金溫鐵路湯村隧道穿越富水斷層帶施工技術(shù)

郭智剛，魯良武，龍 亮

(1．上海應用技術(shù)學院 軌道交通學院，上海 201418;2．中鐵上海工程局集團有限公司，上海 200000; 3．中鐵上海工程局集團第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

金溫鐵路湯村隧道穿越富水斷層帶施工技術(shù)

郭智剛1，魯良武2，龍 亮3

(1．上海應用技術(shù)學院 軌道交通學院，上海 201418;2．中鐵上海工程局集團有限公司，上海 200000; 3．中鐵上海工程局集團第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

金溫鐵路湯村隧道穿越軟弱地層，隧址區(qū)斷層發(fā)育，涌水量大。施工時采取了洞內(nèi)超前預注漿加固止水、洞身段長管棚超前預支護措施。通過規(guī)范施工工序，加強各工序的過程控制，堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、快反饋”的原則并嚴格按照三臺階四步開挖法組織施工，成功穿越富水軟弱地層。

鐵路 富水斷層 特長隧道 施工技術(shù)

1 工程概況

金溫鐵路湯村隧道起止里程DK14+380—DK24 +025，全長9 645 m。在DK17+367線路右側(cè)設置長550 m的雙車道無軌運輸1#斜井，在DK20+090線路左側(cè)設置長1 085 m的雙車道無軌運輸 2#斜井，在DK23+130線路右側(cè)設置長230 m的雙車道無軌運輸3#斜井。其中:Ⅱ級圍巖5 295 m，占全隧 55%;Ⅲ級圍巖1 830 m，占全隧19%;Ⅳ級圍巖1 840 m，占全隧19.1%;Ⅴ級圍巖680 m，占全隧 6.9%。隧址區(qū)斷層十分發(fā)育，與隧道呈不同角度相交，直接影響隧道圍巖分級，整個隧道共18條斷層。其中F4斷層影響最大，其正常涌水量達416 m3/d。

F4斷層在地表 DK16+660處與線路相交，夾角約為58°，斷層地表特征明顯，發(fā)育為U字形溝谷，谷中泉水、水塘線狀分布，溝谷下游為三汶塘水庫。斷面為舒緩波狀，延伸較遠，局部見石英巖。推測為先張后壓斷層，產(chǎn)狀260°∠75°。本段洞身埋藏淺，經(jīng)鉆孔抽水試驗淺部滲透系數(shù)達48.7 m/d，受地表水補給的可能性很大。物探資料顯示，斷層影響帶寬約220 m，電阻率一般為100～300 Ω·m，推測斷層富水性較強。根據(jù)鉆孔揭示，埋深15～17 m處巖芯破碎，糜棱巖化。

2 施工技術(shù)難點

三汶塘附近有座大水庫，常年有庫存水，水庫深度和面積較大，而且水庫附近就是隧道下穿的方向，又受F4斷層帶影響，在該段范圍內(nèi)隧道埋深最小為24 m，對施工擾動必須嚴格控制，

區(qū)間隧道圍巖屬于軟弱圍巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，控制擾動和變形極其困難。首先是隧道開挖后，大量地下水滲入隧道，導致圍巖失水固結(jié)，地表下沉，給周圍水庫帶來極大的危害。其次是地下水滲透對圍巖產(chǎn)生軟化作用，圍巖由硬塑變?yōu)檐浰埽踔磷優(yōu)榱魉軤顟B(tài)，產(chǎn)生大變形而喪失穩(wěn)定性。由于地下水的滲透作用，工程所處位置沒有降水作業(yè)條件。因而，地下水的控制顯得非常重要且極為困難。施工時，必須采取嚴格措施控制，防止產(chǎn)生大變形及坍塌。

3 隧道施工技術(shù)

F4斷層與三汶塘水庫存在水力聯(lián)系，與隧道正洞相交于DK16+644附近，DK16+660—DK16+600段為Ⅴ級圍巖，按設計要求對隧道洞內(nèi)加固圈3 m進行超前預注漿止水，對洞身段施作 φ89 mm長管棚超前預支護，采取三臺階四步開挖法。

3.1 加固圈超前預注漿

為防止大量滲水發(fā)生，提前5 m于DK16+665處進行加固圈超前預注漿施工［7-11］。超前注漿對鉆孔角度要求高，工序要求嚴格。超前預注漿施工工藝流程如圖1所示。

3.1.1 鉆孔施工

測量班根據(jù)孔口坐標在掌子面上用紅油漆標出，并且注明孔號?？卓谖恢门c設計位置的容許偏差為±5 cm，孔底位置偏移應＜30 cm。利用鉆機首尾坐標差值控制豎直角及水平角，如圖2所示。

圖1 超前預注漿施工工藝流程

圖2 鉆機角度示意

鉆孔按先外圈后內(nèi)圈并以間隔鉆孔的方式進行。首先鉆外圈孔51，53，55，…，之后再鉆52，54，56，…，然后再鉆內(nèi)圈孔，加固圈布孔如圖3所示。在鉆孔過程中，后序孔可檢查前序孔的注漿效果，根據(jù)注漿效果調(diào)整注漿參數(shù)。

3.1.2 漿液配比

漿液配比是決定注漿效果的一個關(guān)鍵因素。根據(jù)涌水量大小和進漿情況確定不同漿液配比。當注漿孔涌水量＜30 L/min時，選用純水泥漿;當注漿孔涌水量在30～200 L/min范圍內(nèi)，選用凝膠時間為4～6 min的漿液;當注漿孔涌水量＞200 L/min，選用凝膠時間為3～4 min的漿液。

圖3 加固圈超前預注漿示意(單位:cm)

3.1.3 注漿方法

注漿采用后退式分段注漿，即將氣囊式止?jié){塞放入注漿孔內(nèi)，通過輸氣設備，使止?jié){塞膨脹，和巖體形成一個協(xié)同作用的整體。后退式分段注漿分段長度為5～10 m，第一注漿段完成后，后退止?jié){塞至下一注漿段預定位置進行第二段注漿，如此循環(huán)，直至該孔注漿完成。

注漿前，要在類似地質(zhì)條件下的巖層中進行注漿試驗，以便掌握有關(guān)的注漿參數(shù)。注漿作業(yè)按照鉆孔出水→測水壓水量→壓水試驗→注漿→掃孔→出水再注漿至設計長度→達到結(jié)束標準停止注漿的完整程序進行。注漿管路接通后，先壓水2～5 min，檢查注漿泵及管路系統(tǒng)工作是否正常。注漿開始將吸漿龍頭從清水池中放入各自的漿液池中，即開始注漿;當壓力達到終壓時，即注漿封孔。注漿結(jié)束后，先打開泄?jié){管閥門，再關(guān)閉進漿管閥門，用清水沖洗管路干凈為止。

3.2 洞身長管棚施工

洞身超前管棚施作起加固巖體，降低隧道坍塌冒頂?shù)蕊L險的作用。其施工工藝流程見圖4。

3.2.1 導向鋼架施工

以隧道初期支護型鋼鋼架為導向鋼架，在型鋼鋼架腹板開圓孔φ110 mm，間距40 cm，鉆進過程中控制外插角≤12°。洞身段管棚施工如圖5所示。

圖4 洞身長管棚施工工藝流程

圖5 洞身段管棚施工縱斷面示意

3.2.2 鋼管制作

鋼管采用φ89 mm壁厚5 mm的熱軋無縫鋼管制作。奇數(shù)號采用鋼花管，分節(jié)長度由孔內(nèi)向孔外分別為1，3，3，3 m。每節(jié)鋼管兩端采用外車絲扣，絲扣長度為150 mm，并以間距150 mm鉆φ10～φ16 mm的注漿孔，鉆孔呈梅花形布置，尾部留下不鉆孔的止?jié){段150 cm。偶數(shù)號采用鋼管，分節(jié)長度由孔內(nèi)向孔外分別為3，3，3，1 m，可保證鋼管接頭在同一個截面的數(shù)量不大于50%。

人工配合挖機將鋼管打入鉆孔內(nèi)，鋼管邊頂進邊接長。兩根鋼管絲扣擰緊連接完成后用電焊將接縫焊接牢固。鋼管隨挖機頂進逐根接長直至安裝完成。挖機與鋼管接觸位置設置墊板防止頂進時將管端絲扣損壞。

3.3 三臺階四步開挖

洞身段超前長管棚支護施工完成后進行暗洞洞身開挖。F4斷層帶DK16+600—DK16+660段采用三臺階四步開挖法進洞。開挖順序為上臺①部②部、中臺③部、下臺④部，仰拱及時跟進。開挖采用小型挖機，人工配合施工，每循環(huán)進尺0.6 m。三臺階四步開挖法施工工序見圖6。

圖6 三臺階四步開挖法施工工序

步驟1:1)利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護;2)弱爆破開挖①部;3)施作①部導坑周邊的初期支護，初噴4 cm厚混凝土，架立初期支護鋼架，并設鎖腳錨管;4)導坑底部及側(cè)面鋪設 I18輕型工字鋼臨時鋼架，底部噴20 cm厚混凝土，施作①部臨時仰拱，必要時封閉掌子面;5)鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

步驟2:1)在滯后①部一段距離后，弱爆破開挖②部;2)導坑周邊部分初噴4 cm厚混凝土，架立初期支護鋼架，并設鎖腳錨桿;3)導坑底部及側(cè)面鋪設I18輕型工字鋼臨時鋼架，底部噴20 cm厚混凝土，施作②部臨時仰拱，必要時封閉掌子面;4)鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

步驟3:1)在滯后于②部一段距離后，弱爆破開挖③部;2)導坑周邊部分初噴4 cm厚混凝土，架立初期支護鋼架，并設鎖腳錨桿;3)導坑底部噴8 cm厚混凝土，施作③部臨時仰拱;4)鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

步驟4:1)在滯后于③部一段距離后，弱爆破開挖④部;2)初噴4 cm厚混凝土，架立初期支護鋼架，并設鎖腳錨桿;3)隧道底及周邊部分噴混凝土至設計厚度。

步驟5:灌注④部仰拱及隧道仰拱填充，仰拱及隧道仰拱填充應分次施作。

步驟6:分析監(jiān)控量測結(jié)果，待初期支護收斂后，利用襯砌模板臺車一次性澆筑二次襯砌。

4 結(jié)語

湯村隧道穿越富水斷層，且圍巖軟弱，節(jié)理裂隙發(fā)育。采取了洞內(nèi)超前預注漿加固止水、洞身段長管棚超前預支護措施，嚴格按照三臺階四步開挖法施工，保證了隧道施工的順利進行。

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(責任審編 葛全紅)

U455

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．13

2015-02-10;

:2015-06-10

國家自然科學基金項目(51108152);鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2012G003-E);上海應用技術(shù)學院引進人才基金資助項目(YJ2014-37)

郭智剛(1984— )，男，湖北黃岡人，講師，博士。

1003-1995(2015)08-0044-04