朱砂堡2號隧道淺埋順層偏壓進洞施工工藝

卜春豐

（中鐵三局集團第二工程有限公司，河北 石家莊 050031）

1 工程概況

玉屏東—三穗東車站區(qū)間，雙線隧道，左右線線間距為5.0 m，設(shè)計為20‰的單面山坡。構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)，最大埋深49 m，地面高程575～650 m，自然坡度10°～35°，局部陡峭，植被發(fā)育良好。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及氣候條件

2.1 工程地質(zhì)條件

隧區(qū)溝槽覆蓋第四系坡殘積（Q[4]（dl+el））黏性土所覆蓋，基巖部分裸露，為寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈[1]q）薄層灰?guī)r。地層由新到老分述如下：

<0-2>溶洞（Q[4]（ca））：全充填黃褐色軟塑狀黏土。

<0-3>溶洞（Q[4]（ca））：半充填，褐黃色、硬塑狀黏土充填。

<0-5>溶洞（Q[4]（ca））：空洞，無充填，鉆具自由下落。

<6-3>紅黏土（Q[4]（dl+el））：褐黃、淺黃、棕黃、棕紅色硬塑～堅硬狀黏土、紅黏土，夾含20%碎石角礫。厚度變化較大，范圍在0～6 m，廣泛分布于緩坡及坡腳。屬I&I級普通土。

<83-2>灰?guī)r（∈[1]q）：淺灰色，灰?guī)r，薄層，鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，節(jié)理裂隙分割間距20～50 cm，裂隙面較平整，其上有鈣質(zhì)風化薄膜及水銹痕跡，巖質(zhì)較堅硬、性脆，錘擊聲脆。強風化帶（W[3]）巖體破碎，碎塊狀，厚0～2 m，屬I&V級軟石；弱風化帶（W[2]）呈塊狀及柱狀，屬V級次堅石。

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 地表水

隧區(qū)地表水以山間溝水為主，水量較小，雨季時溝內(nèi)水量增加明顯，普遍在2～3 L/s。

2.2.2 地下水特征

隧區(qū)地下水類型主要為第四系松散土層孔隙水、巖溶水。

2.2.3 水化學特征

根據(jù)鉆孔SH-DZ-48-085-1取水樣分析得出：地下水水質(zhì)類型為 HCO3-、-SO42-、-Mg2+、Na+型，pH值為 6.7。根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)[2005]157號），在環(huán)境作用類別為化學侵蝕環(huán)境時，對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕作用。

2.3 氣候條件

本隧段（羊坪縣）屬亞熱帶濕潤季風氣候，氣溫及降雨等各地雖有差異，但變幅不大?？偟奶攸c是：冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和，雨量充沛，陰雨天多，四季不甚分明。年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫一般為34～37℃，黔東玉屏局部高達39℃，極端最低氣溫一般為-7～-10℃。年平均降雨量為1 200～1 500 mm，5～10月份為雨季，占年降雨量的80%。

3 進洞方案

首先進行邊仰坡開挖。洞口邊仰坡開挖應(yīng)盡量避開雨期，首先在洞口邊仰坡開挖及回填邊緣線外5～10 m施作洞頂截水天溝，防止地表水沖刷邊仰坡，以攔截地表水，避免雨水沖刷洞門造成危害；截水溝采用C25混凝土進行施工，做到圓順流暢，不積水，不滲水，攔截導引地表水，防止地表水影響洞口施工，達到穩(wěn)定坡面的目的。

為增加洞口及邊仰坡的穩(wěn)定性，確保進洞安全，在洞口范圍內(nèi)放出邊仰坡開挖輪廓線，清除開挖范圍內(nèi)植被，按照“分層、分段，自上而下，邊開挖、邊防護”的原則，采用挖掘機自上而下進行開挖，人工配合精確刷坡。避免圍巖振動過大，造成邊坡、仰坡坍塌，甚至造成山體滑坡，影響洞口施工安全。

3.1 進口方案

本隧道進口段永久開挖邊坡坡面當位于土層時采用混凝土人字形截水骨架護坡防護。明洞段臨時開挖坡面當位于土層時采用噴錨網(wǎng)防護：噴C25混凝土厚10 cm，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm；錨桿采用Φ22砂漿錨桿，每根長4 m，梅花形布置，間距1.0 m×1.0 m。明洞段明暗分界直立面當位于土層時采用噴錨網(wǎng)防護：噴C25混凝土厚8 cm，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm；開挖范圍內(nèi)錨桿采用Φ25纖維錨桿，每根長4 m，僅噴C25混凝土厚8 cm。

3.2 出口方案

本隧道出口段永久開挖邊坡坡面采用錨桿框架梁護坡防護。明洞段臨時開挖坡面當位于土層時采用噴錨網(wǎng)防護：噴C25混凝土厚10 cm，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm；錨桿采用Φ22砂漿錨桿，每根長4 m，梅花形布置，間距1.0 m×1.0 m，僅噴C25混凝土厚8 cm。明洞段明暗分界直立面采用噴錨網(wǎng)防護：噴C25混凝土厚8cm，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm；開挖范圍內(nèi)錨桿采用Φ25纖維錨桿，每根長6 m，僅噴C25混凝土厚8 cm。

3.3 洞口開挖注意事項

洞口開挖前，應(yīng)首先清除洞口開挖范圍內(nèi)的樹木、雜草和樹根，檢查邊仰坡以上的山坡穩(wěn)定情況，處理坡面的危石。

洞口土方采用機械開挖施工時，邊仰坡應(yīng)預留約30 cm的整修層，采用人工刷坡并及時夯實整平成型，防止超挖，保證邊仰坡平順，坡率符合要求。

洞口開挖時，應(yīng)自上而下分層開挖，嚴禁掏底開挖或上下重疊開挖，結(jié)合正洞開挖方法，預留進洞臺階，形成進洞面及邊仰坡，并及時對坡面進行防護，加強對坡面監(jiān)測。開挖后的坡面應(yīng)穩(wěn)定、平整、美觀。

3.4 洞口開挖施工方法及工藝要求

隧道進口洞口為Ⅴ級圍巖淺埋段，采用超前管棚預支護，臺階法加臨時仰拱開挖進洞，超前支護采用Φ108大管棚，長度35m，環(huán)向間距40 cm，每環(huán)設(shè)置50根。加強支護采用全環(huán)I22a型鋼鋼架、間距60 cm及噴錨網(wǎng)初期支護。

3.4.1 管棚施工

管棚是利用導向架，沿著開挖外輪廓線，保證外插角為1°～3°之內(nèi)，向開挖面前方打入鋼管，形成對開挖面前方圍巖的預支護。

3.4.2 材料要求

導管采用外徑108 mm熱軋無縫鋼管，壁厚滿足設(shè)計要求；管棚所用鋼管進場必須按批抽取試件做力學性能和工藝性能試驗，其質(zhì)量必須符合國家有關(guān)規(guī)定及施工圖要求。

注漿液采用水泥漿液，漿液應(yīng)具有良好的流動性、可灌性、凝膠時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)、固化時收縮小，漿液與圍巖、混凝土、砂土等的粘結(jié)力強，固結(jié)體具有高強度和良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性、耐久性，注漿材料和固結(jié)體無毒、無意味、無污染，對人體無害。

3.4.3 施工方法及工藝要求

施工誤差要求：徑向不大于20 cm，同一斷面接頭數(shù)量不大于50%，相鄰鋼管的接頭至少錯開1 m。施工方法分為以下六步。

3.4.3.1 施作套拱

混凝土套拱作為管棚的導向墻，套拱在洞身開挖輪廓線以外施作，套拱內(nèi)埋設(shè)2榀工字型鋼支撐，鋼支撐與管棚孔口管焊成整體。

孔口管作為管棚的導向管，它安設(shè)的平面位置、傾角、外插角的準確度直接影響管棚的質(zhì)量。用全站儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置；用水準尺配合坡度板設(shè)定孔口管的傾角；用前后差距法設(shè)定孔口管的外插角?？卓诠軕?yīng)牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習r產(chǎn)生位移。

3.4.3.2 搭鉆孔平臺安裝鉆機

鉆機平臺可用鋼管腳手架搭設(shè)，搭設(shè)平臺應(yīng)一次性搭好，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行，可縮短移動鉆機與搭設(shè)平臺時間，便于鉆機定位。

平臺支撐要著實地，連接要牢固、穩(wěn)定。防止在施鉆時鉆機產(chǎn)生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質(zhì)量。

鉆機定位：鉆機要求與已設(shè)定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導向相結(jié)合的方法，反復調(diào)整，確保鉆機鉆桿軸線也孔口管軸線相吻合。

3.4.3.3 鉆孔

鉆機距工作面距離不大于2 m，采用兩臺鉆機同時作業(yè)，由兩側(cè)向中間，互不干擾，加快進度。為克服鉆機具自重所產(chǎn)生的下垂，鉆機要與導向管保持一致。

鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔幾米后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風壓。為防止堵塞鉆機風孔，可加大高壓風清孔頻率，切忌高壓水清孔。

鉆進過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機鉆進的現(xiàn)象及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。

3.4.3.4 清孔、驗孔

用ф108 mm巖芯管進行來回掃孔，清除浮渣至孔底，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔；用高壓氣從孔底向孔口清理鉆碴；用測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

3.4.3.5 安裝管棚鋼管

導管加工絲扣，除尾部1.5 m外，每隔15～20 cm鉆Φ10出漿孔；導管接頭采用Φ121套管連接，為使鋼管接頭錯開，鋼管按9 m、6 m不等長加工，保證相鄰鋼管在同一截面的接頭錯開。

3.4.3.6 注漿

注漿前用噴射混凝土封閉掌子面并對孔口進行封堵，以防孔口冒漿，混凝土噴射厚度約15 cm，注漿壓力控制在1～2 MPa左右，注漿時控制好注漿壓力和注漿量，以防注漿過量而引起地面隆起。向奇數(shù)孔管棚內(nèi)壓注漿液，注漿前用噴混凝土將工作面封閉，并用速凝砂漿密封孔口管與鋼管之間的縫隙。注漿方式采用全孔壓入式，注漿機采用YZB-80型注漿泵。

配置漿液并注漿，漿液擴散半徑不小于0.5 m，漿液為1∶1水泥凈漿，注漿初壓0.5～1 MPa，終壓2 MPa。注漿前按參數(shù)進行注漿現(xiàn)場試驗，注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗合格按實際情況確定，以確保達到固結(jié)圍巖的目的。鉆孔時出現(xiàn)卡鉆或坍孔時應(yīng)先注漿后再鉆孔。注漿結(jié)束后及時清除管內(nèi)漿液，并用水泥砂漿緊密充填，增強管棚的剛度和強度。

注漿時先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。

管棚施工完成后，采用臺階法加臨時仰拱開挖進洞，施作初期支護，根據(jù)圍巖變化情況設(shè)置臨時仰拱，盡早形成封閉支撐結(jié)構(gòu)，仰拱澆筑緊跟開挖，及時施作二次襯砌。

4 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測法是施工的重要手段,是指導施工方案中的支護參數(shù)、施工工藝及各工序的作業(yè)時間的重要方法。地表沉降測點橫向間距為2～5 m，每個斷面設(shè)7～11個點，監(jiān)測范圍應(yīng)在隧道開挖影響范圍內(nèi)設(shè)置。在隧道中線附近測點應(yīng)設(shè)當加密，地表沉降應(yīng)在開挖工作面前方、隧道埋深及隧道開挖高度處進行觀測，直到二次襯砌封閉、下沉基本停止時的位置。地表沉降量測頻率應(yīng)與洞內(nèi)拱頂下沉和凈空變化的量測頻率相同。

[1]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集.[M]北京：人民交通出版社，2011.

[2]吳波.地鐵隧道施工對地表沉降影響的優(yōu)化控制分析.[J]西南交通大學，2003.