淺析軟弱圍巖隧道快速TRANBBS施工TRANBBS技術(shù)
摘要：通過(guò)對(duì)神延鐵路W9標(biāo)的羊馬河隧道、關(guān)路坡隧道 、翅膀溝隧道8690m,軟弱圍巖隧道6175m,土質(zhì)隧道5190m快速施工范例，總結(jié)了軟弱圍巖隧道快速施工的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：軟弱圍巖；隧道；快速施工
隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)管理水平的進(jìn)步，我國(guó)修筑長(zhǎng)大軟弱圍巖隧道的能力不斷提高。這不但表現(xiàn)在克服各種軟弱圍巖復(fù)雜工程地質(zhì)技術(shù)手段上，及在施工軟弱圍巖的成洞速度和工程質(zhì)量上。現(xiàn)總結(jié)神延鐵路W9標(biāo)段隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，供同類施工隧道參考。
1 工程式概況
1、1 基本情況
神延鐵路W9標(biāo)段為三座越嶺隧道：羊馬河隧道長(zhǎng)3810m,關(guān)路坡隧道長(zhǎng)輩3159m,翅膀溝隧道長(zhǎng)工1721m,共長(zhǎng)8690m.其中：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖共6175m,占隧道總長(zhǎng)的71%。Ⅳ類圍巖總長(zhǎng)為2515m,占隧道總長(zhǎng)的29%。其中土質(zhì)地段總長(zhǎng)度5190m,占隧道TRANBBS設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的60%。
1.2 工程地質(zhì)情況
神延鐵路W9標(biāo)段位于陜北黃土高原梁峁溝谷區(qū)，沖溝發(fā)育，植被稀疏，地形起伏較大。出露黃土質(zhì)砂粘土；風(fēng)積新黃土，沖積圓礫土、卵石土；老黃土；紅粘土以及砂巖夾頁(yè)巖，頁(yè)巖夾砂巖。沿線沖溝、陷穴、滑坡溜坍、濕地、斜坡不穩(wěn)、軟弱地基及煤窯采空等不良地質(zhì)現(xiàn)象特別發(fā)育。黃土隧道開(kāi)挖后，初期變形大、變形速度快，圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短。各巖層界面上、下土的含水量較大。這些對(duì)圍巖的穩(wěn)定性極為不利。
2 施工方法
2、1 洞口段施工
一般來(lái)講，洞口段圍巖破碎松散，開(kāi)挖后，圍巖不能形成自然拱，易導(dǎo)致坍塌。根據(jù)各隧道洞口的地質(zhì)情況，采取了如下措施：羊馬河隧道進(jìn)、出口及湫溝斜井、關(guān)路坡隧道進(jìn)、出口、翅膀溝隧道進(jìn)、出口的地質(zhì)條件較好，清理邊仰坡、進(jìn)行錨桿掛網(wǎng)和噴砼封閉后直接進(jìn)洞；關(guān)路坡隧道螞蟻斜井洞口位于地下水、地表水發(fā)育地段，地層為紅粘土，含水量大，呈軟塑狀。對(duì)圍巖采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)加固。
2、2 正洞施工
本標(biāo)段三座隧道可分為兩類，即土質(zhì)隧道和石質(zhì)隧道。新黃土具Ⅱ級(jí)自重濕陷性，紅粘土呈弱膨脹性，砂巖及頁(yè)巖互層，風(fēng)化嚴(yán)重，產(chǎn)狀幾乎呈水平狀，且?guī)r層較薄。在各巖層界面，有較豐富的地下水。針對(duì)這種情況，我們對(duì)土質(zhì)隧道采用非鉆爆開(kāi)挖法（即用風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開(kāi)挖），石質(zhì)隧道采用了弱爆破開(kāi)挖法。
2、2、1 土質(zhì)隧道I、Ⅱ類圍巖的施工
在土質(zhì)隧道施工中,我們嚴(yán)格遵循了“短開(kāi)挖，禁爆破，快支護(hù)，勤量測(cè)，緊襯砌，早成環(huán)”的原則，采取超短臺(tái)階法，用風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開(kāi)挖的施工方法。
當(dāng)圍巖軟弱、松散時(shí)，圍巖變形快，側(cè)壓力大，自穩(wěn)時(shí)間短，初期支護(hù)早期強(qiáng)度不能滿足圍巖穩(wěn)定的要求，甚至開(kāi)挖后便產(chǎn)生圍巖失穩(wěn)坍塌。根據(jù)本標(biāo)段三座隧道圍巖情況，一般情況下，采用超前錨桿的辦法，穩(wěn)定圍巖。當(dāng)覆蓋層較薄，圍巖松散破碎時(shí)，采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)加固（具體開(kāi)挖順序見(jiàn)圖1），其工藝流程見(jiàn)圖2。
通過(guò)上述分析，土質(zhì)I、Ⅱ類圍巖地段的施工步驟如下:
a、 開(kāi)挖（1）部
（1）部開(kāi)挖非常重要，直接影響其它步驟的正常實(shí)施。本部開(kāi)挖每次進(jìn)尺不宜超過(guò)1.5m,開(kāi)挖范圍以同時(shí)滿足人工開(kāi)挖（1）部、施作初期Ⅱ部、并正確使用挖掘機(jī)開(kāi)挖核心土（3）的最小尺寸要求，最大限度發(fā)揮機(jī)械施工效率，減少人工開(kāi)挖作業(yè)量，加快施工速度。（1）部施工時(shí)要保留核心土（3）部。（3）部的作業(yè)即可作為（1）、Ⅱ的作業(yè)平臺(tái)，從力學(xué)角度講，它可以對(duì)II部拱腳形成反壓，穩(wěn)定拱腳，減小拱部下沉。為（1）部施工方便并考慮后續(xù)施工步驟容易實(shí)施，（1）部開(kāi)挖的下部可以最大跨線為限，拱部開(kāi)挖輪廓考慮預(yù)留變形量、鋼架（格柵）的5cm砼保護(hù)層為限，并便于鋼架（格柵）的分節(jié)安裝。
a. 根據(jù)鋼架（格柵）、噴拱部砼.初期支護(hù)II部
根據(jù)圍巖（新、老黃土，紅粘土）的工程地質(zhì)特征，為施工安全，開(kāi)挖后及時(shí)初噴砼5cm盡早封閉巖面，并保證鋼架（格柵）的砼保護(hù)層厚度。
安裝時(shí)，為了盡量減少拱頂下沉，嚴(yán)禁基腳處超挖，且將該處進(jìn)行適當(dāng)夯實(shí)處理，圍巖承載力較小時(shí)，加大鋼板或木板，增加承壓面積。鋼架兩基腳處加鎖腳錨桿。鋼架（格柵）不僅是作為初期支護(hù)之前的施工支護(hù)，而且是復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的一部分，還應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)實(shí)施。
噴砼施工：作為噴錨構(gòu)筑法的一個(gè)重要施工環(huán)節(jié)，還是作為隧道的永久支護(hù)，噴砼對(duì)隧道的順利施工和運(yùn)營(yíng)安全都將起至關(guān)重要的作用。本標(biāo)段三座隧道施工，選用TK—961濕噴機(jī)進(jìn)行濕噴，加入TX—1型液體速凝劑以減少粉塵和回彈。
b. 開(kāi)挖核心土（3）及落中槽（4）
為了（1）、Ⅱ部的施工方便,(3)部的長(zhǎng)度不宜超過(guò)3m。
加快施工速度，采用反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖（3）部，但施工時(shí)，挖掘機(jī)大臂及挖斗嚴(yán)禁碰撞II部。
中槽（4）部可用挖掘機(jī)或裝載機(jī)開(kāi)挖，開(kāi)挖長(zhǎng)度控制在6m以內(nèi),可與(3)部順接,其上、下口寬以保證兩邊墻馬口上、下部寬度≮1.2m,馬口與底部順接。由于黃土隧道開(kāi)挖后，側(cè)壓力較大，所以，中槽開(kāi)挖不宜過(guò)長(zhǎng)、過(guò)寬，確保馬口穩(wěn)定。
d、開(kāi)挖馬口(5)、（7）部及作初期支護(hù)Ⅵ、Ⅷ
為保證（Ⅱ）穩(wěn)定，兩側(cè)馬口開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi)，相距1m。用風(fēng)鎬開(kāi)挖，堅(jiān)持短進(jìn)尺，每次挖1m，自上而下進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)保證兩榀鋼架（格柵）不能同時(shí)懸空，邊挖邊接長(zhǎng)鋼架（格柵）。基腳處做歷實(shí)處理，以期穩(wěn)定。開(kāi)挖完畢，即噴砼封閉巖面。該部施工時(shí)，切不可盲目冒進(jìn)。
e、施作仰拱Ⅸ部
這一步是具體體現(xiàn)新奧法施工的一條重要原則：早日成環(huán)。黃土隧道施工，仰拱對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起至關(guān)重要的作用。由于黃土隧道開(kāi)挖后，變形較大，側(cè)壓力也較大，為防止邊墻內(nèi)擠侵限，按“早成環(huán)”的原則，應(yīng)及時(shí)施作仰拱，封閉結(jié)構(gòu)。仰拱一般緊跟初期支護(hù)，在地下水較多或土層較好時(shí)可拉開(kāi)一定距離，但最大不超過(guò)10%，在含水較大的新黃土地段，應(yīng)先施作仰拱。（4）、（5）、（7）部施工時(shí)不要擾動(dòng)底部（軌面以下），底部隨著開(kāi)挖既施作仰拱，防止施工用水及地下水浸泡基礎(chǔ)。
f、灌注二次襯砌砼Ⅹ、Ⅺ部
二次襯砌的施作時(shí)間，應(yīng)滿足下列條件：各測(cè)試項(xiàng)目所顯示的位移率明顯減緩、各項(xiàng)收斂速度＜0.2mm/d或拱頂位移速度＜0.15mm/d、已發(fā)生的各項(xiàng)位移，已達(dá)到預(yù)計(jì)位移總量的80～90%、初期支護(hù)表面沒(méi)有再發(fā)展的明顯裂縫。根據(jù)三座隧道的土質(zhì)情況，既考慮上述條件，又考慮工期緊的具體情況：采取二次襯砌緊跟，即I類圍巖地段襯砌距掌子面5～6m、Ⅱ類圍巖地段襯砌距掌子面8～11m，Ⅲ類圍巖地段襯砌距掌子面13～15m、淺埋地段應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次襯砌。
2.2.2土質(zhì)隧道III類圍巖開(kāi)挖方式
土質(zhì)III類圍巖地段，在本標(biāo)段主要為老黃土和紅粘土，其施工方法同I、II類圍巖，但開(kāi)挖臺(tái)階長(zhǎng)度可適當(dāng)增加。由于紅粘土具弱膨脹性，開(kāi)挖后不宜暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，為確保安全，開(kāi)挖和初期支護(hù)參數(shù)原則上不能超過(guò)I、II類土質(zhì)隧道開(kāi)挖和初期支護(hù)參數(shù)。
2.2.3 石質(zhì)II、III類圍巖開(kāi)挖方式
羊馬河、關(guān)路坡隧道存在較長(zhǎng)地段上部土層、下部石質(zhì)巖層，部分地段土石界面幾乎與拱部開(kāi)挖輪廓線重合，土石界面處地下水較大。
石質(zhì)II、III類圍巖地段，采用三步短臺(tái)階法開(kāi)挖，人工鉆爆，（1）部由人工倒碴至（3）部再由挖掘機(jī)扒至（5）部，（3
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）部開(kāi)挖的碴也扒至（5）部，隨（5）部將碴一起運(yùn)出。上部土層地段的施工同土質(zhì)I、II類圍巖的施工，下部巖石采用弱爆破。部分淺埋地段采用超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)外，其余均采用超前錨桿預(yù)支護(hù)。施工工藝與土質(zhì)I、II、III類圍巖相同，其施工步驟如下（施工順序見(jiàn)圖3）：
開(kāi)挖（1）部、施作II部初期支護(hù)（含鋼架）、開(kāi)挖（3）部、施作Ⅳ部初期支護(hù)（含鋼架）、開(kāi)挖（5）部、施作Ⅵ部初期支護(hù)（含鋼架）、施作仰拱Ⅶ、二次襯砌Ⅶ。
2.2.4 施工機(jī)械
主要設(shè)備有：挖掘機(jī)、裝載機(jī)、空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)、砼輸送泵、砼輸送車、自卸汽車、砼拌和站、濕噴機(jī)、運(yùn)輸汽車、襯砌臺(tái)車、抗干擾工作平臺(tái)、變壓器、發(fā)電機(jī)，由于兩個(gè)斜井的坡度較大，各增加一臺(tái)20T卷?yè)P(yáng)機(jī)。
2.2.5施工中應(yīng)注意事項(xiàng)
a 、嚴(yán)格執(zhí)行既定的施工原則，不得為盲目追求進(jìn)度，蠻干冒進(jìn)。
b 、為保證襯砌厚度以及襯砌結(jié)構(gòu)不侵限，開(kāi)挖輪廓應(yīng)考慮預(yù)留變形量。預(yù)留變形量初期可按I類圍巖10cm,II類圍巖8cm、III類圍巖6cm考慮。施工過(guò)程中，結(jié)合測(cè)量結(jié)果及時(shí)修正。
3 施工績(jī)效
三座隧道主體工程僅用16個(gè)月，提前合同工期15天。實(shí)際施工時(shí)
間比國(guó)家定額工期節(jié)省14個(gè)月。施工過(guò)程中出現(xiàn)土質(zhì)地段及石質(zhì)I、II類圍巖地段月成洞85m,8個(gè)，土質(zhì)地段平均單口月成洞60m,最高單口月成洞82m.石質(zhì)II類圍巖地段月成洞120m14個(gè)，石質(zhì)III類圍巖地段單口月成洞140m6個(gè)。三座隧道連續(xù)5個(gè)月完成成洞850m以上，最高月完成985m,平均月完成543m。被專家們稱贊為“開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)軟弱圍巖隧道施工的奇跡。
4 體會(huì)和認(rèn)識(shí)
4.1 注重調(diào)查研究，優(yōu)化施工組織，是優(yōu)質(zhì)快速施工的前提
（1）施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查研究隧道所通過(guò)地段的不良地質(zhì)現(xiàn)象，準(zhǔn)確判斷圍巖類別。特別是在具有II級(jí)濕陷性新黃土地段，對(duì)地下水情況應(yīng)做到心中有數(shù)。
（2）根據(jù)軟弱圍巖的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)特征，結(jié)合工期及質(zhì)量要求，確定施工方案及施工方法，確定合理的資源配置。
4.2 重視隧道施工現(xiàn)場(chǎng)管理
（1） 長(zhǎng)大軟弱圍巖隧道無(wú)軌運(yùn)輸施工，通風(fēng)工作至關(guān)重要。
羊馬河隧道、關(guān)路坡隧道共開(kāi)了5個(gè)直徑2m的豎井，從而大大地降低了通風(fēng)困擾施工的難題。
（2）水是控制土質(zhì)圍巖類別的一個(gè)重要指標(biāo)，也嚴(yán)重影響石質(zhì)圍巖的穩(wěn)定性。因此軟弱圍巖隧道施工必須嚴(yán)格控制施工用水及地下水，制定切實(shí)可行的排水措施。
4.3 嚴(yán)格按“新奧法”原則施工
（1） 土質(zhì)隧道按照“短開(kāi)挖，禁爆破，快支護(hù)，勤量測(cè)，緊襯砌，
早成環(huán)“的原則施工。石質(zhì)軟弱圍巖隧道必要時(shí)也只能是弱爆破。
（2） 加強(qiáng)量測(cè)工作。根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工、修改設(shè)計(jì)參數(shù)。
關(guān)于二次襯砌緊跟原則，應(yīng)以量測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合有關(guān)規(guī)范對(duì)圍
巖收斂判定標(biāo)準(zhǔn)。W9標(biāo)三座隧道采取了如下原則：I類圍巖地段襯砌距掌子面（下部）5～6m、II類圍巖地段襯砌距掌子面（下部）8～10m，III類圍巖地段襯砌距掌子面（下部）13～15m；淺埋地段應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次襯砌。實(shí)際施工中可根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，合理安排施工順序，決定開(kāi)挖臺(tái)階拉開(kāi)的距離，指導(dǎo)施工管理。
4.4設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位密切配合
隧道施工受地質(zhì)困素影響極大，開(kāi)挖揭露出的地質(zhì)情況可能千變?nèi)f化，在設(shè)計(jì)階段也不可能全部預(yù)知，因此在施工中要有一個(gè)再認(rèn)識(shí)的過(guò)程。隧道施工一旦進(jìn)入正常生產(chǎn)，各工序銜接緊湊，要求各個(gè)環(huán)節(jié)緊密配合，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。新奧法施工原則強(qiáng)調(diào)“信息化設(shè)計(jì)”程序，施工單位應(yīng)及時(shí)將量測(cè)結(jié)果向設(shè)計(jì)部門反饋；設(shè)計(jì)部門應(yīng)按反饋的量測(cè)信息及時(shí)修正設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)參數(shù)；監(jiān)理部門應(yīng)積極配合，做到設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理一體化。
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