隧道围岩加固施工方案

隧道围岩加固施工方案我作为有十多年隧道施工经验的项目技术负责人，几个月前负责的某山区高速公路隧道出口段，开挖并完成初期支护后，监测发现连续一百多米段的拱顶沉降、边墙收敛都超出了规范允许的预警值，围岩裂隙发育还伴随少量渗水，自稳能力远低于勘察设计的预期。为了保障后续施工安全，也为了隧道交付运营后的长期稳定性，我们联合设计、监理单位先后三次进场踏勘，开了四次专题研讨，最终结合现场实际情况调整制定了这套针对性的围岩加固施工方案，方案既符合行业规范要求，也兼顾了项目工期和成本控制，现将完整方案梳理如下。1工程概况与加固必要性分析1.1项目基本情况我们这次要加固的段位于隧道出口进洞方向一百二十米范围内，原设计该段为Ⅳ级围岩，实际开挖后发现，围岩是风化程度很深的砂质板岩，节理裂隙把岩体切成了大小不等的碎块，局部还存在软弱夹层，拱顶位置时不时有小块掉块，边墙位置有两处线状渗水，开挖后初期支护采用了钢拱架加喷锚网的设计，施工完成后我们按要求每天监测，不到一个月，拱顶最大累计沉降达到了12厘米，远超设计要求的8厘米预警值，边墙最大收敛也到了9厘米，变形速率虽然逐步放缓，但还没达到稳定标准，必须做加固处理才能推进下一步的仰拱和二衬施工。那段时间我天天泡在洞里面看监测点，看着数据一点点往上跳，说不慌是假的，干隧道这么多年，我最清楚围岩不稳的后果，哪怕一点小变形没处理好，后期都是大麻烦。1.2加固施工的必要性首先从施工安全来说，当前变形已经超标，如果不加固就继续往下开挖进洞，很可能出现初支开裂甚至大面积垮塌，会直接威胁现场施工人员的生命安全。其次从长期运营来说，如果带着变形做二衬，二衬结构承受的围岩压力会远大于设计值，用不了几年就会出现开裂、掉块，后期维修不仅成本高，还会影响高速公路通行安全。最后从项目推进来说，变形不稳定，监理和业主都不会同意我们进入下一道工序，拖工期的损失反而比加固成本更高，综合来看，这次加固是必须要做的，而且必须做扎实，不能留任何隐患。2方案选型与施工前期准备明确了必须加固的核心需求后，我们对比了好几种常见的加固方案，最终敲定了适合本项目的方案，也提前把所有准备工作落实到位，避免施工中途出乱子。2.1加固方案选型论证最开始我们考虑过全断面径向注浆，这个方案加固效果确实好，但成本太高，整个段做下来要多花近两百万，工期也要多拖一个多月，不太符合项目的整体进度要求；后来也考虑过换填，可我们已经开挖完成做好初支了，换填需要挖掉现有初支和破碎围岩，风险太大，很容易引发大变形；最后我们结合本项目只是局部拱顶、边墙围岩破碎，基底承载力不足的特点，提出了“拱顶径向锚杆注浆+边墙小导管注浆+基底补注浆”的组合加固方案，只针对变形超标的区域加固，不需要全断面处理，既降低了成本，缩短了工期，也能完全解决围岩不稳的问题，我拿着方案跟设计代表沟通了两次，对方也认可了我们的调整，觉得这个方案针对性更强，性价比更高。2.2施工前期准备工作2.2.1技术准备我们首先把所有监测点重新复核了一遍，整理出了每个断面的变形数据，根据变形大小把加固区域分成了三个等级，变形越大的区域布孔越密，然后画了详细的现场布孔图，每个孔的位置、深度、角度都标得清清楚楚。之后给施工队做了三级技术交底，我自己还给带班的班长和几个技术工人单独讲了两个小时，把哪些位置要控制注浆压力，哪些位置不能乱钻孔讲得明明白白，我总觉得交底多讲一遍，现场就少出一次错。2.2.2人员与设备准备我们专门配了一支有过多次围岩加固经验的施工队伍，一共18个人，分为钻机班、注浆班和监测班，每个班组都有老工人带头，避免生手操作出问题。设备方面配了三台潜孔钻机、两台高压注浆泵、一台强制式搅拌机，还有配套的压力记录仪、风管水管，提前让机修班把所有设备都检修了一遍，易损件比如钻头、密封圈都备足了库存，就怕施工中途设备坏了耽误事，之前我在别的项目就碰到过钻头坏了没备用，停工等了一天，那种滋味太难受，所以这次我特意要求机修班每天下班都要检查一遍设备。2.2.3材料准备注浆用的水泥我们选的是42.5级普通硅酸盐水泥，速凝剂和水玻璃也都是正规大厂的产品，所有材料进场都要查合格证，还要送到第三方检测机构送检，不合格的直接拉走，绝对不允许进场。水泥堆在洞外的料棚里，我特意跟材料员说，一定要盖好防雨布，天天检查有没有受潮结块，之前有一次就是因为水泥受潮结块，注浆的时候堵了管，折腾了半天才疏通，还浪费了不少材料，所以这个细节我盯得特别紧。3现场加固施工工艺及流程所有准备工作都通过了监理的验收，我们才正式开始进场施工，施工顺序我们特意定好了，不能图快乱抢进度，得按部就班来。3.1总体施工顺序我们制定的总体顺序是“从变形最大的段往变形小的段推进，先加固拱顶、再处理边墙、最后加固基底”，之所以这么安排，就是为了逐步调整围岩的应力，避免一下子扰动太大，导致变形进一步加大。我跟施工队反复强调，绝对不能从两头往中间施工，更不能先做基底再做拱顶，那样很容易把原本已经形成的应力拱破坏，引发更大的变形，干我们这行，顺序错了，做得再多都白搭。3.2分部位施工工艺要点3.2.1拱顶破碎围岩径向锚杆注浆加固布孔按照环向间距80厘米、纵向间距100厘米布置，每个孔的深度要求钻入原破碎围岩4米，钻孔方向要顺着岩面的法线方向打，保证锚杆能深进到稳定岩体里。碰到局部掉块比较严重的位置，不能强行钻孔，得先喷10厘米厚的C20混凝土把掉块面封闭，等一天混凝土强度上来了再钻，我记得当时有一段拱顶掉了半方多碎石，就是这么处理的，不然孔口容易塌，根本成不了孔。钻完孔之后要用高压风把孔里的石渣和粉尘都吹干净，不然注浆的时候石渣堵了溢浆孔，注不实就会留隐患。然后安装φ42的无缝钢管锚杆，钢管管壁每隔15厘米钻一个溢浆孔，孔尾留15厘米不钻孔做止浆段，插进孔里之后，用快硬水泥把孔口封死，等封口袋的强度上来了再注浆。注浆压力控制在0.5到1.0兆帕，从拱脚往拱顶顺序注，注到相邻孔冒出浓浆就可以停注，或者压力升到1.5兆帕之后稳定五分钟也可以停，我那天在现场盯班，有个工人想快点干完，把压力开得太大，我老远看见压力表超了，赶紧喊停，压力太大很容易把原来的初支撑裂，那可就是大问题了。3.2.2边墙软岩渗水段小导管注浆加固边墙位置围岩偏软，还有渗水，我们用的是φ50的超前小导管，长度5米，布孔间距和拱顶一样，环向80厘米纵向100厘米，钻孔的时候向下倾斜10度，既方便浆液扩散，也能引导渗水流出。钻完孔清孔之后插入小导管，孔口同样用快硬水泥封死，注浆压力比拱顶稍微高一点，控制在0.8到1.2兆帕，注完浆之后把小导管的尾端焊在初支的钢拱架上，让小导管和钢拱架连成整体，承载力能提高不少。碰到渗水比较大的位置，第一次注浆之后如果还有空隙渗水，就在原孔补注一次，把空隙填实就好了，我们当时就有一处边墙补注了一次，之后就没再渗水，围岩也硬实了很多。3.2.3沉降超标段基底注浆加固这段拱顶沉降大，其实有一部分原因是基底清渣的时候没清干净，软弱夹层没处理，承载力不够，所以我们把基底也纳入了加固范围。基底注浆采用垂直钻孔，孔间距1.5米，孔深要打到仰拱设计底面以下2米，保证能加固到基底下面的软弱层。每钻完一个孔，我都要求工人测一遍深度，有一次带班班长图省事，有三个孔少钻了半米，被我查到了，逼着他们把三个孔重新钻到设计深度，不是我故意挑毛病，基底是整个结构的底子，差个几十厘米，承载力就差很多，以后沉降大了，谁都负不起这个责任。钻完孔下注浆管，封孔之后注浆压力控制在1.0到1.5兆帕，注完浆之后把孔口用混凝土抹平，不影响后续仰拱施工。3.3施工过程同步监测施工的整个过程中，我们监测班每两个小时测一次拱顶沉降和边墙收敛，每天整理一次数据，如果发现变形速率突然变大，超过了每天1毫米的预警值，立刻停工撤人，等稳定了查清楚原因再继续施工。那段时间我每天早上进洞第一件事就是看监测数据，晚上下班还要再看一遍才能走，半个月下来，基本没睡过一个安稳觉，就怕哪里没注意到出意外。4质量管控与安全保障措施加固施工最怕偷工减料，也最怕出安全事故，所以我们制定了非常细的管控措施，把每一步都卡死。4.1质量管控核心要点首先是原材料检验，所有材料必须合格才能用，不合格的哪怕价格再便宜也不能留，我跟材料员说，这个口子绝对不能开，出了问题谁都跑不了。然后是施工过程验收，每个孔钻完，我们现场技术人员都要验收深度、角度、间距，合格了才能进行下一道，每一个孔的注浆量、注浆压力都要如实记录，现在我们都用自动压力记录仪，数据直接打出来，避免人工瞎编数据。最后是加固效果检验，施工完七天之后，我们会随机抽位置钻孔取芯，看看浆液有没有填满围岩的裂隙，再做承载力试验，确认加固后的围岩承载力符合设计要求，不合格的位置全部补注，直到合格为止。4.2安全保障措施进洞所有人必须戴安全帽，拱顶作业必须系安全带，搭的操作脚手架必须验收合格才能上人，脚手板铺满，周边挂好防护网，我天天在洞里面转，谁不系安全带我就罚谁，不是为了罚那点钱，是真怕出安全事故，干隧道的，安全就是自己的命，一点都不能马虎。然后是机械用电安全，所有接线都必须找专业电工，不能乱拉乱接，每天下班必须断电，洞里面潮湿，最容易漏电，我们每个配电箱都装了漏电保护器，电工每天都要查一遍，绝对不允许带故障运行。最后洞内一直保持通风，每天测有害气体浓度，不合格绝对不允许施工。5突发情况应急预案我们提前预备了应急物资，包括备用工字钢、喷混凝土料、沙袋、应急照明这些，也组了专门的应急队伍，提前演练过一次撤退和临时支撑。如果施工过程中突然出现大面积掉块、变形速率突然加快，现场人员第一时间往安全区域撤，绝对不能贪恋工具设备，等变形稳定之后，再用工字钢做临时支撑，处理完隐患确认安全了再继续施工。我们施工的时候碰到过一次小掉块，因为提前演练过，工人几十秒就撤到了安全区，没出任何事，所以预案不是摆着看的，一定要真准备真演练。方案总结这套方案我们按照步骤施工完成后，连续监测了半个月，拱顶沉降累计增加不到3毫米，边墙收敛也基本稳定，完全符