隧道穿越堆積體結(jié)合大型水庫的處理技術(shù)

張剛,吳秋良

（重慶建工集團(tuán)股份有限公司總承包公司 重慶 401122）

1 工程概況

1.1 工程地理位置及水文地質(zhì)環(huán)境

本工程為重慶市軌道交通六號線二期工程禮嘉-金山寺區(qū)間隧道的施工通道,根據(jù)市政規(guī)劃、施工用地等條件綜合考慮選址于一大型水庫邊,從一松散堆積體下方穿行至區(qū)間正線,如圖1所示。

圖1 區(qū)間隧道施工通道地理位置圖

擬建區(qū)原始地貌宏觀上屬構(gòu)造剝蝕淺丘地貌,局部地勢低洼處形成地表水匯聚地水庫或魚塘。后因建筑活動在原低洼地段堆積棄土,土層高約20m,自然堆積,堆土?xí)r間距今約兩年,基本無自穩(wěn)能力。緊鄰松散體為一魚塘并聯(lián)通大型水庫,水庫蓄水量達(dá)50萬方。通道主要穿過侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)沉積巖層,過松散體段洞頂原狀第四系全新殘坡積粘性土(Q4el+dl)層厚度在0～4m,上方其余均為松散填土最深處達(dá)22m,如圖2所示。洞身拱角下位于強(qiáng)風(fēng)化砂巖與砂質(zhì)泥巖夾層中,裂隙較發(fā)育,呈塊狀結(jié)構(gòu),厚層狀構(gòu)造,節(jié)理基本水平,為弱Ⅴ級圍巖。

該段緊鄰大型水庫,地勘預(yù)計涌水量33.0L/min·10m,施工期間由于爆破等原因可能加大原有裂隙,導(dǎo)致基巖裂隙貫通,成為輸水通道,使水庫積水涌入隧道,且因堆積處原為大型魚塘,存在大量積水及淤泥。

1.2 斷面及線性設(shè)計

通道最大縱向坡率為13.3%,轉(zhuǎn)彎半徑58m,凈寬6.0m,凈高5.5m,直墻拱斷面,中間設(shè)兩個錯車道,第一個錯車道位于松散體下方,長度為20m,凈寬9.0m。

1.3 施工風(fēng)險

施工通道施工風(fēng)險主要來自大型松散堆積體及水庫。

（1）松散體為自然堆積未經(jīng)壓實處理,自穩(wěn)能力差不易形成自然平衡拱,初期支護(hù)需要承受較大垂直和側(cè)壓荷載,易發(fā)生坍塌、初支局部受力過大造成變形失穩(wěn)等事故。

（2）隧道緊鄰水庫,裂隙較發(fā)育,節(jié)理基本水平,且砂巖透水性強(qiáng),加之施工擾動加大透水通道,易發(fā)生涌水、坍塌、初支失穩(wěn)等事故。

（3）堆積體處原為低洼魚塘區(qū)域,存在大量積水及淤泥,加之隧道拱頂覆土較薄且地下水與松散體一結(jié)合易發(fā)生冒頂、涌水事故,造成群死群傷。

（4）局部存在偏壓情況,隧道易發(fā)生側(cè)移、扭曲等事故。

因此,建設(shè)主動配電網(wǎng)是應(yīng)對配電網(wǎng)大規(guī)模分布式電源接入的一種嘗試。根據(jù)GIGRE C6.11工作組的工作報告,主動配電網(wǎng)可定義為:可以綜合控制分布式能源(分布式電源、柔性、負(fù)載和儲能)的配電網(wǎng),可以使用靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)潮流的有效管理。分布式能源在其合理的監(jiān)管環(huán)境和接入準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)承擔(dān)一定的支撐作用。從本質(zhì)上說,主動配電網(wǎng)是利用先進(jìn)的信息、通信以及電力電子技術(shù)對規(guī)?；尤敕植际侥茉吹呐潆娋W(wǎng)實施主動管理,能夠自主協(xié)調(diào)控制間歇式新能源與儲能裝置等分布式電源單元,積極消納可再生能源并確保網(wǎng)絡(luò)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[10]。

因此本隧道雖為一施工通道,其施工難度不亞于主體工程,施工方案的選擇不僅要考慮開挖、支護(hù)過程中圍巖的穩(wěn)定，也要考慮隧道支護(hù)完成后的安全穩(wěn)定。

2 方案比選

2.1 方案一

地表注漿加固,加強(qiáng)松散體自穩(wěn)能力,靠水庫側(cè)帷幕注漿止水。

Φ108大管棚超前支護(hù)。

H195*195格柵拱架柔性支護(hù)體系,中空注漿系統(tǒng)錨桿,普通鎖腳,雙向雙層鋼筋網(wǎng),噴射C25混凝土300mm。

2.2 方案二

采用雙層超前小導(dǎo)管兼作固結(jié)地層及超前支護(hù)用,并將支護(hù)范圍從傳統(tǒng)拱部延伸至邊墻,形成拱墻地層固結(jié)超前支護(hù)圈,保證在開挖過程中拱部及邊墻的穩(wěn)定。第一層以15°角施作主要起超前支護(hù)和固結(jié)地層作用,第二層以45°角打入,在起到擴(kuò)大固結(jié)地層范圍作用的同時起到初支形成后系統(tǒng)支護(hù)作用,超前小導(dǎo)管間距及規(guī)格如圖3示意,梅花形布置,如此在進(jìn)行隧道開挖時拱墻已形成4m以上的巖層自穩(wěn)封閉加強(qiáng)環(huán),保證隧道開挖安全。

圖3 雙層超前小導(dǎo)管支護(hù)示意圖

開挖初支完成后進(jìn)行底板混凝土澆筑前采用3.5m長鋼花管進(jìn)行底板加固注漿,防止底板隆起、涌水以及形成封閉巖層加固環(huán)并起到抗扭、抗側(cè)移作用。

超前注漿及底板加固注漿均采用水泥、水玻璃雙液漿,加固的同時起到堵水作用,考慮隧道初支形成后兩側(cè)水壓會出現(xiàn)不一致情況,因此巖層注漿加強(qiáng)環(huán)堵水的目的在于最大限度降低涌水量,對局部滲水預(yù)埋濾管排出減少水壓對初支的壓力。

2.3 方案比較

方案一的優(yōu)點：經(jīng)過地表注漿固結(jié)松散體及帷幕注漿封水處理后,與普通隧道施工相近,大大降低了施工風(fēng)險。缺點：因松散體范圍、方量較大,造成漿體擴(kuò)散速度快、范圍廣；同時,帷幕注漿封水范圍較長,注漿量巨大、耗時長,成本高；采用大管棚超前支護(hù)因隧道半徑小且凈空受限,施作困難。

方案二的優(yōu)點:注漿量相對較少且易控制,小導(dǎo)管施工比大管棚較容易,型鋼拱架剛性支護(hù)增強(qiáng)了初支承載能力,成本較低、工期較合理。缺點:施工安全風(fēng)險稍大。

2.4 方案選擇

從安全、工期、成本、技術(shù)綜合分析考慮,最后決定本施工通道采用方案二施工。

3 施工要點

3.1 邊坡處理

進(jìn)洞前對洞口上方的松散體按1∶1.5放坡開挖,并進(jìn)行小導(dǎo)管注漿、網(wǎng)噴支護(hù)處理邊坡,在坡腳設(shè)置重力式片石混凝土擋墻,在擋墻與洞門前設(shè)置2m寬緩沖平臺；硬化反坡邊坡周邊場地并施工截排水溝、積水井,防止因雨水匯集過多滲入松散體增加地下水壓力；開挖時應(yīng)自上而下有序進(jìn)行,并保持邊坡的穩(wěn)定,保證棄土、棄渣不導(dǎo)致邊坡附加變形或破壞現(xiàn)象發(fā)生[1]。一次開挖高度控制在2m以內(nèi),并及時初噴混凝土并施作小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)等。

3.2 超前支護(hù)

超前小導(dǎo)管采用外徑Φ50mm,壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工制成,導(dǎo)管長6m,前端加工成錐形,尾部焊接Φ6mm鋼筋加勁箍,管壁四周每15cm鉆4排Φ6mm注漿孔,小導(dǎo)管沿拱架外側(cè)打入巖體,在導(dǎo)管頭部雙面滿焊錨固板（10cmx10cmx1cm）使其與I20b工字鋼拱架連接。導(dǎo)管采用鉆孔施工,鉆孔孔徑控制在80mm以上,孔眼深度應(yīng)大于導(dǎo)管長度,清孔、驗孔后,采用錘擊或鉆機(jī)頂入,其頂入長度不小于管長的90%[2]。導(dǎo)管尾部置于鋼架上,并與鋼架焊接?？v向兩環(huán)小導(dǎo)管的搭接長度不小于1.0m。間隔一孔或幾孔由下至上注漿,注漿壓力0.5～1.0MPa,采用水泥—水玻璃雙液漿,水泥漿水灰比為1.25∶1～0.5∶1,水玻璃模數(shù)以2.4～2.8為宜,水玻璃濃度使用范圍為30～45波美度,水泥、水玻璃漿體積比為1∶1～1∶0.3,初凝時間可用不同配合比和少量磷酸氫二鈉來控制。

3.3 隧道開挖

根據(jù)地質(zhì)特點及線路設(shè)計,本段洞身處于坡積粘性土(Q4el+dl)及強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖中,若采用單一鉆爆開挖,單位用藥量大,振動加強(qiáng)易增加裂隙發(fā)育,加大涌水量增加施工風(fēng)險；若采用單一機(jī)械開挖或靜態(tài)爆破,雖對圍巖擾動降到最低,但速度緩慢且造價高；因此采用人工、機(jī)械開挖并配合鉆爆的開挖方式。先對坡積粘性土(Q4el+dl)進(jìn)行人工機(jī)械開挖,待形成臨空面后進(jìn)行鉆眼松動光面爆破,但用藥量控制在0.4kg/m3,開挖進(jìn)尺控制在1m左右為宜,以減少對地層的擾動。

3.4 拱架質(zhì)量控制

型鋼拱架的加工與安裝質(zhì)量為控制成敗的關(guān)鍵之一。對拱架彎制、焊接、連接板及螺栓孔位的精度等要嚴(yán)格控制,實行試拼驗收保證加工質(zhì)量；安裝時對拱架的垂直度、左右間距、連接板是否密貼、螺栓扭矩等是否達(dá)標(biāo),拱架基礎(chǔ)是否堅實等為安裝控制要點[3]。另外保證拱架及初期支護(hù)質(zhì)量的重中之重在于鎖腳錨桿,鎖腳錨桿采用長大錨桿,增強(qiáng)初支與巖層加強(qiáng)環(huán)連接,使其整體受力,鎖腳錨桿采用Φ32藥卷錨桿,長5m,并將錨桿頭部做成彎鉤與型鋼拱架密貼雙面滿焊。

3.5 底板結(jié)構(gòu)施工

底板注漿固結(jié)在拱墻初支完成后底板混凝土澆筑前完成,采用外徑Φ50mm,壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工制成,導(dǎo)管長3.5m,前端加工成錐形,尾部焊接Φ6mm鋼筋加勁箍,管壁四周每15cm鉆4排Φ6mm注漿孔,成孔與注漿與超前小導(dǎo)管相同,注漿時漿液從底板巖層裂隙溢出時停止注漿,注漿導(dǎo)管1m間距梅花形布置,注漿位置與掌子面保持10m左右,既不影響開挖與初支作業(yè),又能快速形成巖層注漿加固環(huán),在增強(qiáng)巖層自穩(wěn)能力的同時有效防止底板涌水,防止地下水侵蝕軟化造成底板隆起及拱角收斂超標(biāo)和初支失穩(wěn)等事故。然后進(jìn)行底板鋼筋綁扎（Φ12@150X150雙層）、C30p8混凝土澆筑形成初支封閉環(huán)。在隧道兩側(cè)設(shè)置排水溝,每隔30m設(shè)置集水井。在初支及底板完成后,因水庫滲水與隧道地下水貫通造成隧道局部范圍水壓過大,出現(xiàn)不規(guī)則滲漏,對此嚴(yán)禁采用堵水方式,宜采用打孔埋設(shè)透水盲管引水集中排入排水溝內(nèi),以減少水壓對初支的荷載。

4 施工監(jiān)測

4.1 監(jiān)測措施

因松散體有自然沉降和滑移的可能,單一依靠地表沉降及洞內(nèi)常規(guī)觀測數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確判定松散體的穩(wěn)定性,因此不僅要作隧道拱頂沉降、收斂、地表沉降、圍巖內(nèi)部位移和錨桿軸力監(jiān)測,還應(yīng)增加對松散體土體位移的監(jiān)測,通過數(shù)據(jù)綜合分析判定松散體的穩(wěn)定情況,以便及時采取補(bǔ)救措施。土體圍巖監(jiān)測采用在隧道開挖范圍外5m左右側(cè)、縱向間距10m利用地質(zhì)鉆機(jī)打孔埋設(shè)測斜管進(jìn)行松散體的滑移監(jiān)測。如圖4所示。

圖4 松散體土體位移監(jiān)測布置示意圖

4.2 監(jiān)測成果

地面沉降最大累計沉降量為7.4mm,在里程為K0+110處。

松散體土體圍巖觀測；累計最大偏移量為9.93mm,存在于K0+100處。

通過對各監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、整理和回歸分析,得出的監(jiān)測結(jié)果表明,各累計變形量、變形速率均在警戒值范圍內(nèi),隧道及松散體處于安全、穩(wěn)定狀態(tài),地下涌水量控制在8.0L/min·10m內(nèi)。

5 結(jié)束語

隧道穿越松散體或者穿越大型水庫的施工技術(shù)處理方法較多、較成熟,但此兩者結(jié)合較為少見,在線路選擇應(yīng)盡量避免出現(xiàn)此種情況；當(dāng)各種條件限制必須穿越時,要充分評估風(fēng)險、預(yù)估可能發(fā)生的事故,當(dāng)大型水庫與松散體結(jié)合且裂隙發(fā)育滲水通道良好時,其危險性與單一危險源相比成幾何倍數(shù)增加。

本文對該區(qū)間隧道施工通道的施工方案比選、施工、監(jiān)測方面進(jìn)行了介紹,監(jiān)測結(jié)果表明,在該區(qū)間隧道施工通道的施工過程中,施工通道和松散體處于安全穩(wěn)定狀態(tài),說明設(shè)計和施工是安全、合理的,達(dá)到了預(yù)期目的?？蔀轭愃乒こ烫峁┙梃b。

[1]GB 50330-2002,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]GB 50299-1999（2003年版）,地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范[S]．

[3]TB10108-2002,鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范[S]．