淺埋偏壓隧道施工技術
——以北干渠上料隧洞為例

張志鵬

(中鐵十八局軌道交通工程有限公司，廣西 南寧 530000)

淺埋偏壓隧道施工技術
——以北干渠上料隧洞為例

張志鵬

(中鐵十八局軌道交通工程有限公司，廣西 南寧 530000)

結(jié)合自身多年隧道施工經(jīng)驗，結(jié)合實際工程案例，對淺埋偏壓隧道施工的技術問題進行了探討，以供同行工作者參考。

淺埋偏壓；地表加固；洞身開挖；監(jiān)控量測

在我國公路建設項目中隧道施工是其中重要的組成部分，由于隧道施工涉及工地周圍的地質(zhì)地貌等問題，極易受到施工周邊不良自然因素的影響，因此在施工技術方面要求相對比較高。當隧道需要經(jīng)過部分特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地段時(如：淺埋扁壓破碎地段等)，此時工程施工人員便需要提前做好相關處理淺埋偏壓地質(zhì)結(jié)構(gòu)的應對措施，這樣可預防不良事故的發(fā)生。

一、工程背景

北干渠上料隧洞地處廣西三大降水低值區(qū)之一，多年平均年降雨量為1 400mm，多年平均氣溫在20.7℃，干旱指數(shù)0.71。北干渠上料隧洞區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖分布廣泛，巖溶地貌分布較廣，巖石類型為沉積巖，其中石灰?guī)r分布最廣，溶痕、溶孔、溶隙、溶槽、溶斗發(fā)育，屬于典型的巖溶溶蝕地貌。由于該項目位于桂西山地與桂中盆地過渡地帶即桂中盆地內(nèi)，本地區(qū)以巖溶地貌為其主要特征的地貌景觀，下伏基巖以灰?guī)r為主，覆蓋層層厚3～20m不等，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象巖溶和斷層，因此工程施工難度比較高。

二、施工方案

為確保隧道結(jié)構(gòu)和施工安全，在淺埋偏壓隧道施工中選擇了四種方案進行了對比。一是在開挖之前設置擋土墻進行地表回填。若采用這種方案，由于隧道施工地段處于一個淺埋偏壓的沖溝，縱向、橫向的自然坡度達到40°左右，這樣不僅會增加回填土的工程量，而且還需要增加一條運輸材料的通道，另外采用回填土方式不利于沖溝、地表的排水；二是在淺埋偏壓段開挖路塹施作明洞方案。若采用這種方案，除了要增高一個開挖面的邊仰坡防護之外，對于隧道挖掘段、明洞段的施工排水也非常不利；三是設置偏壓墻加蓋、護拱方案。若采用這種方案，雖然能夠有效避免上述兩種施工方案中的弊端，但是項目施工的難度系數(shù)相對比較高，尤其是對于特別處理靠近山體一側(cè)的護拱拱腳，這項工程猶如將一個底梁設置在微型鋼花管上，若在施工過程中操作不慎，則可能在隧道后期開挖過程中出現(xiàn)護拱傾覆或圍巖塌陷等嚴重的工程施工安全事故。經(jīng)綜合考慮，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，決定采用第四種方案，即蓋挖，也就是采用地表豎向注漿預加固并設置鋼筋混凝土蓋板，其具體施工方案如下。

(一)地基加固和淺地表加固的輔助施作

1.隧道地基加固方法。當隧道的仰拱開始挖掘之后，地基的基巖面出現(xiàn)破碎且該地段地基承載力達到300 KPa，因此在地基加固施工中可采用長度為3.0 m且 為32×3.5的鋼管，采取80×60的梅花分布方式進行布置，重點加強地基比較薄弱段，之后便可開始注漿并完成地基的加固處理。

2.淺地表加固方法。由于隧道的暗洞覆蓋層屬于全風化層，因此需要經(jīng)洞頂給予注漿來進一步加固淺地表。在加固時鋼管均選用長度為5.0 m且 42×3.5。首先在洞內(nèi)側(cè)經(jīng)洞頂向地表方向進行打設，打設的角度可根據(jù)地層的埋深以及巖層的風化程度進行適當調(diào)整，之后便開始注漿施工；在施工中需準確把握時間，避免出現(xiàn)淺埋地段出現(xiàn)“開天窗”現(xiàn)象。

(二)豎向鋼管注漿設計

選用直徑為89mm、壁厚5 mm的鋼管，以200cm×200cm或者150cm×150cm的梅花形進行分片區(qū)布置，一般鋼管按蓋板的范圍主要分為I類、Ⅱ類管，其中I類主要布置在蓋板范圍之后，采管口設置60cm×60cm×30cm的C20混凝土止?jié){塞，在止?jié){塞下面150cm范圍內(nèi)鋼管管身可不用設置鉆眼，注漿段的管身可根據(jù)梅花形的間距進行鉆孔。一般在蓋板范圍之內(nèi)布置Ⅱ類管，鋼管的管口應高于蓋板頂面(約30cm)，注漿段的管身可根據(jù)梅花形的間距進行鉆孔即可。

(三)鋼筋混凝土蓋板施工方法

其具體方法如下：

1.施工中混泥土的強度等級必須達到C25，澆注時混泥土厚度達到50 cm；

我在尋訪團中年齡最小，同學們都是一些95后。突出的困難就是沒有改革開放40年的完整經(jīng)歷，沒有在社會工作的真實體驗。

2.蓋板施工中使用的橫向、縱向鋼筋均選用 20，鋼筋的間距為5根/m，且需要與鋼花管露出部位使用三角鋼筋進行牢固焊接，蓋板的邊緣架上的立筋則選用 8；

3.在混泥土蓋板澆注過程中，應封堵之前所預留的排氣孔。

三、施工方法及施工順序

(一)鉆孔

隧道施工過程中，應對鋼花管孔位進行準確定位，測量放樣時按照設計圖的具體要求，首先是對每個孔位的孔口高程進行測量，鉆孔的深度再根據(jù)所測量的孔底高程進行計算，對于鋼花管的長度再根據(jù)混凝土的厚度及鋼管高度來決定。鉆孔機采用6臺XY-100型鉆機，因施工現(xiàn)場坡度為1/3 500，為保證施工質(zhì)量和施工安全，鉆孔時由兩頭向中間，再從上往下。也就是先從施工范圍的兩端開始，再由偏壓側(cè)最高點向下布置，先對偏壓一側(cè)進行鉆孔，之后再鉆另一排孔，對于每臺鉆機一次要同時施工兩排。鉆孔施工方法采用小循環(huán)鉆進，待鉆至設計高程后，要進行洗孔，將孔內(nèi)泥漿清除，其終孔孔徑應為130mm，之后下入鋼花管。

(二)鋼花管入孔安裝

安裝鋼花管時，根據(jù)施工要求主要分為兩類，即：一類是混泥土蓋板之內(nèi)部分，一般鋼花管需要高出混泥土頂面約30cm；另一類是混泥土之外部分，鋼花管需要高出止?jié){塞頂面或者地面約30cm。由于項目所處位置山坡的地表不是特別平整，而且在鉆孔時開辟的鉆機平臺，使得孔口的高度存在一定差距，因此必須根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況靈活處理鋼花管所高出的長度。

施工中使用專用的高壓注漿設備進行注漿，在施工段比較平坦的地段設置注漿站，注漿泵選BW-150或3sNs型，將漿液采使用高壓注漿管往施工現(xiàn)場輸送，注漿站與孔口聯(lián)系時使用對講機。對于凈水泥漿主要采用42.5R水泥制作。對灰漿使用攪拌機進行攪拌，先在攪拌機內(nèi)倒入水，然后在邊攪拌水的同時邊加入水泥。待均勻攪拌后，在倒入水泥漿池之前還需使用過濾網(wǎng)進行過濾，同時為防止水泥漿沉淀離析，應不停攪動水泥。

圖1 施工工藝流程圖

(四)注漿方法

在注漿時要保證注漿效果就必須按照相關施工工藝及順序進行。一般鋼花管注漿在鋼花管入孔時，將PVC軟管順著鋼管伸入到孔底，之后便進行第一次注漿施工，這樣可利用反向壓力的作用將孔底的水、殘渣擠出孔外，有利于鋼管和孔壁之間能夠充分填充，進而形成一個高質(zhì)量的鋼管水泥復合體。在注漿時需進行兩道工序，第一次注漿后為了預防漿液從管口部位溢出而設置一個止?jié){塞，首次注漿12h后進行二次劈裂注漿，可進一步增強土體的強度，封孔時必須保證二次劈裂注漿達到預期壓力。

(五)注漿順序

在注漿過程中最好按照先周圍，后中間的順序進行，在施工蓋板前需對混凝土蓋板部分的n類孔進行二次注漿。

(六)注漿壓力

在首次注入混凝土漿時采用正常壓力，第二次劈裂注入混凝土漿時壓力需保持在1 MPa。由于注漿的壓力與注漿量之間會發(fā)生法向變化，這表明地層的密實度則比較高，這樣可減少注漿量；若地層的密度比較小，再加之注漿的壓力比較小，這樣便需要增加注漿量。

(七)施工工藝流程

施工工藝流程，如圖1所示。

四、方案實施效果

淺埋偏壓隧道施工順利完成后，地表混凝土蓋板底未發(fā)生橫向位移或拱頂下沉等其他異?，F(xiàn)象，并且地表也未出現(xiàn)變形或裂縫現(xiàn)象。經(jīng)實踐表明，要使淺埋段地表預加固處理達到預期目的，宜選擇蓋挖法與鋼花管注漿并用的這種方案。

[1]易勇. 淺埋偏壓隧道施工技術探討[J]. 價值工程，2013,(4).

[2] 高飛，李云鵬.長哨淺埋偏壓隧道施工順序與支護力學行為分析[J].隧道建設，2009,(1).

[3] 王書剛，李術才，王剛，等.淺埋偏壓隧道洞口施工技術及穩(wěn)定性分析研究[J].巖土力學，2006,(S1).

2095-4654(2015)03-0001-02

2014-11-20

U455.4

A