圆梁山隧道进口深埋软岩段施工技术探讨

摘  要  系统介绍了圆梁山隧道DK352+775-DK．353+275深埋软岩段开挖、支护施工过程中采用的技术措施，在开挖爆破、超挖控制、洞身稳定、初期支护、安全防护等方面进行了理论联系实际的探讨，为类似工程施工提供了可借鉴的经验。

关键词  深埋软岩段施工  技术探讨

 

    渝怀线圆梁山隧道全长11 068m，其进口端DK352+775-DK353+275段为深埋高地应力段，围岩呈深、浅灰色薄层至中厚层状，以软弱泥岩为主，局部夹杂脆硬性泥质灰岩，构造单元为毛坝向斜西翼，属单斜构造，构造节理较发育；该段埋深为450-780m，属于深埋段，开挖后围岩由于应力释放而发生较大的变形现象。

    主要工序及施工时间如下：

    ①放炮、通风、找顶：0.5h

    ②出碴：3h

    ③移台架、找顶、初喷混凝土：1h；

    ④掌子面开挖钻孔、装药，后部打锚杆孔、锚杆安设、挂网，平行作业：2.5h

    ⑤复喷混凝土至设计厚度：1h

    ⑥进入下一循环。

    8个小时一循环，每天3个循环，每循环2.0m，每天进尺6m，月进度180m。参见施工作业示意图1。

3.1  采用光面爆破技术

    采用浅孔光面爆破，降低一次爆破用药量，尽可；能减少爆破对围岩的影响；采用“短进尺、弱爆破、多循环、早支护”的作业方式，每循环进尺2m，减少作业循环时间，以便及时对围岩进行支护。爆破参数见表1。

    采用以上爆破设计进行现场施工，收到良好的效果。

3.2  利用超前锚杆进行支护

    该段设计为全断面开挖，且没有设计超前支护，但从实际开挖情况看，开挖后因地应力作用，拱部坍塌掉块现象严重，造成0.5m-1.0m的超挖，故决定施作超前锚杆支护。实践证明，超前锚杆对控制拱部坍塌作用明显。超前锚杆参数为：直径22，L=3m，环向间距0.9m，纵向2m／环；因该段围岩为薄层至中厚层状泥岩，拱部岩层近于水平，层间错动明显，施工时加大了外插角，让超前锚杆起到“连续梁”的作用。经实际效果检验，外插角以25度为宜。如外插角过小，锚杆几乎顺着层面插入围岩，将使该层面较薄弱，在开挖震动时该层面以下会全部坍落，造成较大超挖，见图2。

3.3  优化开挖断面

    该段在开挖放炮后，发生较大变形，拱部不时发生坍塌掉块现象，放炮后1个小时内尤为严重。虽及时喷射混凝土4cm-5cm，但喷射混凝土与岩石一同掉落，起不到任何作用；渣出完后(3h)，台架到位，自大跨线到拱顶部位的围岩均发现存在较大裂纹，找顶(用铁钎敲击)后岩石发生塌落，造成20cm-50cm的超挖。针对这一现象，决定优化开挖断面，预留人工修整层，具体方法为：

    ①大跨线以上打钻时周边眼收眼lOcm-30cm作为人工修整层；

    ②出碴完毕，台架到位后，撬掉所有危石，人工修整至设计开挖断面。

    采用喷(初喷4cm) →锚(按设计打直径22锚杆)→网(按设计挂网) →喷(复喷混凝土至设计厚度8cm)联合支护。

4.1  初喷混凝土施工

    开挖放炮后找顶，及时处理危石，但由于地应力的作用，围岩变形持续发展，拱部掉块不断，边墙围岩剥落开裂，在刚进入段时，按常施工，坚持“及时初喷”的原则，按设计初喷C20混凝土4cm，因地应力太大，围岩发生持续变形，1h后初喷混凝土基本被全部破坏，随同围岩一同坍塌剥落；埋设量测点，经量测，3h-4h后基本达到稳定。鉴于此，改变施工方案，在出碴完成后初喷，利用接轨道、走台架的时间，喷射混凝土料及相应设备到位，台架到位后及时进行喷射混凝土施工。

    对初喷混凝土配合比进行优化，确保初喷混凝土早期具有足够的强度。喷射混凝土的配合比见表2。

    经实际检验，效果较好，能够满足安全需要。

4.2  砂浆锚杆

    在初喷混凝土的保护下，对洞身大跨线以上设置砂浆锚杆，沿径向打入(对组合状岩层，垂直层面打人)，确保砂浆饱满，考虑到处于深埋段，且围岩节理及层间错动发育，特设置加长系统锚杆，锚长度3.5m，锚杆端头设丝扣、挡板、螺帽(见示意图3)。砂浆锚杆的设置间距为：纵向100cm×环向150cm，梅花型布置，结合钢筋网，有效抑制了坍塌掉块的发生。

4.3  钢筋网的设置

    该段施工时拱墙网喷C20混凝土厚8cm，网片规格为：直径8mm，20cm×20cm。施工时，钢筋网紧贴岩面，利用锚杆挡板固定，网片之间搭接l0cm-20cm；经实践检验，此种地质条件下采用喷—锚一网一喷联合支护，能够有效避免由于应力太大加之围岩节理发育、破碎而发生的喷射混凝土开裂剥落并随同岩块一同掉落的现象，保证了施工安全。

4.4  复喷混凝土

    常规的隧道施工中，经常出现累计3个-5个开挖循环才复喷的现象，目的是减少工序转换，提高工效。经实践检验，此种地质条件下每个循环的复喷必须及时进行，不得拖延，否则会发生因应力作用导致初喷混凝土与围岩碎块剥落现象，危及施工安全。复喷混凝土必须密实，表面平顺。

4.5  初期支护效果评价

    支护完毕后，埋设量测点进行量测，经量测分析，初支后一个月洞室基本稳定；经过观察，初支虽有局部裂纹，但无进一步发展之势，支护效果良好。

    ①每循环放炮后，为了防止岩层中夹杂的局部硬岩因应力作用射出伤人，应及时对围岩洒水释放应力。

    ②放炮后，加强掌子面的照明，进行充分找顶；在出碴过程中，由于应力作用围岩还会剥落，故应坚持随时找顶，确保机械与人员的安全；开挖钻眼过程中，也应坚持随时找顶，防止应力作用而产生的新危石伤人。

    ③锚杆施工必须在初喷混凝土完成后进行，孔径、孔深符合设计要求，且保证砂浆饱满。对于层间错动发育段，必须加密锚杆布置，确保不发生坍塌事故。

    ④网片间交错布置，搭接l0cm-20cm，与锚杆绑扎牢固，且紧贴岩面。

    ⑤初支完成后，应加强观察与监控量测，出现异常立即处理。

    ①采用“全断面、短进尺、多循环、紧支护”作业原则开挖此种不良地质条件下的隧道，既可以保证施工安全，又可以保证施工进度，较“短台阶法”作业减少了工序转换，且有利于快速出碴，提高了工效；

    ②采用光面弱爆破，拱部配以必要的超前支护且预留人工修整层，对控制该类地质条件下围岩的超挖作用明显，取得了良好的经济效益；

    ③在该类地质条件下出碴后才初喷虽违反常规，但对控制软岩的持续变形作用明显，避免了不必要的浪费，节约了材料；

    ④在该类地质条件下必须坚持“一茬炮一复喷”，确保放炮后不坍塌、掉块，以免引起新的超挖；

    ⑤采用桫，、插角超前锚杆支护，并且在复喷混凝土完成后才放炮，可以避免放炮后产生大的坍塌现象；

    ⑥对该类地质条件下大跨线以上必须严格采用喷--锚--网--喷联合支护，杜绝马虎应付的施工行为，才能保证初支后洞室的安全；采用加长系统锚杆(长度为3.5m)对围岩形成大固结圈，对防止高地应力作用下的围岩变形、坍塌现象作用尤其明显；

    ⑦在出碴以及开挖钻眼过程中，坚持随时找顶，防止应力作用而产生的新危石伤人，是该类地质条件下洞室安全施工的关键所在；

    ⑧施工中加强监控量测，并加强对初期支护的观察，及时反馈，发现问题及时采取措施，对防止该类地质条件下坍塌极为重要。

    参考文献

1  中华人民共和国铁道部．TBl0204—2002铁路隧道施工规范[S]．北京：中国铁道出版社,2002