复杂地质条件下隧道开挖施工质量控制

赵晓青

河南省济源市交通局勘察设计室，河南 济源 454650

1 工程概况

某高速公路隧道：左线隧道长360m，右线隧道长310m。项目区处于中朝准地台的山西隆起区的南缘，地质构造特点是各时代以高角度正断层为主，其它为元古代短轴褶皱中生带的平缓开阔褶皱构造，沿线出露的地层主要为第四系全新统冲洪积层和上更新统风积层等。区域内主要不良地质为湿陷性黄土、水流冲刷不良地质情况。

2 方案设计

2.1 钻爆设计

根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破网路。对Ⅴ级和Ⅳ级围岩采用半断面台阶方式爆破，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。

2.2 炮孔布置

炮孔布置可根据开挖方式进行布孔，拟采用直眼掏槽环状布置。

2.3 钻爆参数的选择

通过爆破试验确定爆破参数，试验时参照规范《光面爆破参数表》。

2.4 装药结构及堵塞方式

装药前，须先清孔并对炮孔的参数进行检查验收。符合设计后，按设计仔细进行装药和堵塞，避免错装雷管段位和损坏光爆孔的装药结构。周边孔眼采用不偶合装药，周边眼药串预先在加工房按设计全部加工成型备用。

2.5 钻爆作业

钻爆作业必须按照钻爆设计图进行。当开挖条件出现变化时，爆破技术随围岩条件变化而作相应改变。

钻眼前绘出开挖断面中线、水平和断面轮廓，并根据爆破设计图，用红油漆将炮孔布置在齐头面上；钻孔满足精度要做到“准、平、直、齐”四要素，并满足以下要求：

掏槽孔开孔定位误差不大于±3cm；其余各孔不大于±5cm。

钻孔方向（不平行）误差：掏槽孔不大于±3cm/m，其余各孔不大于±5cm/m。

各炮孔底部应尽量在同一平面内，参差误差不大于炮孔深度的5%。

钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后装药爆破。

3 Ⅴ级围岩开挖

Ⅴ级围岩采用采用三部台阶法进行施工。拱部预留核心土，周边采用风镐开挖，核心土及中槽运用挖掘机开挖。 开挖进尺确定为l榀型钢钢架的间距，即0.75m，边墙按钢架的两个单元分两个台阶施工，上下台阶相距2m，左右边墙错开2m。

4 Ⅳ级围岩开挖

4.1 施工方法

Ⅳ级围岩采用短台阶法分部开挖，台阶长度10m～15m。

施工顺序：

1）开挖上半断面；

2）施作上半断面初期支护；

3）开挖下半断面（左右交错开挖）；

4）边墙初期支护；

5）防水层施工，二次衬砌的浇注；

6）仰拱开挖、支护、衬砌。

4.2 钻爆作业

采用钻爆作业台架，人工手持风钻钻眼，爆破设计采用低震速控制爆破技术，周边采用光面或预裂爆破。

上半断面每个洞口安排6台YT28风钻钻眼，下半断面安排8台YT28风钻钻眼，上下断面放炮时间应错开。Ⅳ级围岩每循环进尺1.5m～2.0m，下半断面进尺取3.0m左右。

4.3 施工注意事项

1）洞身Ⅳ级围岩地段采用短台阶法施工，台阶长度应严格控制在10m～15 m范围内；

2）在上部断面初期支护基本稳定后，才能进行下半断面的开挖；

3）仰拱开挖前，架设临时横撑顶紧两侧拱脚，防止边墙内挤，待仰拱砼强度达到70%才能拆除；

4）量测工作必须及时，随时观察拱顶、拱脚和边墙中部的位移值，当发现速率增大时，应立即浇筑二次衬砌，或先行构件支顶；

5）当围岩压力极大，地质围岩与设计有出入时，应报监理工程师提出变更设计。

5 喷射砼施工

1）明洞边仰坡临时防护采用C20喷射砼，暗洞采用C25喷射砼；

2）C25喷射砼满足以下要求：水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料粒径在5mm～10mm以内按连续级配法选定配合比，水泥：砂石按设计选定，含砂率55%。施工前先试验确定出最佳施工配合比。

5.3 喷射砼采用TK961喷浆机进行喷射砼作业

1）喷射作业应分段、分部、分块，按先墙后拱、自下而上地进行喷射；

2）喷射混凝土前，埋设标志或利用锚杆外露长度以控制喷射混凝土的厚度；

3）后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝后间隔1h以上再次喷射时，受喷面应用风、水清冼；

4）喷嘴应与受喷面保持垂直，同时与受喷面保持一定的距离，一般取0.8m～1.0m左右；

5）施工中经常检查出料弯头、输料管和管路接头，处理故障时断电、停风，发现堵管时立即关机停风；6）新喷射的混凝土按规定洒水养护。

6 锚杆施工

本隧道洞内Ⅴ级围岩均采用φ25先锚后灌式注浆1.0m×0.75m，长3.5m锚杆，Ⅳ级围岩均采用φ25先锚后灌式注浆1.0m×1.0m，长3.0m锚杆，Ⅴ、Ⅳ级围岩地段锚杆孔均采用手工手持YT28风钻钻眼；Ⅳ级围岩锚杆孔均采用台车钻眼。注浆锚杆采用注浆泵注浆。

6.1 施工方法

施工顺序：测量放线→钻孔→清孔→插入锚杆→安装止浆塞、垫板、螺母→浆液制备→注浆

采用多功能作业台车手持风钻钻孔，注浆泵注浆。

6.2 施工技术措施

按设计要求，在初喷面上准确画出须设的锚杆孔位。

1）钻孔：采用YTMZ25锚杆钻钻孔；

2）插入锚杆：插入前必须先用高压风清孔，锚杆必须装好锚头，边旋转边将锚杆送入眼孔，然后安装止浆塞、垫板、螺母；

3）注浆：注浆压力控制在0.5MPa～1.0MPa，终压控制在2MPa～2.5MPa，排除孔内气体，确保孔内浆液饱满；

4）锚杆规格、长度、直径符合设计要求，锚杆杆体除锈除油；

5）锚杆布置形式符合设计要求，按要求定出锚杆位置，锚杆间距允许误差±150mm。锚杆与岩面垂直。

7 隧道开挖和衬砌施工技术保证措施

1）隧道开挖和衬砌施工方案及施工方法和措施详见前节相关内容。

2）隧道软弱破碎围岩段施工：

（1）施工原则：早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测、步步为营，以防为主，稳步前进；

（2）加强超前预报工作，开挖前切实掌握软弱破碎带段围岩的情况，包括宽度、填充物及地下水等地质特性，以便采取相应措施；

（3）施工方法：针对软弱围岩可能发生大变形，采用增大预留变形量和喷射混凝土、锚杆、钢筋网和可缩性的U型钢拱架复合式衬砌手段，采用分部开挖方法，初期支护及时封闭，喷射混凝土分2～3次施工，加强监控量测，利用反馈信息指导施工；

（4）通过软弱破碎带段富水段时，先治水，采用排堵结合等治理措施。开挖过程中配备有经验的地质工程师24小时轮流值班，及时监控地质变化情况，指导现场施工；

（5）加强监控量测，当初期支护变形异常且无收敛趋势时，调整支护参数，必要时施做二次衬砌。在二次衬砌中，采取增设钢筋和提高混凝土强度等措施。

8 结论

通过对某高速公路隧道施工中的各项工程控制措施进行理论和实践上的初步探讨，总结隧道工程施工中在施工方案、施工工艺、质量控制方法、保障措施等的成功的经验，为以后的施工实践提供了有益的借鉴。目前该隧道已经安全贯通，各项指标均达到了优良。