砼终凝并形成一定强度后，按设计要求布置锚杆位置，用红油漆标示清楚。进行钻孔施工，钻孔完成后将安装好锚头的锚杆插入孔内至设计深度，打紧后安装止浆塞。

    注浆:注浆压力控制在0.5～1.0MPa，并随时排除孔中空气，保证锚杆砂浆饱满。

    c.挂网

    按设计要求加工钢筋网，随受喷面起伏铺设，并将钢筋网同定位锚杆固定牢固，钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜。砼保护层厚度应大于2cm。

d.钢架

    安装前分批检查验收加工质量（结构尺寸、焊接情况是否符合要求）。

清除底脚处浮碴，超挖处加设钢（木）垫块，其中间段接头板用砂子埋住，以防砼堵塞接头板螺栓孔。 按给定的中线，水平标高，标准间距垂直架立，支撑钢架应与围岩尽量靠近，留2～3cm的间隙做保护层，当钢架与围岩间隙较大时，安设鞍形砼垫块，确保岩面与拱架密贴。

    钢拱架安装左右偏差应小于5cm，倾斜角应小于2°。控制钢拱架受力情况的薄弱环节在于节点联结螺栓，定位锚杆及纵向连结筋，因此，所有螺栓要上齐，旋紧、拧好，必须安设垫片后再拧紧螺栓，按设计焊连定位锚杆和纵向连接筋，确保安装质量。

    e.超前小导管预注浆

采用现场加工小钢管，喷射砼封闭岩面，用凿岩机钻孔再装钢管或用凿岩机直接将小钢管打入岩层，按设计要求注浆。注浆顺序为先注无水孔，后注有水孔，从拱顶顺序向下进行。 超前小导管采用外径φ50mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管加工制成，长500cm，钢管前端加工成锥形，尾部焊接钢筋加固箍，管壁四周每10-15cm交错钻眼,眼孔直径为φ8mm，超前小导管预注浆参数选择参考：注浆压力0.5～1.0Mpa，水泥浆水灰比1∶1，水泥标号为425号。施工中每孔注浆量达到设计注浆量时，或注浆压力达到在1.0Mpa时，可以结束注浆。

3隧道衬砌

    隧道衬砌分中隔墙衬砌、两侧边墙衬砌和拱顶衬砌几部分。具体施工布骤为：先挖中隔墙，完成初期支护后，浇筑中隔墙砼；再挖两边墙，完成初期支护后，浇筑边墙二次衬砌砼；最后开挖拱顶部分，完成初期支护后，浇筑拱顶部分二次衬砌砼。

(1)模板:模板采用组合钢模板,自制简易台车负责浇筑边墙及拱顶砼。模板安装完成后进行尺寸、位置及标高检查，发现问题及时调整，最后检查模板加固情况。

(2)钢筋：在洞口钢筋加工场加工制作，然后运到洞内，现场绑扎。

    (3)砼：在隧道进口附近设置拌和站，采用自动计量强制式拌和机拌和，成品砼采用砼运输车运输，砼输送泵灌注，水平分层灌注，插入式振捣器振捣。

(4)砼养生:采用二衬自动喷淋台车养生。

四、结语     

从隧道施工的总体情况看来，完全能够支护的质量，控制混凝土的砂石料、速凝剂的质量，严格按照施工工艺进行施工及质量控制，并对成型混凝土进行有效的养护。为同类山岭隧道施工提供了宝贵的施工经验。

参考文献：

（1）JTGF60-20010公路隧道施工技术规范

（2）郭陕云．隧道施工技术方案及方法遴选要点[M]．隧道建设，2006

作者简介：张志伟（1981-），男，高工程师，2004年毕业内蒙古大学土木工程系，（daobo888@126.com）。