复杂软弱围岩隧道进洞施工技术研究

2021-07-31冉黎明

工程技术研究 2021年11期

冉黎明

中交三公局第一工程有限公司，北京 100012

1 项目简介

某隧道的行车速度设置为80km/h，最大埋深设计为460m，施工现场岩体的稳定性较差，岩体存在严重的破碎问题，同时存在塌陷、滑坡等严重的地质灾害问题。经实地考察，在左线隧道施工的过程中，主要采取三区段斜竖井送排式分段纵向通风的措施，左线斜井的水平距离为800m；在右线隧道施工的过程中，主要采取二区段斜竖井送排式分段纵向通风的措施，右线斜井的水平距离为750m。最终决定使用超前大管棚施工技术来完成进洞施工，从而使隧道施工的质量和速度得到保证。

2 进洞方案设计

在设计进洞方案的过程中，遵循“早进洞、晚出洞、零开挖”原则，使隧道四周山体的地形和地质特征得到保护，采取明挖分层法对洞口仰坡施工，同时落实支护施工，使边坡的稳定性得以保证。以管棚支护方案为基础，同时使用大管棚强支护施工防护措施，提升进洞方案的科学性和实用性。进洞大管棚套拱设置好后，使用仪器检测套拱的角度和间距，使其满足施工需求。使用地质钻机完成钻孔施工，钻孔施工结束后，安装管棚。注浆施工时，要将注浆压力控制在设计值的范围内。为了提升洞口的支撑力，确保管棚钻机的钻孔位置与设计标准一致，在大量的试验以后，最终决定把管棚的导向墙长度设置为3m，将半径为0.9m的型钢混凝土桩增设在拱角位置，以此为施工基础，提升整个工程施工的稳定性。套拱施工结构图如图1所示。

图1 套拱施工结构图

3 管棚施工要点

3.1 钻孔

管棚施工的核心工序为钻孔施工，施工企业要高度重视管棚施工质量。在实地勘测施工区域后发现，有大量的堆积物存放在隧道左侧进口管棚施工区域内，进口位置存在严重的浅埋问题，同时还存在塌孔的情况，这就增加了管棚施工的难度。在套管跟进施工的过程中，套管与碎石之间的摩擦力会越来越大，钻进负荷扭矩也会随之增加，导致断管的情况时有发生，给整个工程施工造成了严重的影响。在施工人员和技术人员的共同探讨下，最终决定使用二次打孔和钻孔的施工方法。当钻机钻进强风化岩1m的位置时，将钻机抽出，施工人员接着完成二次钻孔施工。在水泥浆固结作用的影响下，孔壁会存在坚硬的保护层，从而为后续的钻孔施工奠定坚实的基础。将潜孔钻的冲击凿岩钻头与矿用电钻的麻花钻结合，可使钻机性能发生较大改变，钻孔施工过程中产生的孔内土和石屑可被及时排出孔外。

3.2 顶管

成孔施工完成后，立即开展顶管施工。该工程使用的顶管类型为钻机顶管，采取丝扣的方式将钢丝连接在一起。钢管安装完后，将钻孔与钢管间的空隙用棉纱填充，同时将出气孔和进料孔预留好。

3.3 注浆

管棚施工过程中，注浆施工尤为关键。管棚安装好后，施工人员应及时监测安装施工质量，待管棚安装结束后立即开展注浆施工。注浆压力要保持在1MPa左右，当气孔流出浆液以后，停止注浆施工，施工人员使用铁锤敲击钢管检测浆液的填筑情况。在隧道施工时，有大量的土石层堆积在右线出口处，其会给注浆施工的固结效果造成一定的影响。因此，经过认真的研究和分析以后，决定在管棚施工前，先注浆地面，并使用PVC管完成注浆施工，在采取该施工办法后，管棚支护的效果较理想。

4 进洞施工技术要点

4.1 挖掘洞身

在洞身挖掘施工的过程中，使用的施工方法有正台阶法、中隔壁法和全断面法等。从该项目的实际情况出发，采取预裂爆破法可以获得最佳的爆破施工效果。为达到预定爆破效果，要严格管控爆破装药剂量和爆破眼的有效距离，周边眼的间距最好要控制在40cm左右，使用隔式装药法施工，并使用炮泥将装药炮眼密封好。

4.2 支护

在隧道施工的初期阶段，混凝土喷射的主要方法为湿喷，使用全自动喷浆设备作业，该设备的优势主要体现为安全系数高、喷浆速度快和操作简便等。喷射施工的顺序为自下而上，先喷低洼地区，严格控制受喷面和喷嘴的间距，混凝土初凝2h后，方可开展养护施工，最佳养护时间为一周。

在砂浆锚杆施工时，遵循的主要施工顺序为先注浆，后安装锚杆。使用单管注浆施工的方法完成砂浆锚杆施工。注浆施工的过程中，注浆管要反复向孔底输送，从而使孔内的多余水分被及时排出。所有的锚杆都要设置垫板，喷射混凝土要与垫板紧密结合。隧道钢架支护施工十分重要，受该工程施工环境的影响，钢架支护采取格栅方式，以显著提升整个工程的施工质量和效率。钢架加工制作需要在施工现场的工装台上完成，在设置钢筋弯曲模型时，需要以断面钢架主筋轮廓为依托。在胎膜内进行钢架焊接工作，可将变形控制在最小范围内。此外，质检人员要严格检查钢架的焊接施工质量。

4.3 仰拱与铺底

从该工程的实际施工情况出发，在隧道内事先预留仰拱，施工人员需及时落实好相关施工作业，使支护结构在短时间之内完成闭合。开挖面与铺地、仰拱的距离要保持在30m左右，为了确保洞内交通顺畅，需要搭设栈桥来完成仰拱施工。在铺底施工前，要先将隧道底部的杂物清理干净，使用同等级强度的混凝土回填超挖区域。

4.4 隧道防排水

该工程施工区域的土体比较松散，地表水发育欠佳，地质条件比较恶劣，因此要高度重视隧道防排水问题。工程施工遵循的主要原则为将防、排、截、堵有机结合在一起，使防水效果达到最佳，其施工内容主要有止水带施工、防水板施工和排水盲道施工。

（1）止水带施工。该工程使用的主要止水带类型为中埋式止水带，严格按照设计的标准埋设止水带，施工缝中心线要与止水带中间的空心圆环重合。从待灌混凝土侧穿入钢筋卡，并从挡头模板中穿过，内侧卡进入止水带一半时，在挡头板上固定另一半止水带，混凝土浇筑施工完成后，方可拆除。

（2）防水板施工。防水板施工前，要先处理好施工基面。为了使表面达到平顺的要求，采取挂网喷射的施工方式，一旦出现表面渗水的情况，应立即采用注浆堵水的方式，增设盲管将其排出。

（3）排水盲管施工。使用钻孔定位方式铺设排水盲管，定位间距要保持在40cm左右，在定位孔中打入膨胀锚栓，将固定钉设置在盲管两端，使用无纺布包裹好，使用卡子和钢丝将其捆扎结实后，在膨胀螺栓上固定好。

4.5 管棚帷幕

在管棚帷幕施工的过程中，使用的主要设备为水平钻机，其钻孔施工时主要是采取外插角度钻孔的形式将钢管插入钻孔中。在接长钢管时，使用内插接头套并焊接好。依据钢管的直径和长度来预留孔洞，钢管安装施工结束后，开展水泥砂浆灌注施工，采取风口包压的方式处理钢管端口。钢管的长度要超出导向墙一段距离，将导向墙与钢管锚固结实。锚固施工的最常见方式有两种，即孔内注浆和端部焊接，其锚固效果都比较理想。