隧道土石分界围岩浅埋施工技术研究

2021-06-04祝传旭

工程技术研究 2021年6期

祝传旭

中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛 266100

蒙华铁路麻科义隧道1#斜井与正洞交界里程为DK360+500，主要承担其正洞大小里程方向各施工1000m的任务。根据实际的考察发现，其周围围岩的实际情况主要为砂泥岩互层，并伴有多股水渗出，因此施工的地质条件较差，而在拱部下1～3m都为粉质黏土，使得在施工中需要对岩石部分进行爆破处理。同时，在对土质进行处理时需使用挖掘机进行挖掘处理，要预留出5～10cm的距离进行人工方式的开挖。文章主要分析土石分界浅埋段落施工技术。

1 施工技术要点

1.1 围岩的分层要点

在处理围岩情况时，其施工的基本顺序主要为三台阶施工。

上台阶主要为粉质黏土，在砂质老黄土与泥岩互层方面呈现出空隙发育的特征，以高角度节理发育；而在土石交界处，由于渗水的情况较多，经常会在围岩处理环节出现一定的坍塌问题。

中台阶施工主要是在土石交界面的位置，由于裂隙发育，岩面的交界处十分容易出现渗水现象，在没有完成初期支护前可能发生一定程度的坍塌问题。

下台阶以及仰拱的部分，则是泥岩夹砂岩，裂隙较发育并伴随股状水流出。

1.2 开挖支护要点

进行开挖支护时，需要基于管超前、短进尺、少扰动、强支护以及早成环的方式进行施工。随着施工的进行，要合理控制步距。上台阶的长度应控制在3～5m，在爆破开挖的过程中要采取一定的保障措施，减少爆破产生的震动对周边围岩的影响，这就需要在上台阶步距的控制阶段，对其进行一定程度的延长，但是总体上需控制在6m以下。中台阶则需控制在5m以下。下台阶及仰拱需同时施工，快速封闭成环。在整个开挖及初期支护的安全步距控制上，需严格控制在2倍洞径以下。

爆破开挖时，需要有机械开挖进行配合操作，同时在完成开挖处理后，还需要及时进行支护作业。在拱架安装的过程中要严格按照设计要求的间距进行施工，但要注意控制在0.6m以下。

对于地质为土石互层以及粉质黏土的围岩，要采取弱爆破方式处理，控制爆破的震动对周边围岩的影响，这就需要根据围岩的变化情况对爆破参数进行动态调整。在进行支护施工的过程中，对于这种软弱围岩要遵循“宁强勿弱”的原则，提高支护强度，使用H230四肢格栅拱架，并保障间距控制在0.6m以下。施工超前小导管时，则要保证超前小导管的间距、长度及搭接长度能有效地控制拱部围岩掉块、坍塌，施工范围一般控制在拱部120°范围内，在保障施工安全的前提下，也可根据施工现场实际的围岩情况适当加大范围。

施工人员要严格控制施工步距不超标，可以先施工上、中台阶再施工下台阶及仰拱，也可上、中、下台阶共同开挖支护。在这样的施工方式下，可以有效保障施工建设的合理步距，同时也可以保障施工项目的安全以及施工进度的合理控制效果。

在围岩较为稳定的情况下，在上、中台阶开挖支护时，可以进行两榀拱架的施工；而在下台阶及仰拱施工时，可在开挖支护的过程中安装四榀拱架，这样可以迅速地封闭成环。开挖时，要依据施工现场的实际情况，对其炮眼间距及单孔装药量进行相应的调整。

1.3 仰拱、二衬及沉降要点

进行隧道底部的开挖支护时，还需要在完成初期支护施工后及时进行仰拱的浇筑工作，以便填充混凝土，从而进一步提高施工的安全等级。需要注意的是，仰拱以及填充应分开浇筑，以充分保障混凝土的施工质量。

在隧道施工中，超前地质预报及监控量测是重要的工作。在进行土石结合围岩类型的隧道沉降观测时，需要充分保障监控量测点布置的及时性，以便第一时间对围岩的变形情况进行监控。布置位置及间距时应严格按照监控量测方案的要求进行。在上台阶安装拱架的同时，需要针对拱顶位置埋设一个沉降观测点，在拱脚处就要埋设第一组收敛观测点；而在中、下台阶的施工过程中，要在拱脚的位置埋设第二组收敛观测点。在进行沉降量的观测时，还需合理控制监控次数，确保每天的观测频率不少于1次。对于重点的监控区段，应增加观测的频次，以便及时获得准确的数据信息。对于隧道中压力最大的位置，同时也是隧道投入使用后十分容易发生变形的位置，需要进行详细的观测，使相关工作人员可以及时掌握实际的形变情况。

2 施工控制措施

项目施工的过程中，为了保障浅埋段顺利实现施工目标，同时保障施工中不会出现塌方、地表房屋损坏等诸多的问题，就需要合理控制爆破。开挖隧道时，由于对山体进行了一定的改变，因而会对其中的内摩擦角以及摩擦系数造成一定的影响，其拱顶会受到一定的压力，随着周围两侧围岩的开挖，要严格控制超欠挖，使其受到的不均匀剪力达到最小值。在传统的施工建设过程中，采用的施工原则是基于围岩稳定性，降低围岩所受到扰动的角度。在进行施工建设的过程中，不仅要对围岩的扰动强度方面进行考量，还需要考虑震动所发生的频率，要根据工程实际情况进行具有针对性的调整，有效提高施工建设的质量，确保施工的合理性。

2.1 进尺控制

施工建设过程中，还需要合理控制进尺，使导管有着较长的尺寸，并降低扰动的效果，同时在施工现场的周边进行环境方面的管控和检测，以便顺利开展支护施工。

控制围岩扰动时，采用的导爆管要能对起爆网络进行充分的优化，同时在进行上、中台阶的处理时，分为不同的爆区，并要延缓起爆，以减少震动对周边围岩的扰动，这就需要在实际的施工建设中，确保爆区的合理划分。

2.2 隧道掘进控制

隧道掘进时，其产生的扰动效果是由爆破过程中所产生的地震波形成的。在这样的扰动影响下，就需要在其强度以及频率方面进行有效控制，强度一旦过大，就会对围岩造成较为严重的扰动效果。因此，围岩在产生扰动时，其产生的累计叠加效果需得到有效的控制。在传统的施工模式下，采用的施工方式基本上都是在宽度为12m的位置上进行定点的爆破处理，而在最大药量的设置上，往往需要对不同的起爆区进行合理的控制。此阶段的施工建设由于涉及起爆工作，要格外重视施工中的安全问题，还要安全且有效地使用起爆装置。

2.3 超前小导管长度控制

设置超前小导管时，要确保长度在3.5m以上。在密实的粉质黏土中，小导管的搭接长度需控制在1m以上，使其可以很好地承担起导管两端的实际承载力。在浅埋地段的超前小导管以及短管棚的施工过程中，需要承载更大的垂直方向的压力，因此短管棚需要施作31根，同时环向间距控制在0.4m以下，在管棚施工段内辅以小导管施工，在隧道拱顶轴线的位置上，可向两侧1m的范围内延伸，缩短小导管的施工间距，从而让间距从原本的0.4m转变为0.2m，尽可能地提升拱部的承载力，管棚施工现场图见图1。另外，还需要重视施工的安全性，使施工人员可以在安全合理的环境下进行高效率的施工建设，只有这样才能确保施工人员准确控制超前小导管的长度。