淺談全風(fēng)化花崗巖淺埋富水隧道開挖施工技術(shù)

（中鐵五局機(jī)械化公司衡茶吉鐵路項(xiàng)目部，湖南 株洲 412500）

淺談全風(fēng)化花崗巖淺埋富水隧道開挖施工技術(shù)

蘇桂杰

（中鐵五局機(jī)械化公司衡茶吉鐵路項(xiàng)目部，湖南 株洲 412500）

本文介紹了下關(guān)隧道通過全風(fēng)化花崗巖淺埋富水隧道開挖采取的施工方法和措施，隧道安全順利的通過淺埋段施工，施工進(jìn)度明顯改善，施工成本有效減少。通過洞外井點(diǎn)降水，變洞內(nèi)為洞外施工，加快了全風(fēng)化花崗巖淺埋段富水隧道開挖的施工進(jìn)度。

全風(fēng)化花崗巖；淺埋富水；井點(diǎn)降水；隧道開挖；監(jiān)控量測(cè)

1 工程概況

下關(guān)隧道全長1880m，單線鐵路隧道，隧道范圍內(nèi)山坡表面覆蓋第四系全新統(tǒng)殘積粉質(zhì)粘土，谷地內(nèi)分布粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，基層為加里東期花崗巖。隧道所處山體沖溝發(fā)育，無常年性流水，溝內(nèi)平時(shí)斷續(xù)有小股水流，雨季水量較大。地下水主要為基巖裂隙水，接受大氣降水補(bǔ)給，在補(bǔ)給過程中，由于地面坡度較大，大氣降水多以面流形式流走。

隧道在DK53+740～DK53+895段隧道埋深較淺，設(shè)計(jì)采用徑向注漿加固措施，在DK53+765～DK53+845段并采用Φ80大管棚+Φ42注漿小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)，管棚長度10m一環(huán)，兩環(huán)之間搭接長度不小于3m，管棚環(huán)向間距40cm，外插角不大于12度，采用水泥漿或水泥+水玻璃等雙液漿，注漿壓力0.5～2.0Mpa。

2 工程施工難點(diǎn)

2.1 地下水豐富，圍巖軟弱自穩(wěn)能力差

隧道洞身位于淺埋沖溝內(nèi)，拱頂最小埋深7.0m，地表為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚3～4.5m，以下為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化花崗巖。全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖主要由石英、長石和云母組成。石英通常呈圓形粒狀、無色透明。長石有肉紅色的鉀長石和灰白色的斜長石，長石強(qiáng)度低，遇水易軟化。云母為片狀的黑云母，有時(shí)也有白云母。在掌子面開挖過程中，圍巖表面有面狀滲水，局部地方有股狀流水，隨著時(shí)間的延續(xù)，圍巖表面滲水逐漸加大，在水的作用下，圍巖易軟化，圍巖由硬塑變?yōu)檐浰軤顟B(tài)，甚至變?yōu)榱魉軤顟B(tài)，造成掌子面易溜坍，施工極其困難。在DK53+750處，在掌子面開挖完成后，準(zhǔn)備對(duì)掌子面噴射砼時(shí)，由于水的作用，掌子面出現(xiàn)了溜坍現(xiàn)象。

2.2 管棚，超前小導(dǎo)管及噴射砼施工難

鉆機(jī)鉆孔完成后，在清孔過程中，由于地下水的作用，孔壁表面的花崗巖顆粒脫落或塌孔，鉆孔難于清理干凈，導(dǎo)致管棚鋼管或小導(dǎo)管頂進(jìn)困難，注漿時(shí)，水泥漿也易被水流帶走，注漿效果差。噴射砼時(shí)，圍巖表面滲水，表面軟化，噴射砼難于粘附在圍巖上，噴上的噴漿料與表面的圍巖一起滑落，噴砼難度大。

2.3 沉降變形大

隧道開挖采用三臺(tái)階七步法施工，雖然每臺(tái)階開挖在每側(cè)拱腳增加了2組斜向45度的鎖腳錨桿，拱頂下沉及收斂較大仍然較大，尤其是下臺(tái)階和仰拱開挖時(shí)，變形更大，仰拱施工完成后，拱頂下沉及收斂逐漸穩(wěn)定。部份地段因變形過大，導(dǎo)致初期支護(hù)侵限，還需進(jìn)行換拱等作業(yè)。

3 施工方案確定

全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖在干燥狀態(tài)下，較為密實(shí)，自穩(wěn)能力好，常采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法或三臺(tái)階法施工，每天可掘進(jìn)2個(gè)循環(huán)。該隧道淺埋段位于沖溝內(nèi)，三面為山，凹地內(nèi)地勢(shì)平坦，為當(dāng)?shù)卮迕褶r(nóng)田，地下水豐富，在隧道超前預(yù)支護(hù)施工中，管棚、超前小導(dǎo)管和徑向注漿不能對(duì)隧道開挖斷面形成帷幕，完全阻斷地下水的滲出，圍巖表面及裂隙滲、流水現(xiàn)象仍然明顯，而且隨著時(shí)間推移，滲水現(xiàn)象不斷加大。在小導(dǎo)管施做過程中，常常會(huì)有積水從小導(dǎo)管內(nèi)流出，圍巖滲水明顯。

由于注漿效果不好，圍巖遇水軟化，自穩(wěn)能力差，初期支護(hù)變形大，隧道施工相當(dāng)困難。根據(jù)隧道施工情況，結(jié)合地表地形地貌，確定了采用地表井點(diǎn)降水的施工方案，隧道開挖采用三臺(tái)階法或環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。隧道開挖后及時(shí)落底，封閉成環(huán)，施工仰拱砼，待初支穩(wěn)定后，施工二襯砼。

4 井點(diǎn)降水施工

井點(diǎn)降水點(diǎn)的設(shè)置：在洞外地表沿線路前進(jìn)方向左右側(cè)設(shè)置井點(diǎn)降水井，以降低地下水位線，井點(diǎn)降水井直徑為40cm，沿線路方向左右兩側(cè)交錯(cuò)設(shè)置，井點(diǎn)降水井距隧道最外側(cè)開挖線2m，降水井底在仰拱以下2m，間距4m，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)降水效果進(jìn)行調(diào)整。

施工工藝流程：井點(diǎn)測(cè)量定位→挖井口→安護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔→回填井底砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間的礫石過濾層→洗井→井管內(nèi)下設(shè)水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水完畢拔井管→封井

井管采用200mm厚5mm的 PVC塑料管，塑料管接頭采用直接頭。塑料管徑上間距10cm，環(huán)向交錯(cuò)設(shè)置5mm的濾水孔，管壁外纏繞12號(hào)螺旋形鐵絲，間距10cm，外包80目鍍鋅鐵絲網(wǎng)一層。上下管之間用直接頭連接好。管底用鐵絲網(wǎng)封底。井管下入后，及時(shí)在井管與土壁間用鐵鍬分層填充砂礫濾料，粒徑大于濾網(wǎng)的孔徑，一般為3～8mm細(xì)礫石。填濾料一次連續(xù)完成，從底填到井口下1m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。每井一臺(tái)深井專用泵，外徑比井管小50mm，每臺(tái)泵單獨(dú)設(shè)一個(gè)控制開關(guān)，在井口安裝閥門，以便調(diào)節(jié)流量的大小，閥門用夾板固定。

5 隧道開挖及初期支護(hù)

井點(diǎn)降水實(shí)施后，洞內(nèi)滲水現(xiàn)象明顯減弱，掌子面較為干爽，隧道為單線鐵路隧道，開挖斷面小，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土方施工。環(huán)形開挖預(yù)留核心土法是在上部斷面以弧形導(dǎo)坑領(lǐng)先，其次開挖下半部?jī)蓚?cè)，再開挖中部核心土的方法。 在施工時(shí)環(huán)形開挖預(yù)留核心土每部開挖進(jìn)0.6m（即按設(shè)計(jì)鋼架間距為一榀），開挖完成后及時(shí)施作噴錨支護(hù)、安裝鋼架支撐，每?jī)砷摷苤g采用鋼筋連接，并加鎖腳錨桿。上部弧形，左、右側(cè)墻部，中部核心土開挖各錯(cuò)開3～5m進(jìn)行平行作業(yè)。

5.1 上臺(tái)階開挖及支護(hù)

上臺(tái)階開挖時(shí)，每三榀鋼拱架施工一環(huán)長3.5m的φ42超前小導(dǎo)管，間距30cm，外插角5～10度，并進(jìn)行超前注漿，單液水泥漿，注漿壓力0.5～1.0mpa。注漿完成后，對(duì)隧道進(jìn)行開挖修邊，復(fù)核開挖輪廓線后，對(duì)圍巖表面進(jìn)行初噴4cm的噴射砼，施做徑向中空注漿錨桿或砂漿錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，安裝I18工字鋼架支撐，鋼架間采用Φ22縱向鋼筋連接，并用鎖腳錨管固定并注漿。

5.2 下臺(tái)階開挖及支護(hù)

上臺(tái)階開挖3～5m后，施工下臺(tái)階，每次1榀，左右兩側(cè)錯(cuò)開，每榀鋼拱架增設(shè)一對(duì)鎖腳錨桿，以減小仰拱開挖時(shí)圍巖下沉過大。

5.3 仰拱開挖及支護(hù)

仰拱開挖長度控制在3m左右，開挖后噴射10cm厚的噴射砼，然后連接仰拱鋼拱架及縱向連接筋，復(fù)噴砼，綁扎仰拱鋼筋，澆筑仰拱砼。

6 圍巖監(jiān)控量測(cè)

隧道設(shè)計(jì)為按新奧法設(shè)計(jì)的復(fù)合式襯砌，依據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，為保證施工階段和運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)安全，確保隧道工程的安全性，經(jīng)濟(jì)性，隧道修建過程中必須進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。通過監(jiān)控量測(cè)，能為隧道開挖，初期支護(hù)，二次襯砌施工等提供信息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

6.1 淺埋段地表下沉量測(cè)

地表下沉量測(cè)斷面宜與洞內(nèi)水平凈空變化和拱頂下沉在同一橫斷面內(nèi)，橫斷面方向在隧道中心及兩側(cè)間距2～5m施設(shè)下沉點(diǎn)，每斷面施設(shè)9個(gè)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍在隧道開挖影響范圍以外。地表下沉量測(cè)在開挖面前方隧道埋置深度與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。地表下沉量測(cè)頻率和拱頂下沉和水平凈空變化的量測(cè)頻率相同。

6.2 凈空水平收斂量測(cè)

隧道最大跨處及以上，左右兩側(cè)3m對(duì)稱布置量測(cè)樁，每個(gè)量測(cè)斷面設(shè)7個(gè)收斂樁，量測(cè)斷面間距10m。采用收斂計(jì)進(jìn)行量測(cè)，開挖后按要求迅速安裝收斂樁并編號(hào)，初始計(jì)數(shù)在開挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得大于24h，而且在下一循環(huán)開挖前獲取初始讀數(shù)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)牢固可靠，易于識(shí)別并妥為保護(hù)。

6.3 拱頂下沉量測(cè)

正洞拱頂設(shè)一個(gè)下沉樁，量測(cè)斷面間距10m。噴射砼在測(cè)點(diǎn)處設(shè)固定樁，采用精密水準(zhǔn)儀和收斂計(jì)鋼尺進(jìn)行量測(cè)，在兩端洞口處各設(shè)一水準(zhǔn)基點(diǎn)供洞內(nèi)拱頂下沉量測(cè)用，量測(cè)頻率及其它要求同凈空水平收斂量測(cè)要求。

6.4 量測(cè)頻率

凈空水平收斂量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)采用相同的頻率，如表1。

6.5 二次襯砌施工條件

在隧道周邊變形速率有明顯減緩趨勢(shì)，初期支護(hù)表面裂縫不再繼續(xù)發(fā)展，拱頂位移速度小于0.1mm/d或收斂速度小于0.15mm/d，累計(jì)位移值不超過極限位移值的80～90%的可施工二次襯砌。

結(jié)語

在全風(fēng)化花崗巖淺埋富水的隧道施工中，通過地表井點(diǎn)降水措施，解決了洞內(nèi)全風(fēng)化花崗巖遇水軟化的問題，保證了隧道開挖的正常施工。隧道開挖施工進(jìn)度達(dá)到每天2個(gè)循環(huán)，施工進(jìn)度接近正常段隧道開挖進(jìn)度，施工進(jìn)度大大提高，為今后類似地質(zhì)情況隧道開挖提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1]TBG108292，鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則[S].

[2]GB50299—1999，地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

U455 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A