軟弱圍巖隧道進洞施工技術探究

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摘要：以具體的隧道工程為例，重點從進洞方案設計、管棚施工方案設計、進洞施工工藝三方面對復雜軟弱圍巖隧道進洞施工技術作系統的分析論述。

關鍵詞：軟弱圍巖；隧道；管棚；隧道開挖

隧道施工具有復雜性和高風險性，尤其是在遇到復雜軟弱圍巖時，如何確定進洞方案尤為關鍵。另外，隧道洞口的山體巖層通常較為軟弱，因而在洞口段施工時務必做好相應的加固措施，并科學確定進洞的開挖方式。但往往復雜軟弱圍巖隧道的進洞施工和管棚施工均有較大的難度，比如，管棚的支護能力是必須重點考量的問題，務必確保管棚可以承受來自隧道頂部的垂直土壓力。鑒于復雜軟弱圍巖隧道進洞施工較為復雜，因而對復雜軟弱圍巖隧道進洞施工技術做全面深入的分析探討十分必要。

1項目概況

某隧道工程項目左線長度為5433m，右線長度為5378m，隧道設計行車速度為85km/h，最大埋深達到450m。隧道施工現場的巖體較為破碎，穩定性較差，且地表水發育不完全，土體較為松軟，有坍塌的危險性。經過實地勘測后決定，隧道的左線采用三區段斜豎井送排式分段縱向通風，左線的斜井水平距達到789m，縱坡達到13.77%；右線采取二區段斜豎井送排式分段縱向通風，左線的斜井水平距達到749m，縱坡達到14.27%。為有效確保隧道施工的高效進行，決定運用超前大管棚技術實現進洞施工。

2進洞方案設計要點

在進洞方案設計中，嚴格遵循“零開挖”和“早進洞、晚出洞”的原則，避免對隧道周圍山體現有的地質地形特點產生破壞，洞口邊仰坡采用明挖法進行施工，分層進行開挖，并在開挖過程中及時支護，以此充分確保邊坡的穩定性。另外，在管棚支護方案的基礎上還采用了大管棚(鋼管帷幕)強支護施工防護方案，進洞大管棚套拱設置到穩定的基礎上，采用儀器對套拱間距和角度進行測定。鉆機采用地質鉆機，待鉆孔施工完成后，立即安裝管棚，在管棚注漿過程中，嚴格控制注漿壓力。為了確保管棚鉆機鉆孔位置的準確性，提升洞口支撐能力，經過試驗論證決定加大型鋼混凝土導向墻的截面積和長度，管棚導向墻的長度設定為3m，拱角增加直徑為1.8m的型鋼混凝土樁，以此作為施工基礎。初步論證發現，借助鋼筋混凝土的支撐作用，導向墻的穩固性得到了增強，且洞口端部的圍巖抗壓能力也得到了增強，進洞安全性更高。

3管棚施工要點

管棚施工是隧道進洞施工的重要內容，其施工會直接影響或決定隧道整體施工質量，尤其是鉆孔和注漿兩方面的施工更加重要。總的來說，管棚的施工要點包括以下：（1）鉆孔施工：鉆孔是管棚施工的關鍵工序之一，本項目在施工過程中給予了充分的重視。實地勘測發現，隧道左線進口的管棚施工現場有較多的堆積物，而且進口處還存在較為嚴重的淺埋，試驗鉆孔過程中發現有坍孔的現象，這對此次施工極為不利。更重要的是，施工過程中套管跟進勢必會增大碎石與套管之間的摩擦力，鉆進的負荷扭矩自然會加大，極易導致斷管現象，且施工難度較大。經過技術團隊和施工團隊分析論述后，決定采用二次鉆孔和二次打孔。當鉆機鉆進強風化巖體1m部位時，立即抽出鉆機，由施工人員立即進行二次鉆孔，發現水泥漿的固結作用幫助孔壁形成了一層牢固的保護層，鉆孔施工更易于開展。除此之外，還對所使用的鉆機性能做了改造，將礦用電鉆的麻花鉆桿和潛孔鉆的沖擊鑿巖鉆頭有效的連接起來，實際鉆孔時確保石屑和孔內土均可以存在于孔外，同時，開展鉆孔和清孔工作，不僅鉆孔速度得到了提升，而且有效預防了孔塌陷情況的發生，成孔率提升。（2）頂管施工：待成孔后立即進行頂管，本次施工選用鉆機頂管，鋼絲用絲扣牢固連接。鋼管安裝完畢后，采用棉紗有效填充鉆孔與鋼管之間的空隙，待封堵完成后，確保留有進料孔和出氣孔。（3）注漿施工：注漿施工是管棚施工過程中需要重點關注的施工環節，在管棚安裝就位后，立即進行質量檢查，確保安裝牢固后即開始灌漿施工。本項目灌漿壓力控制為1MPa，確保氣孔流漿后停止壓漿。而后由施工人員用硬鐵錘敲擊鋼管，發現響聲低啞，表明漿液已經充分填滿鋼管。施工過程中發現隧道右線出口存在堆積土石層，實際灌漿施工的注漿固結效果受到一定的約束，經過研究決定在大管棚施工前，由施工人員先對其地表范圍進行灌漿，選用PVC管實現注漿目的，實踐應用后發現，管棚的支護效果得到了一定程度的提升，表明大管棚在復雜軟弱圍巖隧道進洞施工中效果顯著，可以實現超前支護目的。

4進洞施工工藝要點

4.1洞身開挖技術。本次洞身開挖所選用的施工技術包括全斷面法、中隔壁法和正臺階法。在爆破施工中本項目采取預裂爆破，具體的爆破作業均嚴格按照開挖斷面、開挖方法及地質條件確定。為了有效實現爆破效果，嚴格控制周邊爆破眼的間距和裝藥量，周邊眼的間距控制為40cm，裝藥采用隔式裝藥有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞。4.2支護施工技術。隧道施工初期的的混凝土噴射均采用濕噴工藝，所選用的全自動噴漿機械手具有操作方便和噴漿速度快的顯著特點，而且安全系數也較高。施工時噴射嚴格按照自下而上的順序進行，且分段長度控制為6m以內，噴射時先將低洼部位噴平，噴嘴和受噴面的間距控制為0.6～1.2m，待噴射混凝土終凝時間達到2h后進行養護，并保證養護時間不少于7天。如圖1，鋼拱架支護施工。在砂漿錨桿作業時，施工人員嚴格遵循先注漿后安裝錨桿的施工順序。此次施工選用單管注漿工藝，待注漿管與孔底的距離在50～100mm處時開始注漿，開始注漿后，反復將注漿管向孔底傳送，以此確保孔內多余的水分可以擠壓出孔外。灌漿壓力控制在0.4MPa內，本項目所有的錨桿均安裝墊板，確保墊板可以與噴射混凝土緊緊相貼。隧道的鋼架支護也是重要的施工內容，鑒于本項目所處的施工環境較為不利，因而本次鋼架支護選用格柵鋼架支護方式，在施工現場所設計的工裝臺上進行加工，根據斷面的鋼架主筋輪廓合理設置鋼筋彎曲模型，鋼架焊接工作在胎膜內進行，可以很大程度上控制變形，待質檢人員確定鋼架焊接質量過關后，即開展施工。4.3仰拱與鋪底施工。因為受到所處地質地形的原因，本項目在隧道內預先設置了仰拱，并安排施工人員及時施工，以此確保支護結構可以盡早閉合。仰拱與鋪底施工與開挖面的距離均控制在30m，仰拱施工過程中搭設棧橋，保證洞內施工交通通暢。在鋪底施工時，先組織施工人員對隧道底部的廢碴、淤泥進行清理，一些超挖的部分則采用同等級混凝土進行二次回填。4.4隧道防排水措施。本項目因為本身地質地形條件不佳，地表水發育不完全，土體較為松軟，因而隧道防排水便成為施工重點需要考慮的問題。本項目秉承“防、排、截、堵相結合”的原則，實現了防水目的。具體的施工內容包括排水盲管施工、防水板施工和止水帶施工。（1）排水盲管施工：借助鉆孔定位排水管，將定位孔的間距控制在30～50cm，將膨脹錨栓打入定位孔，將固定釘設置在盲管兩端。而后采用無紡布緊緊包住盲管，用扎絲綁扎后用卡子卡住盲管，最后，固定到膨脹螺栓上。（2）防水板施工：防水板正式施工前組織施工做好基面處理，對于超挖段采用掛網補噴，確保表面平順，對于表面出現滲水的部分采用注漿堵水設盲管引排，所選用的分離式防水板鋪設嚴格按照自下而上的順序進行。（3）止水帶施工：本項目所選用的止水帶為中埋式止水帶，保證止水帶埋設位置準確，中間的空心圓環與施工縫的中心線精準重合。具體施工時，將已經制作完成的鋼筋卡由待灌混凝土側向另一側穿過擋頭模板，確保內側可以卡進止水帶的一半，將另外一半止水帶緊緊固定在擋頭板之上，混凝土澆筑施工完成后，再由施工人員拆除。4.5管棚帷幕施工。本次管棚帷幕施工選用水平鉆機進行，按照預先設計的外插角度先進行鉆孔施工，而后將鋼管插入到孔內，對于需要接長的鋼管采用內插接頭套完成，并進行焊接處理。按照鋼管長度和直徑來確定預留孔，確保每根鋼管安裝到后，立即灌注水泥砂漿，對鋼管的端口進行風口包壓。此過程中需要注意的一點內容是，確保鋼管長度大于導向墻，數值控制為100mm，并將鋼管和導向墻緊緊錨固，在錨固方式上，目前最常用的包括端部焊接和孔內注漿兩種，均可以取得較好的瞄固效果。

5結語

復雜軟弱圍巖隧道進洞施工會面臨較大的施工難點，加強洞口的防護十分重要，為有效確保洞口的安全性，應盡早完成明洞和二襯鋼筋緩凝土澆筑這兩方面的施工內容，并重點強化施工管理，繼而確保洞的安全，保證開挖施工的安全性。

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作者:王楊波 單位:中鐵十一局集團第五工程有限公司