淺談廈深鐵路蓮花山隧道超前支護(hù)施工

李世毅

摘要：本文結(jié)合廈深鐵路蓮花山隧道施工實(shí)踐，就長(zhǎng)大隧道超前支護(hù)施工的關(guān)鍵工序的技術(shù)控制進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大隧道；超前支護(hù)；關(guān)鍵工序；技術(shù)控制

中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司施工的廈深鐵路蓮花山隧道全長(zhǎng)7648m，最大埋深245m，屬低山丘陵地貌，地表起伏較大。隧道圍巖總體較好，在斷層破碎帶及其影響帶范圍內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖。隧區(qū)地表水常年有水，水質(zhì)對(duì)混凝土具弱硫酸型酸性侵蝕，隧區(qū)地下水較發(fā)育，溝槽中地下水穩(wěn)定水位1～5m。

1 超前大管棚施工

超前長(zhǎng)管棚施工工藝流：準(zhǔn)確工作→鉆孔→頂進(jìn)鋼管棚→清孔→放置鋼筋籠→注漿管路檢查→注 漿→壓力流量達(dá)到要求→結(jié)束

1.1 施工準(zhǔn)備

護(hù)拱施工：采用C20混凝土護(hù)拱作為管棚的導(dǎo)向墻、止?jié){墻，護(hù)拱在明洞的外輪廓線以外，緊貼洞口仰坡面。護(hù)拱內(nèi)設(shè)兩榀Ⅰ20號(hào)工字鋼制作的鋼拱架為環(huán)向支撐，管棚的導(dǎo)向管焊接固定在鋼拱架上。

管棚制作：管棚采用Ф108鋼管制作，管壁打孔， 布孔采用梅花型，孔徑為10～16mm，孔間距為15cm，鋼管尾留110cm不鉆孔的止?jié){段，鋼管加工成4m和6m長(zhǎng)的兩種規(guī)格。編號(hào)為單號(hào)的采用鉆孔的鋼花管，施工時(shí)先打設(shè)鋼花管并注漿，然后，在打設(shè)鋼管的同時(shí)檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。

1.2 鉆孔

鉆孔采用液壓鉆機(jī)鉆孔。選用的鉆機(jī)應(yīng)適合鉆孔深度和孔徑要求，鉆機(jī)平穩(wěn)靈活，能在360度范圍內(nèi)鉆孔。鉆孔直徑：Ф127mm；鉆孔平面誤差：徑向不大于20cm。

1.3 頂管、清孔、放鋼筋籠

將鋼管連續(xù)接長(zhǎng)，用鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)將其裝入孔內(nèi)，鋼管采用Φ140mm絲扣。為使鋼管接頭錯(cuò)開，第一節(jié)管采用4m和6m交替布置，搭接長(zhǎng)度為3m，編號(hào)為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m長(zhǎng)鋼管，編號(hào)為偶數(shù)的第一節(jié)采用6m長(zhǎng)鋼管，以后每節(jié)均采用6m長(zhǎng)鋼管。同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)量不得超過鋼管總數(shù)的50%，相鄰鋼管接頭錯(cuò)開1m，鋼管用鉆機(jī)頂進(jìn)，雙號(hào)孔頂進(jìn)無孔花鋼管，單號(hào)孔頂進(jìn)有孔鋼管。鋼管中增設(shè)鋼筋籠，增強(qiáng)鋼管的抗彎能力，鋼筋籠由4格Φ22主筋和固定環(huán)組成。

1.4 注漿

采用全孔壓入式向大管棚內(nèi)壓注水泥漿，選用KBY50/70型注漿泵注漿。注漿前先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，確定注漿參數(shù)及外加劑摻入量后再用于實(shí)際施工。注漿按先下后上，先稀后濃的原則注漿。注漿量由壓力控制，達(dá)到結(jié)束標(biāo)注后，停止注漿。注漿完成后及時(shí)清除管內(nèi)漿液，并用水泥沙漿緊密充填，增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。

2 超前小導(dǎo)管施工

本標(biāo)段超前注漿小導(dǎo)管根據(jù)地質(zhì)條件不同布置形式有兩種：一種是單層超前注漿小導(dǎo)管，另一種是雙層超前注漿小導(dǎo)管。

2.1 小導(dǎo)管結(jié)構(gòu)

小導(dǎo)管前端加工成錐形，以便插打。小導(dǎo)管中間部位鉆φ10mm的注漿孔，注漿孔呈梅花形布置，間距為150mm，尾部1m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿，末端焊直徑為6mm的環(huán)形箍筋，以防打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)端部

開裂。

2.2 小導(dǎo)管布置

單層小導(dǎo)管：?jiǎn)螌映白{小單管采用φ42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長(zhǎng)度為4.5m；縱向水平搭接長(zhǎng)度為2.1m，外插角為5～10°，每環(huán)39根。

雙層小導(dǎo)管：雙層超前注漿小單管采用φ42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長(zhǎng)度為5m；縱向水平搭接長(zhǎng)度為2.1m，鋼管分別采用為40°和10°的外插角交錯(cuò)布置，每環(huán)39根。

2.3 小導(dǎo)管安裝方法

在預(yù)定的位置用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔。把管子插入孔內(nèi)，帶好絲扣保護(hù)帽，專用頂頭頂入到要求的深度，使麻絲柱塞與孔壁充分?jǐn)D壓緊。然后再用CS膠泥填充孔口。注漿管的外露長(zhǎng)度為30cm。

2.4 小導(dǎo)管注漿

漿液的選擇：漿液采用水泥砂漿，水灰比0.5：1，使用不低于42.5強(qiáng)度的水泥。

注漿量：注漿范圍按開挖輪廓線外0.3～0.5m設(shè)計(jì)并且漿液在地層中均勻擴(kuò)散。

漿液?jiǎn)慰鬃⑷肓縌和圍巖的孔隙率有關(guān)，根據(jù)擴(kuò)散半徑及巖層的裂隙進(jìn)行估算，其值為：Q=ΠR2L（m³）

式中：R—漿液擴(kuò)散半徑（m）；L—壓漿段長(zhǎng)度（m）；η—巖層孔隙率，砂土取40%，粘土20%，斷層破碎帶5%。

注漿壓力：注漿壓力為0.5～1.0Mpa。

止?jié){盤：止?jié){盤為5～10cm厚噴射混凝土封閉，防止跑漿。

3 超前錨桿施工

工藝流程：施工準(zhǔn)備→錨桿孔位放樣→鉆孔設(shè)備就位→鉆孔外插角確定→鉆孔→清孔→成孔檢查→填塞錨固劑→安裝錨桿→格柵鋼架與錨桿連

錨桿按設(shè)計(jì)的環(huán)向間距10°～20°外插角插入拱部圍巖?？v向按3m/環(huán)施作，搭接長(zhǎng)度不少于1.0m。

超前錨桿以緊靠開挖面的格柵鋼架為支點(diǎn)，通過錨固劑將錨桿與圍巖固結(jié)，并與格柵鋼架連接形成柔性支護(hù)環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)加工鋼筋錨桿，噴射混凝土封閉巖面，用錨桿鉆機(jī)鉆孔，以高強(qiáng)錨固劑填塞孔眼，再將鋼筋頂入錨桿孔。

4 超前帷幕注漿

隧道一段90米外為水庫(kù)，開挖可能引起突水涌水，故采過帷幕注漿控制地下水流量。施工中，采用孔口管和小導(dǎo)管注漿，鉆孔長(zhǎng)30m，孔口管采用直徑89mm，壁厚5.5mm，作為止?jié){和孔口保護(hù)。注漿加固厚度控制在5.0m，全斷面注漿則注漿孔全斷面布置。

4.1 帷幕注漿參數(shù)

斷層破碎帶注漿范圍開挖輪廓線外4m，每一循環(huán)注漿長(zhǎng)30m，開挖25m，并保留5m的注漿巖盤；采用多功能液壓鉆機(jī)施鉆，注漿孔直徑φ75；漿液擴(kuò)散半徑2m，每環(huán)孔底間距不大于3m，每一循環(huán)設(shè)6環(huán)125個(gè)注漿孔；正常注漿壓力為靜水壓力加0.5Mpa，注漿終壓力不大于2.5倍的靜水壓力。

4.2 注漿材料選擇

水泥：42.5普通硅酸鹽水泥；水玻璃：40Be；水灰比：0.5：1～0.8：1

當(dāng)裂隙發(fā)育，水量及水壓大時(shí)，需根據(jù)具體情況選用有快凝、早強(qiáng)、抗流失性能的水反應(yīng)型漿材。止?jié){塞止?jié){，漿塞膠圈尺寸應(yīng)與注漿孔徑相配。

4.3 帷幕注漿施工工藝

根據(jù)超前探水孔的出水量情況進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)，注漿孔布置中第一、二、三環(huán)孔對(duì)隧道周壁地下水封堵，采用前進(jìn)式注漿；第四、五、六環(huán)孔及中心孔對(duì)每循環(huán)注漿的最后5m巖體進(jìn)行加固，以封堵正面水，并為下一循環(huán)注漿加固止?jié){巖盤，采用后退式注漿。

4.3.1前進(jìn)式注漿

前進(jìn)式注漿是注漿鉆孔鉆進(jìn)一段，注漿一段，由外向里依次推進(jìn)。流程為：澆注止?jié){墻→鉆機(jī)就位并定孔位→鉆孔安裝孔口管→孔口管內(nèi)重新鉆孔→前進(jìn)式分段注漿→注漿效果檢查→開挖→二襯。

從外圈向里圈注漿。每環(huán)注漿孔先施工奇數(shù)編號(hào)注漿孔，然后施工偶數(shù)編號(hào)注漿孔同時(shí)作為檢查孔。

成孔注漿采用前進(jìn)式分段注漿，套管安裝完成后，每鉆進(jìn)5～7米即開始注漿，注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開始下一階段鉆孔注漿。

注漿效果檢查采用鉆檢查孔法，根據(jù)注漿狀況，確定檢查孔位置。對(duì)檢查孔進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔鉆深為開挖段長(zhǎng)度以內(nèi)并預(yù)留3m段。根據(jù)檢查孔涌水量來決定是否需補(bǔ)設(shè)注漿孔。如果每孔每延米涌水量大于0.15L/min或局部孔涌水量大于3L/min的追加鉆孔注漿，再次壓注直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

4.3.2后退式注漿

后退式注漿是將注漿鉆孔一次鉆完，由孔底向外分段注漿。流程為：鉆機(jī)就位并定孔位→鉆孔安裝孔口管→跟管鉆進(jìn)、套管跟至設(shè)計(jì)深度→套管內(nèi)插入袖閥管→拔出鋼套管。

每環(huán)注漿先注奇數(shù)編號(hào)的注漿孔，再注偶數(shù)編號(hào)的注漿孔，并以偶數(shù)編號(hào)的注漿孔作為檢查孔。待本環(huán)所有注漿孔注完后，根據(jù)壓漿孔的出水量確定局部是否需要補(bǔ)設(shè)注漿孔。一般每孔延米的出水量大于0.5L/min或局部孔出水量大于3L/min時(shí)，追加鉆孔注漿。

注漿采用反復(fù)壓注，稀漿與濃漿交替，壓力與注入漿量相結(jié)合的方式進(jìn)行。注漿壓力從低到高逐步增壓，起始?jí)毫θ?.7MPa左右。

4.4 注漿質(zhì)量檢測(cè)

全部注漿結(jié)束后，采用施鉆檢查孔進(jìn)行效果檢測(cè)。當(dāng)孔內(nèi)出水量小于每延米0.15L/min，巖體的物理力學(xué)指標(biāo)有明顯提高時(shí)，即可進(jìn)入下一輪注漿的止?jié){段。

5 結(jié)語

通過對(duì)以上關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)控制，廈深鐵路蓮花山隧道超前支護(hù)施工合格率100%，完全滿足設(shè)計(jì)要求。