富水软弱破碎岩层隧道固结开挖施工技术

张 英

（中交一公局西北工程有限公司，陕西 西安）

引言

富水软弱破碎岩层隧道的地质环境较为复杂，其中存在的施工安全隐患以及风险来源也较多，该种情况下，施工人员则需要对隧道的实际情况进行分析掌握，确定富水软弱破碎岩层隧道的特点，判断其中施工风险的来源点，在此基础上制定固结开挖施工方案，通过这种方式提高隧道施工水平，为今后隧道的有效运用实施提供条件。

1 施工概况

本次以凤兴隧道作为主要研究对象进行施工分析，该隧道属于短隧道，进出口都使用端墙式洞门，该项目的位置在北回归线附近，属于亚热带季风气候，极端最高温度能够达到39.3 ℃，极端最低温度为-2.9 ℃。降水量较为充足，年平均降水量在1 361.2～2 039.4 mm 之间，其中5-6 月份是降雨的旺季。从地质条件分析中能够看出，项目建设范围之内地表水处于不发育状态，地表水不会对隧道产生影响。在隧道地下水分析中，地下水属于基岩裂隙水，主要形成原因为大气降雨的渗透以及上层孔隙水的渗流等，在干旱季节，地下水几乎不存在，具体施工概况见表1。

表1 隧道概况

在地质结构方面，根据区域地质资料，隧道区无区域性断裂构造存在，区域地质稳定性好。根据区域地质资料并结合地质调绘成果，隧址区岩层产状、节理和裂隙变化不大，下伏基岩为白云岩，以中厚层～厚层状构造物为主。根据地质调查，隧道所穿越山体岩层为单斜构造，岩层产状为25°/NE＜52°。地震参数中，根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2015) 划分，勘查区地震动峰值加速度为0.05 g，对应基本烈度为VI，地震动反应谱特征周期为0.35 s。在施工安全方面，禁止发生突发环境事件、禁止发生职业病危害责任事故，事故隐患整改率达到100%[1]。质量建设要求需要达到以下几点：

（1） 分项、分部工程一次检验合格率100%；工程竣工验收合格率100%，优良率大于95%,合同履约率100%，顾客满意率度100%，一般及以上质量事故0。

（2） 施工工艺质量符合国家、交通部颁发的施工规范及施工技术规则、施工安全规则要求的标准。

2 富水软弱破碎岩层隧道固结开挖施工技术

富水软弱破碎岩层隧洞围岩阶段属于小净距隧道，针对这一情况，可以将隧道分为三个阶段，每个阶段对应的施工技术不同，通过这种方式确保施工技术质量，同时实现施工技术的针对性运用，具体为：

（1） Ⅴ级围岩浅埋硬质岩段先行洞采用CD 法施工。开挖进尺Ⅴ级围岩浅埋衬砌段宜控制为0.6～0.8 m，台阶长度8～10 m。

（2） Ⅳ级围岩硬质岩浅埋段先行洞可采用上下台阶法开挖。一般开挖进尺Ⅳ级围岩浅埋衬砌段宜控制为0.8～1.0 m，台阶长度10～15 m。

（3） Ⅲ级围岩采用上下台阶法或全断面法开挖。

2.1 CD 法施工技术

Ⅴ级围岩浅埋硬质岩段先行洞采用CD 法施工（见图1）。开挖进尺Ⅴ级围岩浅埋衬砌段宜控制为0.6～0.8 m，台阶长度8～10 m。

图1 CD 施工技术

在实际实施中，第一，使用钢架运用在隧道拱部180°的范围中，实施超前注浆支护工作，并在①的位置进行临时支护施工，在表面上喷射4 cm 厚度的混凝土，同时安装钢筋网，建立支护钢架以及临时钢架。第二，对②部位置进行开挖，修整表面的同时，喷射4 cm 厚度的混凝土，同时安装相应的钢筋网片。安装长期支护钢架以及临时钢架。第三，在开挖③位置的过程中，实施初期支护以及临时支护施工，与①的施工顺序相同，而在④部施工位置中，与②的施工顺序相同。完成上述施工之后，对项目的实际施工情况进行监督检测，按照顺序拆除临时支撑，每次拆除的长度在10 m 之内，状态稳定之后，在隧道仰拱底部位置敷设细石混凝土防水保护层，并根据要求的情况进行整幅灌注工作。在拆除中间支护系统的过程中，需正确认识拆除工作对接下来施工可能产生的影响，并且通过围岩监测的方式确定拆除时间，围岩变形如果在正常允许的范围之内，在确定拆除安全性之后，则可以开始拆除工作，并且及时跟进接下来作业的开展情况[2]。

2.2 上下台阶施工技术

Ⅳ级围岩硬质岩浅埋段先行洞可采用上下台阶法开挖。一般开挖进尺Ⅳ级围岩浅埋衬砌段宜控制为0.8～1.0 m，台阶长度10～15 m（示意图见图2、图3）。在运用该施工技术的过程中，可以将其分为两部分内容进行，第一为上台阶开挖法，在完成测量放线之后，可以先通过钻爆法对下台阶进行开挖工作，完成隧道开挖工作之后，开展初期支护施工，打设Φ22中空锚杆，铺设Φ8@25 cm×25 cm 钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。第二为下台阶开挖法，在完成测量方向之后，通过钻爆法进行下台阶开挖，再测量放线，使用人工钻孔的方式完成初期支护，初期喷射混凝土的厚度为4 cm，在完成钢筋网铺设之后，将复喷混凝土的厚度增加到设计厚度标准中。第三，底部开挖阶段，完成底部开挖之后及时开展支护工作，在初喷阶段确保其达到设计厚度，确保能及时完成封闭成环。在上台阶施工架设钢架阶段，通过锁脚锚的方式，对围岩支护变形情况进行有效控制。在岩体不稳定的情况下，可以利用缩短进尺的方式，在必要情况下，上下台阶开挖过程可以分为左右两部分进行[3]。

图2 上下台阶法施工工序横断面

图3 上下台阶法施工工序纵断面

2.3 全断面法施工技术

Ⅲ级围岩采用上下台阶法或全断面法开挖（见图4），全断面开挖主要是根据设计断面，采用一次开挖成型的方式进行开挖，再实施支护和衬砌隧道开挖技术。该种施工技术在实施中，必须根据隧道断面的实际情况、围岩地质条件以及机械设备情况确定。在施工初期支护阶段，需要严格落实施工图纸的设计情况，确保施工的有效性和稳定性。具体施工环节包括以下几点：

图4 全断面开挖工艺流程

第一，施工技术人员对钻孔位置进行初步标记，根据工作面的开挖断面，使用人工配合的方式，固定台架，尽量设置在操作较为便利的位置中，方便钻爆人员进行操作。

第二，隧道正式开挖之前，需根据施工项目的地质情况、开挖方法以及钻孔机具等情况进行钻爆设计，其中钻爆设计的内容主要为布置钻孔，确定钻孔的数量、深度以及角度等，确定起爆的方法和顺序。

第三，隧道爆破采用光面爆破的方式，通过试验的方式确定参数，如果并不具备试验条件，则可以根据表2 的参数进行爆破。

表2 光面爆破参数

第四，根据爆破设计实际要求以及钻孔位置，施工人员可以使用YT-28 气腿式凿岩机完成钻孔工作，根据钻进速度、围岩软弱程度等，对供风量以及供水量进行及时调整，保证钻孔位置的准确性。在间隔装药阶段，确保药量能够均匀分布，眼口使用炮泥填堵[4]。

第五，通风施工，隧道施工中，通风方式需要根据掌子面掘进的深度决定，选择压入式、混合式以及压出式的方式进行。在实际施工中，可以优先选择压入式通风方法，该种方法在实际使用的过程中，具有较大的射程，并且冲淡炮烟的效果较好，操作难度小，只需要一根延长通风管就能完成。在长距离通风过程中，尽量使用串联式流风机，该类型流风机的风压较大（见图5）。在通风机口200～300 m 之间使用负压风管，剩余使用漏风率较低，并且内摩擦阻力较小的高强软风管。通风检查工作需要从最低允许风速、最多允许工作人员数量以及排除炮烟的角度出发。

图5 隧道通风布置示意

第六，监控测量，在对隧道施工进行监控测量的过程中，需安排专业人员完成该项工作，同时建立施工质量管理体系，在初期支护阶段，根据测量方案，针对断面和测量点的布置情况进行监控，在完成初期支护之后，采集初始测量数据，并且根据测量方案中的具体要求开展后续工作，对测量数据信息进行分析整理的同时，对施工现场的工作展开指导。通过这种方式对现场施工情况进行灵活调整，掌握围岩的实际变化情况，为接下来施工的良好开展提供条件[5]。

3 结论

综上所述，针对富水软弱破碎岩层隧道，开展固结开挖施工中，需要对其中的施工技术进行有效控制，确保各项技术在富水软弱破碎岩层隧道施工中能得到良好运用。尤其是固结开挖技术在实际实施的过程中，其中涉及到的内容较多，影响因素也较多，为了确保最终质量，则需要从各个施工技术入手，实现技术优化，降低施工中存在的安全风险以及事故发生概率等，为今后富水软弱破碎岩层隧道施工的良好发展提供条件。