凃云松

（貴州遠(yuǎn)航交通工程有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

巖溶發(fā)育區(qū)受可溶性巖層特性作用，溶洞、溝槽等不利地貌分布廣泛，給隧道工程施工造成困難。隧道溶洞一旦處理不當(dāng)，在地表水、地下水等作用下，極易造成隧道內(nèi)涌水、突水，甚至坍塌等災(zāi)害，嚴(yán)重危及隧道施工及后期運(yùn)行安全[1-3]。某巖溶發(fā)育區(qū)隧道采用“三臺階+臨時仰拱”處治技術(shù)，取得了良好的工程實(shí)踐效果，該文以該工程為依托，對某隧道工程溶洞處治技術(shù)展開研究，具有十分重要的實(shí)踐意義。

1 工程概況

某公路隧道采用左、右線分離設(shè)計，左右線平面設(shè)計線最小間距16.6 m，最大間距32.2 m，左線長900 m，右線長890 m，隧道最大埋深272.55 m，坡度-2.9%，均從出口端向進(jìn)口端掘進(jìn)。

該隧道左線段為Ⅳ級圍巖，埋深約60 m，巖層巖體主要為灰?guī)r；左線隧道掘進(jìn)至ZK96+528時，掌子面由灰?guī)r逐漸變?yōu)橥翃A石，土體為膨脹性土，遇水呈流塑狀；施工單位鉆探顯示，掘進(jìn)方向37 m處，巖土成分主要為土體，局部為土夾石；拱部約26 m、洞身右側(cè)11 m、左側(cè)22 m、拱底18 m均為軟弱圍巖。

2 隧道總體施工方案

2.1 施工順序

隧道掘進(jìn)施工順序見圖1。

圖1 隧道掘進(jìn)施工順序

2.2 主要施工方法

（1）根據(jù)該工程現(xiàn)場工況，擬采取“三臺階+臨時仰拱”方案施工，總體實(shí)施掘進(jìn)、支護(hù)、襯砌交叉協(xié)調(diào)作業(yè)，其他臨建設(shè)施根據(jù)洞口空間合理布置。

（2）隧道溶洞段：采用“三臺階+臨時仰拱”法開挖。

（3）隧道出渣：挖掘機(jī)配合裝載機(jī)裝渣，自卸式汽車運(yùn)輸。

（4）初期支護(hù)、超前支護(hù)：隧道開挖階段，按架立一環(huán)鋼拱架為一循環(huán)進(jìn)尺；初期支護(hù)采取開挖、支護(hù)同步施工；超前支護(hù)采用超前大管棚，由管棚鉆機(jī)成孔、裝管，采用注漿泵注漿。

（5）地基處理：地基為鋼管樁形式，機(jī)械成樁。

（6）防水層：采用無釘法鋪設(shè)防水板，并用熱熔法焊接封閉。

（7）二次襯砌：密切關(guān)注洞身溶洞段監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)適時開展二次襯砌施工，仰拱及填充部位采取全幅整體施工。

（8）通風(fēng)方式：通風(fēng)設(shè)備采用節(jié)能型隧道專用通風(fēng)機(jī)，管徑1 200 mm拉鏈?zhǔn)杰浌軌喝胪L(fēng)。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 輔助工程施工

3.1.1 長管棚施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）巖溶隧道溶洞分布工段施作超前長管棚預(yù)支護(hù)，鋼管為8 mm厚φ108熱軋無縫鋼管，節(jié)長6 m，環(huán)向布設(shè)間距為0.4 m/道。

（2）長管棚孔位鉆設(shè)、頂進(jìn)設(shè)備采用ZSL-70電動鉆機(jī)，設(shè)計鉆孔外插角度為10°，現(xiàn)場可根據(jù)長管棚鋼管設(shè)置需要適當(dāng)調(diào)整。

（3）管棚注漿設(shè)備為BW-250型注漿機(jī)，漿液為現(xiàn)場拌制M30水泥砂漿[4-5]。

（4）注漿施工前，分析注漿段巖性鉆探數(shù)據(jù)、涌水量、涌水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)等，確定注漿壓力、注漿速率、注漿終止條件等參數(shù)。

3.1.2 φ50超前小導(dǎo)管施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）采用超前高壓注漿預(yù)支護(hù)，按設(shè)計尺寸、位置要求從型鋼腹部開設(shè)導(dǎo)管安裝孔位，并將導(dǎo)管尾部焊接固定在拱架上。

（2）導(dǎo)管長6 m，布設(shè)間距為：環(huán)向1 m/道，縱向1 m/道。

（3）注漿從拱兩邊開始，向拱頂推進(jìn)；注漿施工前，嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求開展現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，驗(yàn)證、調(diào)整最佳注漿施工參數(shù)。

（4）注漿采用高壓注漿工藝，漿液為純水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力初壓控制在2～3 MPa，終壓控制在5～6 MPa。

3.2 洞身開挖施工方法

3.2.1 洞身開挖施工步驟及程序

巖溶隧道溶洞作業(yè)工段，采用“三臺階+臨時仰拱”法掘進(jìn)，溶洞段三臺階工藝步驟見圖2，橫斷面施工工藝程序見圖3，縱斷面施工工藝程序見圖4。

圖2 溶洞段三臺階施工步驟

圖3 橫斷面施工程序示意圖

圖4 縱斷面施工程序示意圖

3.2.2 上臺階開挖技術(shù)要點(diǎn)

（1）上臺階工段以人工開挖為主，機(jī)械開挖協(xié)助配合，循環(huán)進(jìn)尺為0.5 m。每開挖一個循環(huán)進(jìn)尺并人工修整完畢后，立即噴灑混凝土封閉巖面，并及時設(shè)置拱部噴錨掛網(wǎng)，施作鋼架初期支護(hù)。

（2）掌子面開挖作業(yè)面尺寸優(yōu)先，無法完全采用機(jī)械開挖，故采用人工配合機(jī)械開挖。按圖紙尺寸測放出開挖控制線后，由專人指揮掌子面上臺階機(jī)械開挖作業(yè)，確保每循環(huán)進(jìn)尺長度≤0.5 m；待挖機(jī)初步開挖出臺階輪廓線，組織人工開挖修整。

（3）為保證人工開挖施工安全性，開挖施工前，須開展必要的排險作業(yè)。開挖施工階段，須設(shè)置專門觀測人員，觀察、記錄拱部、圍巖變化，防止圍巖、拱頂坍塌造成安全事故[6-7]。

（4）人工開挖順序從拱頂向兩側(cè)進(jìn)行，施工現(xiàn)場組織兩班組或三班組輪流上崗開挖，并及時施作支護(hù)體系。

3.2.3 中、下臺階開挖要點(diǎn)

（1）上臺階開挖支護(hù)約5 m時，開始進(jìn)行中臺階開挖作業(yè)。中臺階采用左右同步異程開挖掘進(jìn)，左右側(cè)掘進(jìn)斷面間距控制在2～3 m，開挖方法、循環(huán)進(jìn)尺與上臺階開挖工藝一致，開挖方式為機(jī)械配合人工開挖。

（2）中臺階開挖支護(hù)約5 m時，開始進(jìn)行下臺階開挖，開挖方法、左右掘進(jìn)斷面間距、開挖方式等與中臺階開挖工藝一致。

（3）下臺階開挖支護(hù)約5 m時，開始施作鋼管樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)施作完畢開展仰拱掘進(jìn)作業(yè)，仰拱按整體掘進(jìn)開挖，每循環(huán)掘進(jìn)長度控制在3 m以內(nèi)。掘進(jìn)施工過程中嚴(yán)格控制掘進(jìn)深度，掘進(jìn)至鋼管樁頂部時，組織開展人工開挖、清渣作業(yè)。

（4）每循環(huán)進(jìn)尺開挖完成，立即噴灑混凝土封閉巖面，并及時設(shè)置邊墻噴錨掛網(wǎng)，施作鋼架初期支護(hù)。

（5）上、中、下臺階開挖斷面間隔控制在2～3 m，嚴(yán)禁在同一斷面開挖作業(yè)行為。

3.2.4 臨時仰拱施工要點(diǎn)

（1）每榀上中下臺階拱腳部位，施作臨時仰拱，與初期支護(hù)體系型鋼焊接固定，臨時仰拱采用25×25HW型鋼加工。

（2）上臺階機(jī)械開挖階段由于需要預(yù)留核心土，故臨時仰拱設(shè)置于距掌子面3 m處。臨時仰拱施作前，及時清除兩側(cè)拱腳初期支護(hù)噴射混凝土，臨時仰拱施作完畢，與初期支護(hù)焊接固定。

（3）中、下臺階處，先對稱施作左右側(cè)支護(hù)，再進(jìn)行臨時仰拱施作。

（4）臨時仰拱的拆除：為避免臨時仰拱拆除作業(yè)影響基地、仰拱施工，宜先拆除中、下臺階處臨時仰拱。若上臺階臨時仰拱對其他工序施工無影響，應(yīng)當(dāng)保留至二襯施工前拆除。

3.3 初期支護(hù)

溶洞地段初期支護(hù)體系由超前小導(dǎo)管高壓注漿預(yù)支護(hù)、C25噴射混凝土初期支護(hù)、25×25HW型鋼仰拱等構(gòu)造組成，為溶洞主要承載結(jié)構(gòu)。隧道洞身開挖錨桿有φ25自進(jìn)式錨桿和φ108鎖腳大管棚兩種。

3.3.1 φ25自進(jìn)式錨桿施工要點(diǎn)

（1）自進(jìn)式錨桿鉆進(jìn)：將鉆頭安裝于設(shè)計位置，使用臺車或手持式鑿巖機(jī)鉆進(jìn)至設(shè)計深度。

（2）卸下鉆機(jī)，在錨孔口內(nèi)25 cm深度處設(shè)置止?jié){塞封閉錨孔。若因圍巖破碎嚴(yán)重，安裝止?jié){塞無法有效封閉錨孔，也可采用錨固劑配合封孔。

（3）安設(shè)配套墊板、螺母。

（4）注漿：注漿設(shè)備采用注漿泵，通過快速注漿接頭連接于錨桿尾端，待連接檢查完畢，啟動注漿設(shè)備開始注漿施工。注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)確定，確保漿液完全包裹桿體，防止桿體長期暴露在潮濕環(huán)境中銹蝕[8]。

（5）注漿壓力控制在0.6～1.0 MPa，漿液水灰比控制在0.35～0.38；漿液水灰比根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)工況適當(dāng)調(diào)整，確保漿液稠度符合施工要求。

3.3.2 φ108鎖腳大管棚施工要點(diǎn)

（1）鎖腳大管棚提前在洞外制作。

（2）大棚管布設(shè)孔眼采用潛孔鉆機(jī)鉆設(shè)，孔洞深度、孔徑達(dá)到設(shè)計尺寸后，用挖機(jī)配合安裝，為保證大棚管施工便捷性，將6 m長標(biāo)準(zhǔn)節(jié)切為等長2段，每段長3 m，在圍巖表面預(yù)留50 cm焊接連接，再用挖機(jī)頂入設(shè)計長度，開始注漿。

（3）正式注漿施工前，必須開展現(xiàn)場注漿試驗(yàn)確定大棚管注漿施工參數(shù)。

3.3.3 鋼拱架施工

隧道溶洞地段設(shè)置兩層鋼拱架支撐，形成雙層支護(hù)體系，保證溶洞段施工安全性。

（1）第一層鋼拱架支撐采用25×25HW型鋼拱架，初噴完成后與錨桿、鋼筋網(wǎng)一同架設(shè)，并復(fù)噴混凝土。

（2）第二層鋼拱架支撐采用I18拱架，在第一層施作2 m后開始進(jìn)行；各拱架采用I18工字鋼連接，兩層拱架間采用噴射C25混凝土封填。

3.3.4 噴射混凝土施工

（1）隧道采用濕噴工藝噴射C25混凝土，減少混凝土體回彈，防止混凝土收縮開裂。噴射施工前，須先開展洞外噴射試驗(yàn)確定施工參數(shù)，保證隧道噴射混凝土施工質(zhì)量。

（2）混凝土噴射通常分初噴、復(fù)噴兩步進(jìn)行。初噴施工節(jié)點(diǎn)為每循環(huán)進(jìn)尺開挖完畢，其主要作用是防止表層圍巖風(fēng)化脫落。復(fù)噴施工節(jié)點(diǎn)為錨桿、掛網(wǎng)、鋼架安裝完畢后，其主要起到固定圍巖，防止圍巖變位的作用。

（3）不同部位噴射風(fēng)壓、喂料量見表1。

表1 不同噴射部位工作風(fēng)壓與噴射機(jī)喂料量表

（4）噴射混凝土養(yǎng)護(hù)。噴射混凝土層厚度較小，為防止噴射混凝土層干縮開裂，混凝土層終凝后，必須定時灑水養(yǎng)生，使混凝土層保持濕潤。

4 結(jié)論

該隧道溶洞段采用“三臺階+臨時仰拱”處治技術(shù)，有效保證了溶洞段施工安全，且經(jīng)工程交付運(yùn)營兩年跟蹤監(jiān)測，溶洞段無滲漏水、結(jié)構(gòu)破壞問題，表明該工程所用溶洞處治技術(shù)合理可行。該文主要從溶洞分布、規(guī)模、填充性質(zhì)、水文特征、溶洞穩(wěn)定性等因素出發(fā)，評估隧道溶洞處治方案可行性，經(jīng)該工程驗(yàn)證，上述因素可作為隧道溶洞處治方案評價依據(jù)，該工程所用溶洞處治技術(shù)也可為同類工程提供技術(shù)參考。