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摘要:若軟巖隧道處于高海拔地區(qū),其施工會受到惡劣環(huán)境、不良地質(zhì)等多種因素影響,不僅會降低工程整體施工質(zhì)量,而且極易造成初期支護過程中的變形開裂問題。為更好地保證隧道工程的施工安全和質(zhì)量,必須控制好隧道初期支護的變形與開裂。文章結(jié)合工程實例,闡述了在隧道不利地段施工的基本原則,分析施工過程中存在的難點,如施工進度慢、施工方案變更,進而提出詳細的施工方案優(yōu)化措施,對施工進行合理安排,有效促進了高海拔地區(qū)軟巖隧道施工質(zhì)量的提升。
1工程概況
該隧道位于川西高原山區(qū),橫斷山脈中斷的大雪山脈與沙魯里山脈之間,屬于構(gòu)造浸蝕高山地貌,地勢起伏較大。平均海拔約4200m,常年溫度偏低且氧氣稀薄,冬季最低溫度約-20℃,隧道全長2831m,屬于高原區(qū)高寒長大隧道。常年受積雪融化入滲和自然降雨影響,地下水豐富。
2隧道不利地段的施工基本原則
在隧道不利地段施工時,需要遵循以下基本原則:(1)充分收集并利用圍巖自身的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)勢,爭取在圍巖變形可控的范圍內(nèi)選擇適用性較強且收效顯著的支護類型。(2)要不間斷監(jiān)測施工過程,以便隨時給施工提供指導(dǎo);同時,結(jié)合現(xiàn)場實際可考慮先修筑底板、臨時仰拱或仰拱,有利于將斷面盡早封閉成環(huán)。(3)對重點部位的支護進行加強,防止因部分支撐薄弱引發(fā)隧道塌方、滑坡;還要控制整個施工過程中的設(shè)計、檢驗、地質(zhì)預(yù)測、測量反饋、方案修正等工作。(4)隧道周圍圍巖松散,結(jié)構(gòu)自穩(wěn)周期短,所以,爆破、排險到位后要以最快速度開展錨、噴、掛網(wǎng)及型鋼等架設(shè)施工,但此施工過程中要注意出渣的同步或交錯進行,尤其對地下水活動強烈區(qū)段,支護施工要及時跟近,便于穩(wěn)定圍巖。(5)仰拱要跟緊施工進程,對于地質(zhì)條件不良的區(qū)段,在二次襯砌之前需要完成底板施工,在完成拱、墻部的初期支護后緊跟著完成仰拱施工,這樣不僅能方便初期支護盡快形成封閉的受力結(jié)構(gòu),也能為后續(xù)二次襯砌施工中模板臺車軌道的鋪建提供有利條件,同時方便洞內(nèi)材料運輸。
3隧道不利地段施工技術(shù)難點
在隧道不利地段施工時,存在施工進度慢、施工方案變更以及隧道塌方及變形超限三個技術(shù)難點。(1)施工進度慢。由于隧道進出口地質(zhì)屬于呈霹靂面發(fā)育的砂巖或千枚巖,存在產(chǎn)狀紊亂、層間結(jié)合力差等特點,施工時局部會出現(xiàn)韌性剪切破碎帶且此類巖石質(zhì)地較軟,遇水會發(fā)生軟化、層間滑脫情況,這些問題都會在不同程度上延緩施工進度。(2)變更施工方案。初期支護設(shè)計方案為:選用長4.5m的A42小導(dǎo)管加強鎖腳錨桿,同時選取本項目中Ⅴ形加強型襯砌和雙層小導(dǎo)管進行超前支護施工,將預(yù)留變形量增至25cm,保證各項工序緊密銜接,嚴(yán)格把控施工程序,對初期支護結(jié)構(gòu)及時封閉。但從施工的情況來看隧道局部仍存在初期支護變形超限情況。(3)隧道塌方與變形超限。施工中隧道多次出現(xiàn)塌方,存在變形超限問題的共3段,全長125m,隧道拱腰為超限多發(fā)段,最大超限值達70cm,均由施工控制不當(dāng)或受隧道地質(zhì)制約原因引起。
4施工進度緩慢的原因
針對施工進度緩慢的原因,具體分析后確定為以下三方面:(1)本工程處于高原高寒地區(qū),氣候惡劣,有效施工時間極短,設(shè)備使用率相對較低[1]。(2)施工經(jīng)驗不足,施工中因未及時封閉仰拱引起的變形、塌方較多,處理時間過長。(3)方案設(shè)計不合理,前后工序銜接不緊密,要點把握不到位,造成多段返工。
5優(yōu)化施工方案
一般情況下,軟弱圍巖地段自支護能力較差,故對軟弱圍巖隧道進行施工時要以提高圍巖自支護能力為主要目的,這樣才能讓初期支護快速封閉成環(huán)。本隧道工程中拱部和仰拱結(jié)構(gòu)處承壓較大,因此出現(xiàn)變形的概率也會增加。
5.1預(yù)留合適的變形量
隧道凈空間與結(jié)構(gòu)實際尺寸、初期支護變形情況是選定隧道開挖斷面的基本要素,同時結(jié)合圍巖級別、施工方案、斷面規(guī)格、埋深、支護等,通過工程類比法預(yù)留支護變形量。待仰拱布設(shè)完成后,結(jié)合實測數(shù)據(jù)推算出當(dāng)局部初期支護變形量為預(yù)留變形量的1/3時,可使用后注漿措施,此時初期支護變形量可被控制在30cm內(nèi)。因此,在實際施工過程中30cm為最佳的預(yù)留變形量,此時不僅能有效保證二襯厚度,還可在最大程度上縮減成本[2]。
5.2結(jié)合初期支護封閉成環(huán)時間優(yōu)化施工方案
為避免初期支護施工中出現(xiàn)下沉、變形、開裂等問題,施工時要控制好中下層臺階間距,保證下層臺階的仰拱布設(shè)緊跟中層臺階完成,從而讓初期支護盡快封閉成環(huán)[3],可采用“三臺階七步法”施工,并將中層臺階與仰拱的距離控制在18m之內(nèi)。因上層與中層臺階均會出現(xiàn)初期支護下沉、變形、開裂問題,因此可將上層、中層、下層臺階的垂直高度重新修正為3m、3m和3.5m。為縮減初期支護封閉周期,12d為中層臺階開挖初期支護到同榀仰拱封閉完成的最長周期。因仰拱使用整體澆筑法施工,為保障施工進度,需將仰拱和填充澆筑頻率控制為6m、4d/次。采用增強的A42注漿小導(dǎo)管注漿工藝對超前支護、系統(tǒng)和鎖腳錨桿進行施工,注漿時嚴(yán)格選取止?jié){閥,認真完成注漿記錄表。圖1為K85+303、K85+310段的拱頂下沉和周邊位移情況。監(jiān)測時間均為2019年。由上圖可知兩段仰拱施工未及時完成,施工時借助實時監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整該段后注漿施工;同時,拱頂下沉和周邊位移有持續(xù)變形態(tài)勢,最大變形可達50cm,不僅侵線嚴(yán)重,存在極大安全隱患,還在一定程度上增加了施工成本。由圖2可知,因K85+328段仰拱布設(shè)及時,初期支護封閉成環(huán)迅速,10天內(nèi)拱頂下沉和周邊位移出現(xiàn)收斂現(xiàn)象并有一定程度持續(xù)。結(jié)合圖1和圖2可知,仰拱施工時間可利用監(jiān)測數(shù)據(jù)判定,但施工方案需結(jié)合實際調(diào)整。若初期支護變形量較大,不僅要采取有效的補救措施,并停止掌子面施工,盡快完成中、下層臺階,讓仰拱盡快封閉成環(huán)。一般情況下,12~15天為上層臺階開挖后最佳仰拱施工周期,超過此周期會增大初期支護變形量。由于本工程上層與中層臺階均出現(xiàn)了初期支護下沉、變形、開裂等問題,故施工時選用了三臺階預(yù)留核心法。在自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)進行軟弱圍巖隧道施工時,工人的施工效率低,為提升工人與設(shè)備施工效率,需將上層、中層、下層臺階的垂直高程重新調(diào)整并分別控制在3m、3m和3.5m,并將中層臺階與仰拱間距控制在18m內(nèi)。
5.3優(yōu)化施工措施
(1)因本隧道地處高原地區(qū),具有惡劣的自然環(huán)境,人工效率較低,現(xiàn)場無法加工工字鋼,因此要提前聯(lián)系工廠定制成品[4]。(2)本工程的系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿均選用加強型A42注漿小導(dǎo)管,上層與中層臺階、中層與下層臺階間每側(cè)通過4根A42注漿小導(dǎo)管連接,同時將小導(dǎo)管通過A32U型鋼筋焊接,有效保證鎖腳質(zhì)量。(3)支護措施開展時間為初期支護變形量是預(yù)留變形量的1/3時,針對該段選擇后注漿方法處理,嚴(yán)格遵照設(shè)計要求控制注漿壓力、注漿孔間距[5]。若當(dāng)初期支護變形量大于預(yù)留變形量,先進行后注漿處理,再布設(shè)仰拱并注漿,換拱作業(yè)要待整體穩(wěn)定后再進行。
6結(jié)束語
總而言之,高海拔地區(qū)擁有的惡劣環(huán)境和復(fù)雜氣候,讓軟弱圍巖施工在這種環(huán)境下進行時難度極大。為在最大程度上保證施工質(zhì)量,需監(jiān)測整個施工過程并分析監(jiān)測數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上調(diào)整優(yōu)化施工方案,從而控制好隧道支護存在的變形、開裂等問題。在對本工程的施工方案進行相應(yīng)優(yōu)化和調(diào)整之后,后期施工中未出現(xiàn)塌方、滑坡等事故,且在保證安全的前提下,比計劃節(jié)點提前完工,值得同類工程參考借鑒。
參考文獻
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作者:黎倩 單位:四川川交路橋有限責(zé)任公司