软弱围岩连拱隧道施工技术

2020-11-26董龙峰

建材发展导向 2020年13期

董龙峰

（云南交投集团云岭建设有限公司，云南昆明 650224）

随着社会经济的不断进步，高速公路施工技术也得到了飞速的发展，山区高速公路工程施工中地质条件较为复杂，尤其是如果遇到软弱围岩结构，处理不当就会对隧道建设施工的安全性和稳定性产生严重的影响。作为项目设计人员和施工人员，应该综合考虑项目工程的实际情况，确定隧道设计施工的关键技术。

1 工程概况

本文高速公路项目处于南涧县，隧道全长为255m，施工区域存在软弱围岩，围岩等级为V1级和V2级。实际施工时，应用超前管棚周壁的预注浆施工方式对隧道洞口段围岩进行支护，支护初期需要应用颈向系统锚杆支撑混凝土结构。对于围岩主洞的侧壁导坑，也需应用超前管棚周壁的预注浆施工方式进行临时支护。

和传统的分离式隧道结构相比，连拱隧道施工具有占地面积小、施工成本低的优点，另外，应用连拱隧道施工技术进行施工不会产生路基分离，可以有效缩短隧道施工长度，正是因为具有这些优势，该技术的应用可以显著提高高速公路施工水平［1]。但是连拱隧道施工过程中，开挖施工使得断面的跨度明显增加，使隧道结构的受力情况会变得愈发复杂，且很容易受到地质条件的影响。如果施工区域为软脱围岩，施工时连拱隧道结构很容易发生变形，作为施工人员必须深入研究支撑体系的变化规律，缓解软弱围岩给施工过程带来的影响。

1.1 隧道洞门仰坡稳定性评价

通过对隧道进口段的地层结构进行调查发现，该区域软脱围岩覆盖层厚度大，岩体为容易破碎的状态，洞门稳定性差，在实际开挖施工中如果不采取有效的措施加以支护，很容易发生垮塌事故；隧道出口段基岩漏出地表，隧道洞门稳定性一般。为了保证施工安全，在开挖施工时应注意加强边坡支护的设计。

1.2 环境工程地质评价

隧道施工区域植被生长旺盛，主要植被为灌木，环境状态良好，经过调查没有发现地下水源，施工范围内也没有发现管网和矿产，当地居民的用水方式为管道饮水。进口位置和居民居住地较近，施工过程可能会对居民的正常生活产生较大的影响，因此必须采取相应的措施降低这类影响，并且注意严禁在夜间施工；隧道出口和居民居住区距离较远，施工过程几乎不会对居民的生活产生影响，施工方式和时间可以灵活设置。在整个区域内，地表水会顺着地势流入临近川河内，施工时需要设置排水暗沟，防止地表水对临近河流造成影响。

2 连拱隧道裂缝产生的原因分析

2.1 地质环境影响

连拱隧道工程受力结构复杂，有时会遇到覆盖层薄、围岩松散的情况，地质结构复杂多变，随着后行洞开挖施工，由于连拱隧道特殊的结构形式，使先行洞洞顶上方已平衡稳定的围岩应力发生变化，需进行二次调整。随着隧道掌子面的不断掘进，应力不断发生变化，当应力变化超过二衬混凝土自身所能承受的应力时就会产生裂缝。

2.2 沉降缝设置的影响

连拱隧道覆盖层薄、围岩松散，设计沉降缝位置与实际地质变化有出入，虽在围岩级别变化处设置沉降缝，但地质结构复杂多变，围岩产生不均匀沉降，从而导致混凝土产生裂缝。

连拱隧道后行洞施工，由于超前预支护的管棚长度、数量和注浆工作以及三角区加固未严格按照设计要求进行施工。在施工时将连拱三角区挖空，引起测中线上方三角区围岩松驰变化，导致连拱三角区下沉，引发靠测中线侧二衬边墙下沉开裂；另一方面将先行洞靠测中线侧仰拱、二衬拱脚土体挖空，导致先行洞靠测中线侧仰拱及二衬边墙下沉开裂。

3 二衬裂缝处理措施

3.1 裂缝周边围岩注浆固结

针对连拱隧道后行洞施工，将连拱三角区挖空导致连拱三角区下沉，引发靠测中线侧二衬边墙下沉开裂问题处理，若隧道覆盖层较薄可采用地表钻孔对三用角进行注浆加固，使三角区围岩稳定，不继续发生松驰变形。

1）连拱隧道暗洞范围以测设线为中心、两侧纵向各设一排φ89×6mm的钢花管，共3排，钢管底标高距洞顶开挖线＞60em，间距按实际情况梅花型布置，隔孔施工。

2）注浆采用水泥浆液，水灰比及注浆压力通过试验确定，注浆顺序采取同排隔孔错开的注浆方式，注浆完成采用C20水泥砂浆填充钢管。

针对连拱隧道后行洞施工，将先行洞靠测中线侧仰拱、二衬拱脚土体挖空，导致先行洞靠测中线侧仰拱及二衬边墙下沉开裂问题：

1）连拱隧道左右幅靠连拱侧基础位置各设置2排φ42×4mm注浆小导管，L＝4.5m，排间距＝0.5m，纵向间距＝1.0m，左右幅错开布置，隔孔施工。

2）注浆采用水泥浆液，水灰比及注浆压力通过试验确定。

3.2 裂缝的处理方法

1）仰拱、边沟裂缝处理方法。待连拱侧基础周边围岩注浆固结后，对仰拱、边沟裂缝采用水泥浆液进行灌注、封堵，务必灌注封堵密实。

2）二衬裂缝处理方法。根据需要处理的裂缝宽度不同，二衬裂缝处理方法被分为三种：①表面覆盖法。如果裂缝宽度没有超过0.2mm，可以应用表面覆盖法进行处理，将修补涂料涂抹在裂缝的表面，达到修复裂缝的目的。常见的修补材料主要有防水材料、聚合物薄膜等，具体的过程是彻底清理钢筋混凝土表面，然后进行打毛处理，给予一定压力的水冲洗后等待其干燥，然后将修补材料涂抹到裂缝的位置。这种处理方法过程简单、应用便捷、成本较低，但是不能对裂缝内部进行修补。

②低压注浆法。如果裂缝宽度处于0.3～0.5mm，需要应用低压注浆法处理。应用这种裂缝处理方法的过程为：彻底清理裂缝，按设计标准配置注浆液，以规定压力进行注浆，二次注浆并清理注浆表面。操作时，先应用白胶布粘贴裂缝，用窄毛刷沾浆沿裂缝反复涂刷，促使裂缝封闭，l0min后揭去白胶布并粘贴注浆嘴。粘贴注浆嘴的过程中周围可能会出现小型裂口，为了避免漏浆问题反复用浆液补上。补缝器吸取适量的注浆液，插入注浆嘴，缓慢、持续地推动补缝器活塞，促进浆液慢慢压入裂缝。为了确保整个缝隙充满浆液，完成注浆后30min再次进行补浆。

③开槽修补法。如果裂缝的宽度超过0.5mm，需要应用开槽修补法进行修补。应用这种裂缝处理方法时需要先在裂缝的位置开一个槽，槽的规格为宽5cm、深5cm，修补裂缝需要应用到的材料主要有环氧树脂、聚硫橡胶、水泥、砂，将其按照一定的比例混合在一起，这里需要注意必须按照砂、水泥、环氧树脂、聚硫橡胶的顺序加入，为了保证浆液的浓度达到设计水平，需要加入适当的丙酮，将拌制均匀的混合料沿着混凝土凿槽注入缝隙，然后及时用毛毡等进行覆盖，当混合料完成初凝后就可以进行喷水养护。

4 二衬裂缝的防治措施

1）隧道正式施工时，根据第三方地质检测报告，综合考虑隧道所在区域的水文地质情况以及周围的工程地质情况，判断和确定隧道施工区域的围岩类别，如果发现围岩的实际情况不符合项目设计，应及时调整、更改和优化设计方案。另外，为了避免施工过程中出现裂缝问题，根据实际情况选择合理的支护结构类型。

2）严格按设计及规范要求进行施工，特别是超前预支护工作以及三角区的加固工作不能存在侥幸心理，严禁偷工减料［2]。

3）围岩级别发生变化的位置很容易出现沉降问题，为了避免这种问题，应根据具体的设计要求在围岩级别变化处设置沉降缝，针对施工过程中围岩级别发生变更的位置也需要设置变形缝，以保障隧道施工安全。

4）隧道施工中加强施工管理，增强质量意识。作为技术人员首先应该认真仔细地阅读施工设计图纸，确保充分理解设计意图。正式施工前必须做好全面、充分的技术交底工作。将安全管理工作和技术人员、工作人员的薪酬福利联系起来，增强工作人员的质量和安全意识。应该针对每一道工序严格执行“三检”制度，将检查结果报送到监理工程师处，监理工程师检查合格方可安排下一道工序的施工。加强施工原材料的监测，严禁质量不合格的原材料进入施工现场；试验室需要负责确定最佳的施工材料配合比，为后续的施工提供指导；对项目施工中的成品以及半成品质量进行检查；项目施工中应用到的混凝土必须按照试验室所确定的配合比进行配置，然后才能投入正式施工使用。