淺談淺埋軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

楊永峰

【摘要】長大管棚施工技術(shù)對(duì)于淺埋隧道進(jìn)洞是安全、可靠的，本文中隧道洞口處于淺埋地段，采用了長大管棚進(jìn)洞施工技術(shù)，施工效果良好，實(shí)現(xiàn)了安全控制。本文對(duì)其施工安全控制技術(shù)進(jìn)行了具體介紹，望對(duì)類似工程起到一定借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】濕陷性黃土隧道；洞口淺埋段；大管棚超前支護(hù)

一、工程概況

杉木墩隧道地貌為典型土層及泥質(zhì)粉砂巖地貌，巖質(zhì)為志留系中統(tǒng)墳頭組（S2f）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂泥質(zhì)巖，此外分布有第四系坡殘積層。隧道段屬丘陵地貌，地形起伏大，山頂標(biāo)高211m，地形北陡南緩，坡度35°～45°，隧道出口段土層及P1g灰?guī)r，強(qiáng)～弱風(fēng)化，地下水主要為孔隙潛水及巖溶水，較發(fā)育，斜坡較平直，斜坡坡度約45o，于里程DK750以上為緩坡階梯狀地貌。隧道起止里程為DK151+778.51～DK152+761；為全長982.49m雙線隧道，隧道最大埋深約136m。隧道位于直線上，隧道內(nèi)線路進(jìn)口處為下坡，存在一個(gè)變坡點(diǎn)，變坡里程DK151+400，坡率為3‰。本隧道按新奧法設(shè)計(jì)和施工，在洞口淺埋段范圍內(nèi)為土層，孔隙水及巖溶水較發(fā)育，圍巖不穩(wěn)定。防水、防塌成為制約進(jìn)洞施工的關(guān)鍵因素。施工中首先對(duì)洞口段進(jìn)行反壓回填夯實(shí)，再施作套拱及19m長大管棚對(duì)洞口段進(jìn)行超前支護(hù)，然后再進(jìn)行正洞開挖。

二、施工難點(diǎn)

（一）圍巖軟弱，隧底承載力不足

隧道進(jìn)口圍巖為碎石土、軟塑狀粉質(zhì)黏土夾碎石，呈土（砂土）狀，節(jié)理縫隙發(fā)育，富含地下水。開挖后補(bǔ)勘地質(zhì)資料顯示：進(jìn)洞（DK151+778.51～DK1521+786.51）段結(jié)構(gòu)基地位于粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖中，需采用換填處理，換填材料C20砼，并開挖至基巖面一下0.5m。隧底晶屑凝灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化層厚度加大，遇水軟化，造成基底承載力（實(shí)測(cè)230kPa）不滿足明洞和隧道的承載力要求（設(shè)計(jì)300kPa）。

（二）淺埋偏壓，隧道橫向位移

由于受地形、設(shè)計(jì)選線等多種因素的制約，隧道進(jìn)口沿山坡等高線穿行，且地形較陡，隧道左右側(cè)覆蓋層厚度相差懸殊，側(cè)壓力大。特別是進(jìn)口段，隧道覆蓋層厚度較薄，且為坡積土，施工中有塌方冒頂和側(cè)向擠壓滑移變形的危險(xiǎn)。根據(jù)該隧道淺埋偏壓特點(diǎn)，增設(shè)了隧道橫向位移觀測(cè)項(xiàng)目，即沿隧道中心線，每5m設(shè)置1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每周用全站儀檢測(cè)隧道橫向位移情況。減少隧道橫向存在不穩(wěn)定因素，加大隧道安全施工穩(wěn)定性。

（三）土體屬松散土質(zhì)，圍巖自穩(wěn)能力差

在隧道進(jìn)口端明洞段開挖過程中，隧道開挖過程中，巖性接觸帶較多，洞頂厚度薄的部位及過渡段，洞身穩(wěn)定性差?；?guī)r地段可能存在巖溶溶蝕發(fā)育區(qū)，淺埋地段以粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖為主，頂板厚度小，側(cè)壁不穩(wěn)定，極易坍塌。DK151+980處埋深較淺，隧道覆蓋層厚度20m～30m，且為S2f與S3m巖性接觸帶，工程性質(zhì)差，巖質(zhì)為泥質(zhì)粉砂巖，砂質(zhì)泥巖，巖體全風(fēng)化，呈砂土狀；弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育。地表水滲入土體中，在松散的坡積土層中滲流，形成空穴水路，一遇擾動(dòng)即坍塌變形。

三、洞口淺埋段安全控制技術(shù)

（一）施工前處理

明挖段需回填部分根據(jù)實(shí)際情況土石或改良土進(jìn)行回填密實(shí)，密實(shí)度不小于0.8，粒徑≤15cm，不得有石塊、灰渣及有機(jī)雜物，也不得采用膨脹性粘土，回填施工應(yīng)均勻?qū)ΨQ進(jìn)行，分層夯實(shí)，兩側(cè)回填土面高差不得大于0.5m，人工夯實(shí)，每層厚度不得大于0.25m，機(jī)械夯實(shí)每層厚度不得大于0.3m。

（二）邊、仰坡開挖防護(hù)

邊、仰坡開挖采用人工配合機(jī)械施工，當(dāng)開挖至離坡面20cm厚度時(shí)，采用人工修坡，嚴(yán)禁超挖，坡面設(shè)置坡度尺，每開挖一級(jí)平臺(tái)，進(jìn)行邊、仰坡施工放樣，控制平臺(tái)尺寸及坡面坡率。開挖完成后，立即進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴防護(hù)施工，洞口以上第一、二級(jí)邊、仰坡采用5m長藥包錨桿，以上邊、仰坡面采用3m長藥包錨桿，錨桿間距為150*150cm，梅花型布置，φ8 鋼筋網(wǎng)片，間距25*25cm，錨桿與網(wǎng)片進(jìn)行焊接，網(wǎng)片與邊坡面要設(shè)置墊塊，保證其間砼厚度不小于3cm，總體噴射砼厚度不小于15cm。

（三）大棚管超前支護(hù)

在開挖面搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，測(cè)量人員在開挖斷面畫出開挖五寸臺(tái)，施工人員沿開挖輪廓線下5cm向外擴(kuò)挖50cm寬30cm深溝槽，嵌入一榀I20a工字鋼拱架，以利管棚施作。按設(shè)計(jì)施作φ108×6大管棚，超前大管棚外插角控制在3o～5o，管棚長19m，外露部分不小于0.5m。采用JXY-100鉆機(jī)及M50錨桿鉆機(jī)鉆孔，UBJ-1.8擠壓式注漿泵注漿。大管棚安裝好后，外露部分50cm與鋼拱架焊接牢固。沿隧道軸線方向架立6榀拱架，間距60cm，拱架間用Ф22連接筋焊接，環(huán)向間距1.0m。沿鋼拱架內(nèi)設(shè)掛板并澆注3m長50cm厚C20砼套拱，砼保護(hù)層預(yù)留5cm，左右鋼拱架底腳部分采用地梁（俗稱大拱腳）形式，增強(qiáng)支撐，以便于安全開挖馬口。

大管棚施工：先用鉆機(jī)鉆深1.0m，直徑Φ135mm（鉆頭直徑130mm）的鉆孔，安設(shè)固結(jié)導(dǎo)向管。通過導(dǎo)向管鉆設(shè)Φ121mm孔，鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)開始頂進(jìn)Φ108mm管棚。管棚頂進(jìn)時(shí)2m、3m錯(cuò)開使用。管棚注漿采用水泥漿。注漿應(yīng)在鉆孔下管完成后立即進(jìn)行，以便在鉆相鄰孔時(shí)可做為當(dāng)前注漿孔的檢查孔。所有管棚鋼管均以30號(hào)水泥砂漿充填，以加強(qiáng)鋼管的剛度。

注漿參數(shù)：

單液水泥漿：W：C=0.8：1～1.5：1，注漿終壓2MPa，注漿速度30～60L/min，凝結(jié)時(shí)間：10～15h，速凝劑加入3～6%。擴(kuò)散半徑在管棚注漿時(shí)為1m，而在工作面預(yù)注漿時(shí)為1.5m（工作面主要為坍方松散體）。

水泥砂漿：30號(hào)水泥砂漿，充填鋼管和充填較大的坍方空洞。

（四）超前小導(dǎo)管

由于大管棚鉆孔施工精度及鋼管周圍的注漿效果較難控制，易造成超挖。超前小導(dǎo)管作為CRD法的施工的工序之一，對(duì)進(jìn)一步改善土體加固效果、保證開挖斷面的完整性，也起到重要作用。

1、超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)

①超前導(dǎo)管規(guī)格：熱軋無縫鋼花管，外徑50、42mm，壁厚4、3.5mm；

②小導(dǎo)管環(huán)向間距：40～50cm，縱向搭接長度不小于1m；

③傾角：外插角3.5。～10。；

④注漿材料：1：1水泥漿；

⑤設(shè)置范圍：拱部140。范圍。

2、小導(dǎo)管安裝

將小導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，外露20cm支撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預(yù)支護(hù)體系。

3、注漿

注漿前先噴射混凝土5～10cm厚封閉工作面，形成止?jié){盤。單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求值后，持續(xù)注漿10min，且進(jìn)漿速度為開始進(jìn)漿速度的1/4或進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)漿量的80%及以上時(shí)，注漿方可結(jié)束。

結(jié)束語

淺埋隧道根據(jù)濕陷性黃土的特征一般采用臺(tái)階CRD法開挖。

施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件提供的資料制定適宜的方案，在基本原則的指導(dǎo)下施工。進(jìn)洞前應(yīng)先修建邊仰坡土石方、截排水工程等保證邊仰坡穩(wěn)定，減少雨水沖刷導(dǎo)致的洞口塌方。開挖前應(yīng)先對(duì)隧道進(jìn)行超前支護(hù)，濕陷性黃土隧道宜采用超強(qiáng)注漿小導(dǎo)管、超前注漿大管棚支護(hù)方式，一般布置范圍為拱部周邊輪廓外。利用管棚在洞口段形成連續(xù)的棚架防止初期松弛、土體坍落、地壓擴(kuò)大，加上管棚和注漿加固的共同作用，可基本保證圍巖穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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