膨胀性围岩隧道施工技术分析

GXF360 2017-09-19

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膨胀性围岩隧道施工技术分析

孙伟

（平泉市交通运输局，河北平泉 067500）

摘要：结合河北省张家口至承德高速公路承德段膨胀性围岩隧道施工基本情况，分析了膨胀性围岩的特点，介绍了施工工艺流程及技术要点，然后提出有效的施工技术措施，主要包括超前支护、隧道开挖、支护施工、仰拱施工、衬砌施工、监控量测、施工管理等内容。采取上述措施不仅顺利完成施工任务，还确保工程质量，类似膨胀性围岩隧道施工可以从中得到启示与借鉴。

关键词：膨胀性围岩；隧道；支护；仰拱

0 引言

膨胀性围岩不仅具有吸水膨胀，失水干缩的特征，而且变形量大，容易受外界因素扰动。在隧道工程施工中，如果忽视加强质量控制，容易导致质量问题发生，甚至引发安全事故，降低工程效益。因此施工单位应该根据膨胀性围岩隧道工程的特点，制定有效的施工方案，把握技术要点，顺利完成施工任务，保证工程质量。本文结合具体工程实例，就如何落实膨胀性围岩隧道施工技术，加强质量控制提出相应对策，希望能为类似工程施工提供参考。

1 工程概述

为确保膨胀性围岩隧道工程质量，施工单位首先注重把握技术要点，加强现场勘察设计，根据膨胀性围岩隧道工程特点，制定完善的施工技术方案。

1.1 工程基本情况

河北省张家口-承德高速公路承德段起点位于承德双滦区，终点位于丰宁县张营子村东，路线全长130.233km。全线特长隧道3座12961m，长隧道2座4091m，中隧道1座767.5m。全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度100km/h，整体式路基宽26.0m，分离式路基宽13m，桥涵设计汽车荷载采用公路Ⅰ级，抗震设防裂度为Ⅵ度。整个工程施工中，隧道施工是非常关键的内容。施工现场调查发现，隧道主要为膨胀性围岩隧道，是施工质量控制的重点与难点。为此，施工单位注重完善方案设计，把握技术要点，确保膨胀性围岩隧道工程质量。

1.2 膨胀性围岩的特征

膨胀性围岩具有明显的吸水膨胀，失水干缩特征，岩石中灰白色石膏灰岩的含量越高，膨胀量越大。开挖之后，膨胀性围岩逐渐干燥失水，进而可能引发干缩开裂现象。如果再受雨水侵蚀，围岩便会膨胀崩解。一般干燥失水越多，遇水之后的膨胀量会越大。膨胀性围岩的变形量大，容易受外界因素扰动。围岩本身具有蠕变性和松弛性特征，岩石具有膨胀性特点，遇水易软化，隧道施工振动、邻近隧道施工扰动等，都会影响膨胀性围岩的稳定性。总之膨胀性围岩的抗外界扰动能力差，是工程质量控制的重点与关键。为有效应对这些缺陷，应该根据膨胀性围岩的特点，有针对性的采取质量控制措施。

2 膨胀性围岩隧道施工工艺流程及要点

在把握膨胀性围岩隧道工程特点的前提下，为保证工程质量，应该明确工艺流程，把握施工技术要点，为现场施工顺利进行创造条件。

2.1 工艺流程

膨胀性围岩隧道施工中，首先进行施工现场勘察，初步判定石膏岩质并取样试验分析，分析岩土膨胀性的危害性。然后有针对性的采取二次衬砌支护措施，重视排水设计，利用钢筋混凝土结构加强施工现场质量控制，提高混凝土强度等级，进而增强膨胀性围岩的抗渗和抗裂性能，有效保障工程质量。具体来说，膨胀性围岩隧道施工工艺流程如下：超前支护→隧道开挖→支护施工→仰拱施工→衬砌施工→监控量测。施工中需要严格把握工艺流程，加强质量控制，防止质量缺陷发生，进而确保膨胀性围岩隧道工程质量和效益。

2.2 施工要点

为保证工程质量，膨胀性围岩隧道施工中，应该详细调查隧道所处围岩的地质状况和分布情况，施工和隧道运行中加强围岩、衬砌的动态监测，防止质量和安全事故发生。在对膨胀性围岩处理时，首先应该探究围岩膨胀的成因，结合现场具体情况对围岩进行加固。结合该工程具体情况，膨胀性围岩隧道施工中主要采取以下措施：注重超前及径向注浆，提高围岩强度，减小有害位移，降低围岩压力。设置柔性变形层，允许围岩存在一定的变形量，适当加大膨胀围岩地段的预留变形量，仰拱底部设置碎石粉煤灰吸水变形垫层，预防仰拱开裂现象发生[2]。重视隧道内部排水管理，完善排水设施，增强混凝土抗渗等级，避免水流渗入隧道结构内部。此外，施工中还要注重加强初期支护，减小围岩变形，预防坍塌现象发生。尽量采用全断面开挖法，开挖后尽快封闭围岩，减少围岩吸水膨胀，避免膨胀性围岩隧道出现坍塌等安全事故。

3 膨胀性围岩隧道施工技术措施

在明确工艺流程和施工技术要点的前提下，施工单位注重根据膨胀性围岩隧道现场施工情况，落实各项技术措施，进而有效保障工程质量。

3.1 超前支护

超前支护用砂浆锚杆，锚杆环向间距40cm，外倾角10°～15°。同时还要确保锚杆搭接长度不小于1.0m，尾端焊接在系统锚杆尾端。

3.2 隧道开挖

首先开挖导坑上半部分断面，进行导坑拱部初期支护，然后开挖导坑下半部分断面，进行导坑边墙初期支护。膨胀性围岩开挖采用短台阶法施工，台阶长度在10～15m之间，加强上半部断面与基础锚杆工程质量控制，初期支护稳定后进行二次衬砌施工。

3.3 支护施工

该膨胀性围岩隧道施工中，采用锚、网、喷、钢架联合支护方式。钢支撑由16个工字钢组成，各段用螺栓连接，将工字钢焊接在钢板之上。采用双面焊接形式，焊缝厚度不小于5mm，钢支撑纵向间距1.0m，拱部与边墙钢支撑连接处设置2根锚杆作为锁脚锚杆，锚杆长3.0m[3]。系统锚杆呈梅花型布置，然后喷射C20混凝土，厚度在22cm之间。

3.4 仰拱施工

仰拱紧跟开挖作业面施工，采用预裂光面爆破施工方式，开挖后立即支护，绑扎钢筋，浇筑仰拱混凝土。仰拱采用全幅施工方式，每次施工长度在3m以内，仰拱上部设置双层钢筋网，增强其刚度。

3.5 衬砌施工

合理把握施工时间，一般在围岩变形减缓后进行衬砌施工，常用钢模台车整体式施工方式。隧道衬砌使用45cm厚的双层钢筋网，喷射C25混凝土，增强衬砌厚度，提高结构的安全性与稳定性。

3.6 监控量测

隧道施工中必须重视监控量测，详细掌握围岩动态，通过监测信息分析围岩的变形情况，确定最终变形量和衬砌施工最佳时间。适当修正初期支护参数，提高支护效果。每次开挖后应该观察工作面，发现围岩条件恶化时立即采取修复措施。对于已经施工的隧道路段，每天至少观察一次，掌握喷混凝土、锚杆、钢架的工作状态[4]。重视围岩监控测量的读数工作，详细了解隧道施工沉降基本情况，对存在的不足及时采取修复措施。

3.7 施工管理

除了遵循上述工艺流程，把握质量控制要点外，还应该落实施工管理措施，完善施工方案设计，合理组织施工，进而实现对膨胀性围岩隧道变形的有效控制，保证支护结构稳定可靠。要严格组织每道工序施工，注重不同工序间的协调及衔接配合。隧道开挖后及时清理危石，合理架设钢架，挂设钢筋网，喷射混凝土，防止膨胀性围岩变形过大。采用科学的施工方法，选择无爆破作业的机械开挖方法，人工配合修整。采用留核心土环形开挖法，让支护结构及时闭合成环，促进支护效果提升。施工中按要求布置测点，加强施工监测，及时掌握监测信息。一般每5m设置一个监测点，每天监测2～3次。施工中还要加强用水量控制，设置完善的排水系统，将施工废水及时排出。落实安全管理措施，注重地质预报和监控量测，熟练处理卡钻、顶水、喷孔等现象，保证现场施工安全，实现对膨胀性围岩隧道工程质量的严格控制。

4 膨胀性围岩隧道施工技术效果

该隧道工程施工中，把握上述工艺流程，落实上述施工技术措施，不仅顺利完成隧道施工任务，还取得良好效果。施工任务完成后，通过质量检测与验收，各项指标合格，满足工程质量控制要求。同时还保证施工进度，防止延误工期的情况发生。目前该隧道工程已经通车运行了将近两年，质量状况良好，没有出现裂缝、渗水漏水等质量问题，为车辆安全顺利通行奠定基础，类似膨胀性围岩隧道施工可以从中得到启示与借鉴。