超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)在膏溶角礫巖隧道中的應(yīng)用

羅定倫

(重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160)

0 引言

膏溶角礫巖是一種特殊性巖土，它是由于含膏鹽巖系中的易溶硫酸鹽(CaSO4)溶蝕后，殘余的碳酸鹽巖組分及雜質(zhì)原位堆積而成的角礫巖［1，2］。膏溶角礫巖在華北及西南地區(qū)均有分布［1-3］，其特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)對隧道與地下工程建設(shè)具有較大的影響，給隧道與地下工程圍巖穩(wěn)定和施工安全造成困難。因此，有必要對膏溶角礫巖中的隧道施工方法進(jìn)行探討。

1 膏溶角礫巖主要特性

1.1 膏溶角礫巖的強(qiáng)度特性

在天然狀態(tài)下，膏溶角礫巖單軸抗壓強(qiáng)度在0.43MPa～0.69MPa之間，強(qiáng)度極低，根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)劃分為Ⅴ級圍巖［3］。膏溶角礫巖變形模量為14MPa～100MPa，除部分由于含大的角礫變形模量大外，大多數(shù)為15MPa左右，其中最小值已接近或部分小于粘性土指標(biāo)，表明地層土質(zhì)不均，局部壓縮性高。并且遇水后強(qiáng)度迅速降低，降低幅值在1/4～1/3之間。

1.2 膏溶角礫巖的膨脹性

某隧道膏溶角礫巖中蒙脫石含量在10%～16%之間時(shí)，根據(jù)相關(guān)研究成果［7］，在有水的條件下，有可能對工程引發(fā)不同程度的膨脹變形破壞。因此，在膏溶角礫巖隧道施工中應(yīng)避免水對圍巖強(qiáng)度降低的影響。

通過對膏溶角礫巖特性的研究，發(fā)現(xiàn)某隧道膏溶角礫巖本身強(qiáng)度較低，遇水后強(qiáng)度會迅速降低，并且產(chǎn)生較大的膨脹，會給隧道支護(hù)造成較大的壓力和施工困難，施工方案的選取就對此有針對性的措施。

2 超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工

2.1 隧道施工總體方案

某膏溶角礫巖隧道采用新奧法原理施工，新奧法允許圍巖有適當(dāng)?shù)淖冃?，并控制其變形量，目的在于充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力。根據(jù)新奧法基本原理，對某隧道膏溶角礫巖段進(jìn)行研究后決定:采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，微臺階法開挖，初期支護(hù)系統(tǒng)由錨桿、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架和噴射混凝土組成，必要時(shí)對超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿。

2.2 超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)

超前小導(dǎo)管采用 φ42熱軋鋼管，長3.5m，環(huán)向每米3根，縱向每2榀格柵打一環(huán)，施工外插角10°～15°，小導(dǎo)管搭接長度1.5m，小導(dǎo)管構(gòu)造圖如圖1所示。在無水膏溶角礫巖段，如果圍巖質(zhì)量較好，可不注漿，則超前小導(dǎo)管可不鉆孔。

超前小導(dǎo)管在隧道拱部140°范圍內(nèi)布置，以加強(qiáng)超前小導(dǎo)管作用范圍，確保膏溶角礫巖圍巖的穩(wěn)定。超前小導(dǎo)管環(huán)向間距為0.33m，其布置橫斷面圖如圖2所示。

隧道預(yù)支護(hù)施工時(shí)，超前小導(dǎo)管縱向間距2m前方伸入未開挖圍巖0.5m～0.8m，后方焊接在已做好初期支護(hù)的鋼筋格柵上。超前小導(dǎo)管前后均得到支撐，形成“梁”，可以通過“梁”的作用承受開挖部分巖體的部分荷載，保持圍巖穩(wěn)定。隧道在膏溶角礫巖段超前小導(dǎo)管的縱斷面布置圖如圖3所示。

2.3 超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)注漿探討

超前小導(dǎo)管注漿凝固后，可增強(qiáng)圍巖的整體性，提高圍巖的強(qiáng)度，進(jìn)而提高圍巖的承載能力，提高圍巖的穩(wěn)定性，確保隧道施工安全。一般情況下，注漿后的超前小導(dǎo)管可以對隧道圍巖起到預(yù)加固的作用，但在注漿過程中，有大量的水存在，對膏溶角礫巖有可能產(chǎn)生溶蝕作用和軟化作用，并引起較大的膨脹。因此，在膏溶角礫巖地段超前小導(dǎo)管是否注漿應(yīng)視具體情況進(jìn)行處理。

膏溶角礫巖圍巖地段可細(xì)分為Ⅴ級圍巖地段、Ⅴ級圍巖加強(qiáng)段。

在Ⅴ級圍巖地段膏溶角礫巖強(qiáng)度較高且無水時(shí)，超前小導(dǎo)管可以不注漿，超前小導(dǎo)管只發(fā)揮“梁”的作用對圍巖進(jìn)行預(yù)支護(hù)。

在Ⅴ級圍巖地段膏溶角礫巖強(qiáng)度較低或有水時(shí)，可采用對超前小導(dǎo)管水泥單液注漿的方法對圍巖進(jìn)行預(yù)加固。水泥單液注漿設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加入適量的速凝劑，加快凝結(jié)速度，盡快提高圍巖的整體性和承載能力，同時(shí)減少漿液中含水對膏溶角礫巖的不利影響。

在Ⅴ級圍巖地段水較多時(shí)或者在Ⅴ級圍巖加強(qiáng)段宜采用水泥水玻璃雙液注漿。水玻璃的波美度e′=40。水泥水玻璃雙液注漿配合比以加快凝結(jié)速度，盡快提高圍巖的整體性和承載能力，同時(shí)減少漿液中含水對膏溶角礫巖的不利影響為原則。

所有注漿段圍巖的開挖應(yīng)待漿液凝固后進(jìn)行，以確保超前小導(dǎo)管能夠充分發(fā)揮預(yù)支護(hù)和預(yù)加固的效果。

3 結(jié)語

通過有針對性的設(shè)計(jì)與施工，把超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)應(yīng)用于膏溶角礫巖隧道施工中的效果良好，根據(jù)量測資料顯示，某隧道膏溶角礫巖段在初期支護(hù)完成后的10d內(nèi)，隧道拱頂下沉累計(jì)最大3.3cm，水平收斂最大累計(jì)2.8cm，均小于預(yù)留的隧道圍巖變形值，隧道順利通過膏溶角礫巖段圍巖。工程實(shí)踐證明，采用超前小導(dǎo)管能確保隧道圍巖的穩(wěn)定和施工安全，滿足設(shè)計(jì)與施工相關(guān)要求。

［1］何本國，朱永全，孫明磊，等.高速鐵路膏溶角礫巖深埋隧道支護(hù)荷載確定方法［J］.巖土力學(xué)，2013，34(3):827-832.

［2］鄧建華，黃醒春，彭結(jié)兵，等.膏溶角礫巖不同天然含水率情況下力學(xué)特性的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30(8):1203-1207.

［3］彭勇民，高 波，張榮強(qiáng)，等.四川盆地南緣寒武系膏溶角礫巖的識別標(biāo)志及勘探意義［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2011，33(1):22-27.

［4］熊江陵，李建華.太行山隧道膏溶角礫巖工程特性試驗(yàn)研究［J］.隧道建設(shè)，2007，27(1):6-8，15.

［5］張俊興.強(qiáng)風(fēng)化膏溶角礫巖隧道施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(6):64-66.

［6］TB 10003-2005，鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］彭結(jié)兵，鄧建華，黃醒春.膏溶角礫巖側(cè)限膨脹特性試驗(yàn)研究［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，16(8):634-638.