軟泥塑狀Ⅵ級圍巖淺埋隧道施工技術(shù)

摘要：在滬昆客專雪峰山2號隧道進(jìn)口段施工中遇到淺埋偏壓現(xiàn)象，圍巖為軟泥塑狀Ⅵ級圍巖。采用地表管樁控制軟泥塑狀圍巖的溜塌；在淺埋隧道暗挖施工中經(jīng)方案比選，采用三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法，并在嚴(yán)密的洞內(nèi)外監(jiān)控量測工作指導(dǎo)下，順利通過了Ⅵ級圍巖淺埋偏壓里程段。

關(guān)鍵詞：軟泥塑狀圍巖；淺埋；管樁；加固技術(shù)；隧道施工

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）05-0075-04

大長隧道的淺埋暗挖掘進(jìn)施工，在我國有許多一線工程技術(shù)人員以及理論研究人員進(jìn)行了諸多實踐嘗試和理論探索：周書明針對軟流塑淤泥質(zhì)地層采取的臺階施工配合超前注漿加固技術(shù)在淺埋暗挖隧道中應(yīng)用；賈小輝通過再設(shè)計和綜合采用了多種注漿工藝的復(fù)合注漿工法；張國亮等闡述了雙層小導(dǎo)管技術(shù)的工藝原理并且在北京地鐵崇東區(qū)間隧道進(jìn)行了施工應(yīng)用；張云介紹了洞樁和中洞法以及CRD輔助工法等修建淺埋單拱大跨車站技術(shù)方案在北京地鐵崇文門車站的應(yīng)用；楊建民等結(jié)合鄭西客專閿鄉(xiāng)隧道科研試驗，對大斷面淺埋黃土隧道、斜交長距離下穿連霍高速的方案研究，雙層初期支護(hù)配合雙層大管棚超前支護(hù)、輔以雙側(cè)壁導(dǎo)洞的下穿方案；李日東基于北京地鐵10號勁松站，介紹了信息化施工監(jiān)測技術(shù)在淺埋暗挖地鐵施工過程中的設(shè)計與組織管理方法。由于目前隧道Ⅵ級圍巖地段沒有成套工法，比較同類隧道，根據(jù)我公司豐富的隧道施工經(jīng)驗和掌握的關(guān)鍵技術(shù)，在滬昆客專雪峰山2號隧道暗挖施工中采用三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法，順利通過了Ⅵ級圍巖地段。

1 工程概況

我國“中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃”四縱四橫主骨架之一的滬昆客運專線，是我國鐵路網(wǎng)的重要組成部分，開通時速350km。雪峰山2號隧道是滬昆客專的高風(fēng)險和控制性工程之一，位于湖南省溆浦縣境內(nèi)，隧道為雙線隧道，進(jìn)口里程為DK255+192，全長9153m，隧道線間距為5m，Ⅵ級圍巖開挖斷面為158m2。隧道東西向穿行于雪峰山脈、地形起伏較大，沖溝發(fā)育，隧道最大埋深772m，最小埋深僅11.8m，跨度設(shè)計約為14.4m（初支表面）。隧道進(jìn)口段為Ⅵ級圍巖，巖性為碳質(zhì)板巖，黑色極為松散，遇水呈現(xiàn)軟泥塑狀，地下水發(fā)育，自穩(wěn)能力極差。

1.1 工程地質(zhì)特征

滬昆客專雪峰山2號隧道進(jìn)口DK255+380～+460段隧道自沖溝下方淺埋通過，隧道埋深最淺處離溝心僅僅11.8m，沖溝內(nèi)常年流水，雨季有洪流，溝岸有溜塌現(xiàn)象，兩岸坍塌嚴(yán)重。該地段地質(zhì)情況為第四系全新統(tǒng)沖洪積層、上更新統(tǒng)坡殘積層；表層含有植物根莖；泥巖主要成分為黏土礦物，成巖作用差，強(qiáng)風(fēng)化層厚約6～20m。

1.2 水文地質(zhì)特征

隧道地段地下水主要由第四系孔隙潛水和基巖裂隙水構(gòu)成。隧道洞身區(qū)間巖體較為破碎，地下水不豐富，圍巖為強(qiáng)富水區(qū)，隧道正常涌水量Q=43535m3/d。

2 淺埋偏壓Ⅵ級圍巖段施工技術(shù)

2.1 設(shè)計參數(shù)

根據(jù)設(shè)計方案，隧道Ⅵ級圍巖設(shè)計參數(shù)為：采用Ф89管棚中加雙層Ф42超前小導(dǎo)管的超前支護(hù)。拱部150°范圍布設(shè)管棚，環(huán)向間距均為0.4m，超前小導(dǎo)管邊墻外插角為40°，拱頂外插角10°；初支采用H175型鋼全環(huán)設(shè)置，間距為0.6m，采用Ф22縱向筋連接，環(huán)向間距1.0m；鋼架外側(cè)設(shè)置Ф10鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20×20cm；噴混采用C30，拱墻厚30cm，仰拱厚27cm；二次襯砌采用厚度為55cm的C35鋼筋混凝土，仰拱厚為60cm，仰拱填充層為C20混凝土。Ⅵ級圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)設(shè)計參數(shù)如圖1所示：

2.2 開挖支護(hù)方案選擇

2.2.1 設(shè)計開挖支護(hù)方法。設(shè)計洞身采用CRD法掘進(jìn)，設(shè)置超前Ф89管棚，加全環(huán)設(shè)置超前小導(dǎo)管并注單液漿。

2.2.2 方案優(yōu)化。滬昆高鐵雪峰山2號隧道Ⅵ級圍巖長120m，其中淺埋段60m，最小埋深不足12m。暗挖法中CRD法體系轉(zhuǎn)換時安全隱患大，并且要求初期支護(hù)混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后才允許開挖相鄰部位。而三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法較三臺階臨時仰拱法而言，能夠快速施工、快速封閉，可有效遏制隧道變形、拱頂下沉，且工藝要求簡單，易于操作，循環(huán)時間短，成本低。所以，結(jié)合雪峰山2號隧道進(jìn)口實際圍巖特點，決定采取三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法進(jìn)行

施工。

2.2.3 施工方法。三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法如圖2所示。首先對掌子面前方圍巖進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，掌握前方地質(zhì)與水文的情況，做到超前策劃、超前預(yù)報。施工時按照設(shè)計要求先設(shè)置全環(huán)超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管拱部外插角為10°，兩側(cè)邊墻外插角為40°，通過超前支護(hù)控制軟塑狀圍巖流塌；然后進(jìn)行上導(dǎo)坑開挖，人工開挖，機(jī)械配合；待掌子面距中臺階約5m時，進(jìn)行中導(dǎo)的開挖及支護(hù)，同時施作臨時仰拱。開挖時，由于圍巖呈軟泥塑狀，封閉成環(huán)時間長，采用大拱腳法擴(kuò)大拱架底部的開挖，適當(dāng)加大50cm左右，噴射混凝土回填，增大拱腳受力面積，減小圍巖變形。施工時安裝長5～6mФ42鎖腳小導(dǎo)管代替原設(shè)計的4m長鎖腳錨桿，并與鋼架焊接牢固，加大對拱架的“鎖固”作用。下導(dǎo)坑與中臺階之間滿足5m的距離時開始進(jìn)行下導(dǎo)坑的開挖與支護(hù)，每次開挖2m。最后進(jìn)行仰拱襯砌施工，施工中嚴(yán)格控制安全步距：仰拱安全步距為13m，襯砌安全步距為33m。

2.3 地表管樁加固防止軟泥塑狀圍巖的溜塌

在進(jìn)行軟泥塑狀圍巖段隧道施工時，綜合考慮圍巖情況、淺埋程度，為避免Ⅵ級開挖擾動引起坍塌，發(fā)生危險，保證安全掘進(jìn)，首先在洞身上部地表打設(shè)管樁，分區(qū)域分步驟加固軟泥塑狀圍巖，詳情如圖3所示：

據(jù)雪峰山2號隧道地表實際地形地質(zhì)情況（DK255+422～+462）軟泥塑狀圍巖范圍大、圍巖自穩(wěn)能力較差，所以選擇該段溝底兩側(cè)各20m施作管樁。在隧道兩側(cè)開挖線外側(cè)30cm范圍內(nèi)施作3排Ф108管樁，并注漿加固，兩側(cè)的3排管樁間距50×50cm，呈梅花型布設(shè)；開挖邊線內(nèi)每5m布設(shè)1排管樁，管樁橫向間距50cm；管樁打入隧底2m以下。Ф108管樁管壁散漿孔每一斷面3個，梅花形布置，間距100cm，漿液為1∶1的水泥漿，注漿終壓為2.5MPa。

3 監(jiān)控量測

根據(jù)新建的雪峰山2號隧道斷面大、地形地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖河谷淺埋段等特點，依據(jù)隧道的初支參數(shù)、開挖工法，精心設(shè)計制定監(jiān)測方案，擬定的監(jiān)控量測項目有洞內(nèi)拱頂下沉、凈空收斂量測、洞外地表沉降觀測等。

根據(jù)既有類似隧道施工經(jīng)驗，在淺埋、偏壓地段圍巖可能出現(xiàn)一側(cè)變形大、另一側(cè)較小現(xiàn)象，為了監(jiān)測準(zhǔn)確，使數(shù)據(jù)清晰便于處理分析，采用全站儀進(jìn)行全部監(jiān)控量測項目，對變形觀測點進(jìn)行編號，以便觀測記錄，每個測點獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后再綜合考慮多個量測項目進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖4和圖5為雪峰山2號隧道軟弱圍巖段施工中洞內(nèi)拱頂沉降、洞內(nèi)圍巖水平收斂的變化曲線。依據(jù)最新高鐵隧道驗收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，隧道拱頂沉降已經(jīng)超出允許范圍，但是由于采取措施得當(dāng)，支護(hù)合理，變形趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由圖4和圖5可見，本隧道采取三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法施工，隧道拱頂沉降和水平收斂都得到了較好的控制。

4 結(jié)語

在雪峰山2號隧道淺埋段的施工中采用三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法的工法，最后順利完成了掘進(jìn)和支護(hù)任務(wù)。實際施工中，中臺階采用大拱腳法，采用加長加厚小導(dǎo)管代替原設(shè)計的鎖腳錨桿；通過施作管樁分區(qū)分步驟地表大范圍注漿等一系列措施限制隧道軟巖的變形，并及時跟進(jìn)仰拱和襯砌，使仰拱步距為13m、襯砌步距為33m，符合相關(guān)規(guī)范和要求。保證隧道結(jié)構(gòu)及時封閉，有效控制軟泥塑狀Ⅵ級圍巖的變形，保質(zhì)保量順利通過淺埋軟弱圍巖地段，積累大跨軟巖隧道施工以及泥塑狀軟巖變形預(yù)控的實踐經(jīng)驗。

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作者簡介：朱鍇（1976-），男，湖南長沙人，中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司工程師，研究方向：長大難險隧道施工管理和技術(shù)攻關(guān)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）