赤竹坪隧道集中破碎带施工技术研究

邱海波

（保利长大工程有限公司，广东 广州 510000）

公路隧道施工环境复杂，易受到集中破碎带的干扰，从现阶段的行业技术发展状况来看，新奥法施工技术的应用较为广泛。新奥法充分融合了岩体力学理论，其支护结构采取的是锚杆和喷射混凝土相结合的方式，有助于控制围岩变形，使其具有稳定性[1-3]。该技术具有工艺成熟、操作便捷的特点。

1 工程概况

赤竹坪隧道起讫桩号为YK137+088.5～YK140+083（ZK137+090～ZK140+100），左线3010m、右线2994.5m，采取分离式双洞4车道建设形式，设计速度为100km/h。该工程中，进出口两处均设为端墙式洞门，内部设置复合式衬砌结构，以喷锚支护的方式形成初支，以模筑混凝土的方式形成该隧道的二次衬砌结构。

隧道地处低山地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程为108～935m，最大高差约827m。山体自然坡度为20～35°，植被发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。隧址区两端洞口附近已有狭窄山路通过，较易拓展为施工便道，通行条件一般。隧道洞身地层为残坡积砂质黏性土层、全～微风化燕山期花岗岩、全～中风化砂岩。根据岩性、埋藏深度及风化程度特征，洞身分为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。受F15、F15-1、F16、F17、F18、F19、F20、F21、F22及WF1的断层或破碎带影响，隧道洞身部分地段围岩等级为Ⅴ级。

2 破碎带特点

隧址区地质构造运动频繁，导致地层发生大幅度活动现象，如错动、扭转等，区域内岩体完整性不足，岩块尺寸普遍偏小，产生大规模的破碎带。自然状态下破碎地层缺乏稳定性，存在坍塌风险，局部易受到地下水影响，安全隐患增加。

3 超前地质预报

3.1 地质雷达以及探测原理

隧道超前预报中所使用的地质雷达通常配有40MHz、100MHz、400MHz和1000MHz四种天线。通常针对探测对象的工程特点以及探测范围和精度，选择合适的工作频率的天线。作为隧道地质预报的常用仪器，地质雷达的特点是分辨率高，擅长于进行大数据量、高密度的连续探测并实时给出彩色波形图，所以比较适合该隧道工程超前探测的需要。

3.2 TSP探测原理

TSP超前预报是利用地震波在不均匀、不连续的质体中产生反射波，实现隧道地质超前预报目标。

地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到弹性波阻抗差异界面时，如断层、岩体破碎带、岩性变化或岩溶发育带等，一部分地震信号被反射回来，另一部分信号透射进入前方介质继续传播和发生反射。

3.3 超前水平钻孔以及探测原理

隧道地质超前水平钻探技术是利用预定钻孔方向的钻机在隧道掌子面前方钻孔进行施工地质调查，通过提取地层岩芯直接观察，从而判断地下岩层性质及地质构造的探测方法。

赤竹坪隧道在集中破碎带施工过程中，先通过地质雷达、TSP探测、超前水平钻孔等方法进行超前地质预报，准确预测掌子面前方的围岩情况，针对不同地质状况及不良地质及时采取相应处理措施，选择合理的施工方案，从而预防可能出现的塌方等事故，确保施工的安全，提高施工效率。

4 新奥法在集中破碎带的应用

4.1 施工工艺流程

超前小导管→开挖→初喷→布设锚杆→挂钢筋网→安装钢拱架→喷射混凝土→监控量测。

4.2 施工工序

（1）超前小导管施工。考虑到围岩破碎地段的特殊性，选择壁厚4mm、长4m的热轧无缝钢管，将其作为该次施工的小导管，按照40cm的间距依次布设在掌子面上。结束对拱部的预加固处理后再组织开挖作业。该工程小导管包含上斜、外斜两种形式，前者在水平方向的投影长度应得到有效的控制，需超过一次进尺的长度。小导管支护方案具体如图1所示。

（2）开挖。采取CD法+上下台阶预留核心土法相结合的方式完成集中破碎带的开挖作业，以现场的围岩情况为依据灵活调整，以挖掘机为主要施工设备，辅以人工作业的方式。①CD法。对于破碎岩段的施工，较合适的是CD法。在结束超前支护作业后方可组织隧道开挖，施工中加强对进尺的控制，及时测量并尽可能减少扰动。根据现场开挖条件，选择单侧壁导坑法，以围岩监测结果为基本判断依据，视实际情况灵活调整预留变形量，正常情况下以12cm为宜。施工中，侧导洞台阶长度设为3～5m，开挖循环进尺稳定在0.5～1m较为合适，形成开挖面后及时组织初期支护作业，必要时可采取松动爆破措施，以便顺利开挖。②上下台阶预留核心土法。此工法在该工程中也取得广泛应用，主要体现在硬质破碎岩段，在结束超前支护作业后随即开挖，正常状况下开挖预留变形量以10cm较为合适，并加强对监控量测结果的分析，以此为依据灵活调整预留变形量。经过开挖作业后形成的台阶总长度控制在8～15m，按照与CD法相同的开挖循环进尺控制标准合理组织施工作业。

图1 S-Va型衬砌结构小导管支护设计图

（3）初喷。结束开挖作业后，若各项指标都满足要求，即可初喷施工，以达到尽早封闭岩面的效果，进而增强围岩的稳定性。对于材料的选择，以普通P.O.42.5R散装水泥为主，使用的中粗砂应满足含泥量≤1%、细度模数2.9的要求，将其作为初喷的细集料；选用5～15mm连续级配碎石，作为该次施工的粗骨料；为改善混凝土性能，向其中掺入适量速凝剂，拌和并形成混凝土后，将其用于初喷作业。

（4）中空注浆锚杆。该工程选择的是φ25mm中空注浆锚杆。首先钻锚杆孔眼，满足孔径、深度等方面的要求后使用高压风清理，去除内部残留的岩屑，再将符合规范的杆体置入其中，注浆后再通过焊接手段连接锚杆与钢筋网。组织锚杆抗拉拔试验，以便分析注浆施工情况。中空注浆工艺流程具体内容如图2所示。

图2 中空注浆施工工艺流程

（5）钢筋网。根据设计要求，钢筋网片的加工过程中首先要将其制成2m×1m网片，转移到现场后再拼接成型，此时要控制好钢筋搭接长度。考虑支护岩面的平整状况，合理铺设钢筋网，两者形成的间隙以4cm较为合适，钢筋网片间所形成的连接处可通过点焊的方式稳定连接，使其维持稳定状态而不发生晃动[4]。

（6）拱架制安。以设计图纸为依据，精确控制分段下料长度，再将其组装成型。通过试拼掌握总体施工状况，灵活调整不足之处。选择指定的加工厂，按照设计图纸完成所有拱架基础构件的安装作业，通过螺栓连接的方式形成完整的主洞拱架和侧导拱架，两者再采用角钢焊接。在洞内安装到位后，组织初喷砼施工作业，并焊接定位筋。拱架拱脚要具有稳定性，需在平整性较好的基础上设置。

（7）喷射砼施工。初期支护施工选择的是C25早强混凝土，按照配比要求在拌合楼生产，再转移到施工现场。经过开挖作业后即可组织初喷，尽量缩短岩面的暴露时间，在完成锚杆、挂网和拱架的安装作业后，组织复喷，以便形成完整的受力体系，有效维持围岩的稳定性。

（8）监控量测。做好监控量测工作是施工中的重要环节，主要考虑的是隧道断面，明确该处发生的收敛情况，具体包含拱顶下沉、地表沉陷以及周边位移。对此，要在各监测结果的内轨顶面处布设测点。

4.3 主要技术成果及创新点

（1）通过对破碎围岩的准确判别、分类及归纳其特性，采取相对应的支护参数。

（2）通过总结国内外经常采用的软弱围岩的预加固技术，并对每种预加固技术的优缺点进行比较，最终结合赤竹坪隧道集中破碎带的工程特点，确定了集中破碎带的隧道预加固方案。

（3）通过研究，形成一套“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的完整施工工序。

（4）创新点：采用新奥法作为在隧道集中破碎带施工中的有效手段，可以避免工程潜在隐患和安全事故的发生，为安全质量问题提供依据和帮助。新奥法针对地质条件和施工情况等进行设计优化，能寻求最大的经济效益和避免质量、安全事故的发生。

5 结束语

综上所述，文章以赤竹坪隧道工程项目为基本背景，考虑到集中破碎带的特殊性，选择新奥法展开施工作业，营造了安全的施工环境，具有积极意义。新奥法是隧道工程建设中的典型方法，施工单位在应用时要以地质条件为依据，灵活调整工艺参数，在满足工程质量要求的前提下尽可能提高项目的经济效益。