软弱围岩隧道开挖技术探讨

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
发布时间：浏览：31次

　　摘要：软弱围岩隧道在开挖支护过程中较易发生失稳事故，隧道的失稳直接导致工程工期拖延，影响隧道的安全施工，导致工程成本增加。本文通过对本隧道软弱围岩的实践施工，总结了软弱围岩快速施工经验，供其他同类地质条件隧道参考施工。

　　关键词：隧道,软弱围岩,施工技术

　　引言软弱围岩的施工特别是在地质条件复杂的隧道，往往会给整个工程的工期带来较大影响，甚至影响着工程的质量及施工安全。

　　一、工程概况

　　1、基本情况

　　某隧道属于双线隧道，全长1190m，除中间637.62m位于直线上，其余均位于曲线上，进口段处在半径R=1800的曲线上，出口段处在半径R=800的曲线上，道路范围内依次分布在11.5%、11%的单面坡上;进山体植被稀疏。隧道设计围岩类型有III、IV、V三种，其中416米为Ⅴ级围岩粉质黏土、块石土，节理发育，施工易发生坍塌，357米为Ⅳ级为泥岩夹砂岩，泥质胶结、质软，节理裂隙较发育。软弱围岩占施工段的65%。

　　2、工程地质情况

　　隧道穿越地段属低山河谷地貌，上覆第四系坡残积，崩坡积，粉质黏土、块石土等，厚0～15m不等。下伏基岩为侏罗系上统的泥岩夹砂岩，泥岩为紫红、灰白色，中～厚层状夹薄层，细粒结构，泥质胶结，块状构筑，质软，抗风化能力弱，节理裂隙较发育，岩体破碎，强风化带厚为2～5m。地层单斜构造，岩体节理裂隙较发育。地表水主要为后河及沟水，地下水主要为少量基岩裂隙水，土层孔隙水甚微;地表水及地下水对砼均无侵蚀性。

　　二、施工方法

　　1、洞口段施工

　　由于洞口段围岩覆盖层薄、且为全风化的土，开挖后不能形成自然拱，易造成坍塌。开挖前对边仰坡进行修整，挂网喷锚加固，并对围岩采用28米超前管棚注浆预支护。

　　2、正洞段施工

　　(1)Ⅴ级围岩段施工

　　开挖方法采用环形开挖预留核心土法，下断面分左右侧跳槽开挖，仰拱及时跟进形成闭合环。开挖机械采用挖掘机，对局部利用风镐及人工进行修整。为保证机械开挖的最大功效，及考虑到施工安全，对设计的开挖进尺进行调整，适当的增加上断面的的开挖高度，使挖掘机操作方便(图1 环形开挖预留核心土法施工工序示意图)。

　　施工中严格遵循短进尺、弱爆破、快支护、勤量测、紧衬砌、早闭合。

　　(2) 开挖1、2、3部：开挖1、2、3部是整个施工循环最为关键的部位，直接影响到下序工程是否能正常进行。施工掘进前务必严格做好超前小导管支护，每次进尺根据围岩情况及地下水情况而定，一般开挖一榀到两榀(0.5～1m)拱架间距。开挖前采用设计3.5m的φ42超前小导管预支护，开挖后及时速喷4cm的混凝土封闭，抑制开挖后岩面的变形，初喷后立即进行拱架的安装。

　　安装钢架，考虑到施工误差及沉降，钢架的在制作上必须进行放大，以满足变形及施工误差。为减小拱架的下沉，在开挖拱脚位置时，应尽量减少超挖，对拱脚部位进行夯实，并用木板垫住拱脚。拱架安装定位好后，除进行系统锚杆的施工，还必须进行锁脚的施工，抑制拱架的下沉。

　　开挖1、2、3部时预留核心土，核心土从施工上可作为1、2、3部安装拱架的工作平台，从力学上可以减小掌子面的临空面，提高开挖后围岩自稳能力，并对拱脚基础反压，稳固基础。

　　(3)开挖4部：4部开挖在上断面初期支护完成后进行。

　　图1 环形开挖预留核心土法施工工序示意图

　　(4)开挖5、6部：5、6部采用跳槽开挖，初期支护双侧交错落底，确保上断面的拱架左右拱脚不同时处于悬空状态，开挖后立即进行拱架、系统锚杆、锁脚锚杆、钢筋网片的安装，喷砼进行支护，如果不及时施工，拱架不能及时闭合，势必给安全带来隐患。

　　在继续开挖上断面1、2、3部的同时开挖下断面的5、6部，同样为确保上断面与下断面连接的同一榀拱架不同时处于悬空状态及已施工的初支受力不在同一侧，5、6部错开开挖，开挖后立即进行拱架、系统锚杆、锁脚锚杆、钢筋网片的安装，喷砼进行支护。

　　(5)仰拱开挖：为拱架及早封闭成环，应及时进行仰拱的施工，同样仰拱距离下断面距离必须保证下断面作业空间，仰拱的一次开挖长度不宜太长，控制在6米左右，当地下水发育时，在开挖仰拱时，必须在端头侧设积水井，以防仰拱浸泡于水中，影响整个拱架稳定。

　　为缩短循环时间及及早让拱架封闭成环，初支工班分三个小工班，分别进行上、下断面及仰拱的拱架安装及喷砼施工。

　　(6)二衬施工：二次衬砌原则上必须待围岩稳定，及收敛<0.15mm/d，拱顶沉降<0.1mm/d，但考虑到施工安全及工期要求，二衬紧跟仰拱，但必须保证钢筋安装台车作业及行驶车辆避车调头的空间。

　　2、Ⅳ级围岩段施工

　　Ⅳ级围岩采用台阶法开挖(图2台阶法开挖施工工序示意图)

　　Ⅳ级围岩段采用的台阶法开挖，每循环进尺1～1.5m，为防止上下断面的施工发生冲突，可加快上断面的施工，拉大上下断面的距离，但不得超过1.5D(D为洞身直径)的距离。

　　图2台阶法开挖施工工序示意图

　　上断面开挖前，由于临空面高，围岩自稳能力减小，施工中严格做好超前支护。若地质超前预报资料显示围岩破碎，或者经探测掌子面围岩极为软弱，应改变开挖方法或变更支护参数，以确保安全施工。

　　台阶法施工时，采用光面爆破开挖，炮眼深度一般控制在1.0～1.5m为宜，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。以尽可能减轻对围岩的扰动，维护围岩自身的稳定性，达到较好的轮廓成型。周边眼必须控制钻孔位置、深度、外插角度以及装药量，确保周边眼的爆破参数符合设计要求。采用光面爆破虽然可以使周边轮廓圆顺，但爆破时产生的冲击波的高温高压气体还是会使一部分岩壁收到破坏，加上围岩本来比较破碎，必须及时支护才能保留下弧形部分，因此，每排炮后，都对洞室进行5cm的混凝土素喷，以便封闭岩面，防止风化、掉块。为保证下一排围岩的稳定，在每排炮开钻之前，最好沿周边轮廓在起拱线以上部位加打一排超前锚杆。

　　隧道施工爆破成败的关键是掏槽技术，掏槽的成功与否直接影响爆破的效果，而掏槽的深度直接影响隧道掘进的循环进尺。在隧道中，经过对直眼掏槽形式和楔形掏槽形式比较后，在软弱围岩中，楔形掏槽优于直眼掏槽，同时减少了爆破时产生的地震强度。

　　仰拱及二次衬砌施工与Ⅴ级围岩段施工方法一样。

　　三、施工注意重点

　　1、软弱围岩采用工字钢支护，当初期支护结束后，如发生初支侵线，换拱处理非常困难，特别是在围岩变形还未稳定的情况下，其安全风险大。所以为确保初支不侵线，必须对拱架进行放大，放大量考虑施工误差5cm，围岩沉降(Ⅴ级12cm、Ⅳ级8cm)，及二衬台车轮廓放大5cm，并在每榀拱架安装时加强测量放样。

　　2、对超挖部分必须用同级混凝土进行回填，特别是在拱脚处。

　　3、施工中应做好临时排水措施，拱脚处不能有积水，积水破坏基础，使拱架下沉。

　　4、施工前对隧道山体进行调查及施工中作好超前地质预报工作，可对施工起到很好的指导作用;

　　5、无轨运输必须作好洞内通风，保障施工作人员能正常的工作;

　　6、洞内渗水影响着软弱围岩的稳定性，施工前作好切实可行的临时排水方案。

　　7、加强监控量测，并反应到施工中，及时调整支护参数。

　　8、施工前对施工人员进行技术培训，过程中加以指导，可大大的缩短每道工序的施工时间。

　　9、现场管理应从每道工序的时间及工序之间交接情况着手，最大限度缩短施工循环时间。