隧道围岩开挖施工的质量控制

2015-04-21陈金顺

交通科技与经济 2015年5期

陈金顺

（福建省第一公路工程公司，福建泉州362000）

随着国家基础建设的不断发展，国道、省道的道路不断重建，道路等级也得到了提高，公路中隧道的比例也在不断增加，长隧道、复杂地质条件下的隧道施工越来越多，对质量要求也越来越高，在施工工期紧的情况下，施工难度也在增大。从不同等级围岩、不同位置隧道开挖、支护、辅助措施入手，探讨如何保证隧道的开挖质量。

1 隧道开挖质量控制

1.1 隧道开挖工序流程

隧道开挖施工工序流程如图1所示。

图1 隧道开挖施工工序流程

1.2 测量放样

隧道开挖中，测量至关重要，若因测量不准导致隧道超欠挖，则需补挖，对围岩造成二次扰动，影响围岩的稳定，且误时误工，产生经济损失。超挖会多出渣、多衬砌砼，有时会因超挖使岩体产生应力集中，危及隧道安全。因此，在隧道施工中，应成立专门的测量小组，定期对控制点进行复核。用断面仪对已开挖洞室轮廓进行测量。测量放样应依据设计院提供的基准点，会同监理测量工程师进行复核，测量结果应符合设计及规范要求后才可使用，测量控制的重点为洞口边的仰坡、洞内轴线、隧道轮廓线，测量仪器应经过标定且在标定有效期内使用。

1.3 洞口辅助施工措施

工程施工中不只要求工程实体的安全、经济、适用，而且应追求与自然环境的协调一致、美观大方，因此，目前隧道设计中采用“零开挖”的进洞方式施工，隧道进口处一般埋藏深度较小，受外部建（构）筑物的影响较大。因此，在进洞前，应采取一些辅助施工措施，常用的施工辅助措施有:管棚法，适用于V级和VI级围岩，无自稳能力或浅埋隧道并且地面有荷载；超前导管法，适用于V级围岩，自稳能力低；超前钻孔注浆法，适用于V级和VI级软弱围岩地段、断层破碎地段、水下隧道或富水围岩地段、塌方或涌水事故处理地段以及其他不良地质地段和特殊岩土地段；超前锚杆法，适用于IV～V级围岩，开挖几小时后有可能掉落泥块的地段；拱脚导管锚固法，适用于自稳性差的V级围岩；地表锚杆、小导管法，适用于浅埋地段的V级围岩；水平旋喷桩法，适用于土层含水量大，以黏性土、粉质粘土、砂性土为主的V级和VI级围岩，浅埋或隧道上方路面有交通道路的地段。其它还有冻洁法、掌子面正面喷射砼法、临时仰拱法、墙式遮挡法等，这几种方式较少采用，对于涌水地段或高含水的地层，一般可采用注浆堵水法、超前钻孔排水法、坑道排水法、井点降水法等处理措施。以上这些辅助措施，应根据隧道所处的位置、地形、地貌、水文地质条件、周边构筑物的影响程度等实际情况判断，采取一种或几种措施进行处置。

1.4 工作面修整

隧道开挖是一个空间体，若掌子面与隧道轴线不相垂直，首先会导致测量放样工作量的增加，容易出错，再进行钻眼施工时，炮眼的方向和深度也会难于控制。因此，正式开挖前，在套拱、管棚施工后，必须先修整工作面，使掌子面与隧道轴线尽量垂直，误差以左右侧的边线与隧道轴线法线间的距离差不大于20cm为宜。

2 围岩的开挖和初支

2.1 开挖、初支的原则

在岩体中开挖洞体，由于开挖形成空腔，必然导致围岩中原来平衡应力的破坏，使岩体移动，甚至产生坍塌破坏，因此必须尽快对围岩进行支护，人为施加外力，使围岩重新达到新的应力平衡，所有施工措施的使用，都应为该目标而服务，在隧道施工中，必须紧紧围绕这个目标而采取相应的施工方案。

根据多年的施工经验，不同岩性条件下的开挖参数可参考表1、图2，具体根据现场实际情况进行调整。

表1光面爆破参数

图2 光面爆破示意图

2.2 V级围岩施工

一般来说，V级围岩的岩体物理力学性质差，自稳能力差，强度低，且岩体的组成成份差异极大，对不同情况应采取不同的开挖方法。

对于洞口段，且岩体都为较均匀的土质、强风化岩或软石类且无水的岩土，利用挖掘机或风镐等工具开挖的地层，一般可采用侧壁导坑法、上下台阶法、多台阶法、预留核心土开挖法等能取得较好的效果。1996年在浦城樟元山的隧道施工中，洞口段为中密砂性土，上方十几米就是国道104线，采用洞顶施作超前锚杆，锚杆长3m，每循环搭接1m，用超短三台阶法施工，预留核心土，每循环开挖40cm（即一个拱架的间距），利用风镐人工开挖，挖后先喷射一层3cm厚的砼，而后按照设计架设钢拱架，布设钢筋网，再次喷射砼，顺利通过了洞口段的施工。

目前的隧道进口设计多采用侧壁导坑进洞（辅以管棚法辅助施工），但对于上半部为土质、下半部为中风化的硬岩，下半部必须靠爆破才能开挖，采用侧壁导坑法非常不适合，由于下部多次爆破，对围岩形成了多次的拢动，且侧壁的钢架初支在下部爆破开挖中基本都会受到损伤，使侧壁的初支底脚产生悬空，在现实施工中这种现象极为常见，因此，对这种岩性围岩最好采用多台阶法，采用预留核心土的方法，特别应注意初期支护纵向连接的整体性。在2004年安徽汤屯高速大堆尖隧道的进洞施工中，采用上下台阶法，辅以管棚法，在管棚中间再加上3.5m长的注浆小导管，很好地通过了洞口段地层。

对于洞口段富水的土质岩体，采用双侧壁导坑法，辅以管棚法和井点降水，可以取得良好效果。泉三高速的格口1#隧道进口为第四纪红土，右侧拱脚处有泉水流出，一开始准备采用超前导管注浆法，当发现水泥浆会顺着泉水流出时，决定采用井点降水排除土体中的水，然后再开挖，井点采用直径为5cm的钢管。沿隧道开挖边线外侧5m布设，纵向根据超前地质预报资料，超出含水地层一个洞径的长度，井点深度超过隧道底面2m，井点间距1.5m，降水后采用双侧壁导坑施工（侧壁的初支脚必须用临时纵向槽钢支撑），顺利通过了洞口土层。

2.3 IV级围岩施工

IV级围岩的本体性能较好，具有一定的自稳能力，开挖时一般采用上下台阶法开挖。上台阶若属于IV级较好的，一般以2倍初支钢支撑间距为宜；若属于IV级较差的情况，以1倍初支钢支撑的间距为宜。下台阶开挖可以一次性开挖到位，但工序间影响较大，会导致开挖周期延长，也可采用预留马腿的开挖方式。虽然需二次刷邦，但整个施工顺序较好控制，实际施工中常采用。爆破作业采用光面爆破技术，周边眼间距的控制是关键，一般控制在40cm以内为宜，在实际施工中，爆破轮廓的好坏基本上受周边眼距控制，只要眼距均匀，距离不超大，基本都能取得较好效果，周边眼采用导爆进行索引爆。

2.4 II、III级围岩的施工方法

II、III级围岩的岩石完整，整体性好，施工中主要采用全断面开挖，周边眼间距一般为50～60cm，围岩完整性好、硬度较大时取大值，一般都在试爆几班后根据实际效果确定最佳的周边眼距及单位装药量。由于国内山岭隧道开挖目前一般采用简易工作架，利用人工风动凿岩机钻眼，因此，开挖的每个循环进尺应控制在3～3.5m，因凿岩机本身的构造，在施钻周边眼时不可避免的会有一个外插角，若钻眼过深会导致钻眼底处的围岩超挖，且超过3.5m后，人工风钻的效率会大大下降，从经济角度看也不适用，因此无论从技术还是经济角度都应以3～3.5m距离为宜。在实际施工中也证实了这个结果，为保证周边眼的钻进方向准确，提高钻眼效率，一般开口时采用2m左右的短杆先行开口钻进，而后用4.5m左右的长杆加深炮眼，炮眼吹洗干净后，周边眼采用导爆索引爆，间隔装药，炮口用炮泥堵塞，以中间掏槽眼开始钻进，向周边眼的方向，采用跳段毫秒雷管引爆，底排炮最后引爆，以利于机械出渣，爆破后应用水雾冲洗工作面，降低因爆破产生的粉尘，一则加快排烟速度，缩短施工周期，再者也使环境干净，为工人提供一个安全、文明的施工环境，符合文明施工的要求，出完渣后，利用挖掘机对刚开挖的工作面进行安全处理，清除石壁上的浮石、危石。