淺談鉆爆法隧道淺埋偏壓段施工技術(shù)

徐少紅　章志華　劉智峰

（中交第二航務(wù)工程局有限公司）

淺談鉆爆法隧道淺埋偏壓段施工技術(shù)

徐少紅章志華劉智峰

（中交第二航務(wù)工程局有限公司）

本文以沈海復(fù)線仙游至金淘高速公路A3合同段獅山隧道淺埋偏壓段施工為實例，重點對井點降水、大管棚超前支護(hù)、開挖、支護(hù)和超前地質(zhì)預(yù)報等方面施工技術(shù)進(jìn)行闡述，集中體現(xiàn)隧道淺埋偏壓段施工應(yīng)遵循“強支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、隨挖隨支護(hù)、先噴后錨”的施工原則，為類似工程提供經(jīng)驗和借鑒。

淺埋偏壓；超前地質(zhì)預(yù)報；井點降水；大管棚

1　工程概況

獅山隧道位于福建省南安市羅東鎮(zhèn)境內(nèi)，隧道全長1075.5m，左右洞呈分離布置。本合同段承建獅山隧道進(jìn)口段部分，長度為539.8m（起止樁號：ZK129+652～ZK130+189.6，YK129+ 645～YK130+187）。

隧道進(jìn)洞口自然山坡坡度約25～30°，自然山坡穩(wěn)定；上部有厚約1～4m坡殘積粉質(zhì)粘土，下為花崗巖及其風(fēng)化層。左洞進(jìn)口覆蓋層厚度約10.5m，開挖以土砂土狀-碎塊狀強風(fēng)化巖為主；右洞進(jìn)口處覆蓋層厚度約5～17m，開挖以砂土狀強風(fēng)化巖為主。左、右洞口邊坡高約8～15m，坡體主要為強風(fēng)化巖，結(jié)構(gòu)松散，開挖后穩(wěn)定性較差，且地形上有偏壓現(xiàn)象。

本隧道進(jìn)口埋深小、地形偏壓、施工難度大，易發(fā)生變形及涌水等現(xiàn)象，故本隧道的淺埋段偏壓施工段是關(guān)鍵控制點。

2　超前地質(zhì)預(yù)報

隧道施工中，通過有效的超前地質(zhì)預(yù)報手段，預(yù)測開挖工作面前方幾米至幾十米的圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合掘進(jìn)中地質(zhì)條件的變化，及時提出預(yù)報，以便有準(zhǔn)備的做好各種預(yù)防和施工措施，保證隧道施工的順利進(jìn)行。在隧道施工前采用GPR地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，對該淺埋偏壓段圍巖進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報工作。

經(jīng)探測發(fā)現(xiàn)，該淺埋段圍巖巖性主要為全強風(fēng)化花崗巖，呈松散狀結(jié)構(gòu)，為極軟巖，局部巖體呈強風(fēng)化狀，呈碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，該段隧道施工時應(yīng)按照Ⅴ級圍巖進(jìn)行開挖支護(hù)。洞口附近地下水較發(fā)育，且地下水水位較高，隧道施工前需做好降排水工作。

通過對超前地質(zhì)預(yù)報的地質(zhì)資料分析研究后，決定對該淺埋偏壓段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工，超前大管棚配合鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)等工藝進(jìn)行圍巖支護(hù)，降水井點進(jìn)行施工前降排水，以確保施工人員及機(jī)械安全，防止冒頂事故發(fā)生。

3　井點降水

隧道淺埋偏壓地段地下水較發(fā)育，主要為風(fēng)化基巖中網(wǎng)狀裂隙-孔隙水，以及基巖裂隙水，雨季局部呈淋雨狀-股流狀出水。風(fēng)化基巖中的裂隙-裂隙水賦存于第四系破殘層底部及碎塊狀強風(fēng)化巖層中，富水性及導(dǎo)水性較強，接收大氣降水的補給；基巖裂隙水，主要受裂隙、節(jié)理等的控制，受大氣降水的補給和基巖風(fēng)化裂隙水的補給，透水性較好，富水性一般。經(jīng)勘測，隧道洞口段地下水水位高于仰拱底部。為了減小地下水對開挖及支護(hù)的影響，確保隧道施工的安全、質(zhì)量，采取降水井點進(jìn)行降排水。降水井點采用3排井點，井點布置離隧道側(cè)壁外2m，且平行于隧道側(cè)壁，井點間距15～20m。為達(dá)到降水目標(biāo)，井點深度超過隧道仰拱底部以下6m，并保證降水穩(wěn)定后穩(wěn)定水位在仰拱底部以下不小于0.5m。降水井點采用鉆探設(shè)備成孔，并及時安裝井管和過濾材料，井管內(nèi)徑10cm，抽水設(shè)備采用深井潛水泵，水泵置于設(shè)計深度。井點降水施工見圖1。

圖1　井點降水

4　大管棚施工

隧道左右洞進(jìn)口成洞面洞頂覆土厚度分別為1.5m、3m，為使開挖后不發(fā)生拱頂面沉降變形、頂部掉塊、坍塌等現(xiàn)象，保證施工安全，開挖前采用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)。

管棚采用外徑108mm、壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，長度為30m，環(huán)向間距50cm。每根鋼管長分別為4m和6m，管壁上每隔15cm交錯鉆直徑15mm的注漿孔，鋼管接頭采用外徑114mm、壁厚5mm絲扣連接，絲扣長15cm。管棚加工圖見圖2。

圖2　管棚加工圖

4.1工藝流程

大管棚施工工藝流程見圖3所示。

4.2套拱施工

套拱采用立拱架、支模板，并灌注C25混凝土形成，套拱起管棚導(dǎo)向墻作用。為保證長管棚施工精度，套拱內(nèi)埋設(shè)3榀I18工字鋼，鋼架外設(shè)φ127壁厚4mm導(dǎo)向鋼管，鋼管與鋼架焊接。鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接，接頭處焊縫高度為：腹板hf=9mm，翼板hf=12mm。

圖3　管棚施工工藝流程圖

4.3鉆孔及鋼管頂進(jìn)

采用電動油壓鉆機(jī)，用以鉆孔及推進(jìn)鋼管。開孔前以孔口導(dǎo)管為準(zhǔn)調(diào)正鉆機(jī)，套管從導(dǎo)管中穿過，依導(dǎo)管的方位角為準(zhǔn)。鋼管軸線外插角為1～3°。鉆孔及鋼管頂進(jìn)順序為自上而下。

由于套拱頂覆蓋層較薄，大管棚鉆孔成孔較困難，施工時采取跟管技術(shù)，邊鉆孔邊打入鋼管，保證大管棚施工過程中不塌孔。頂進(jìn)鋼管時，逐節(jié)使用聯(lián)接套接長，直至鋼管長度達(dá)設(shè)計要求。鋼管安裝到位后，外露于套拱5cm，并于外露的鋼管上焊接環(huán)向φ32鋼筋作為接地母線樁。

4.4放置鋼筋籠

原設(shè)計大管棚未設(shè)置鋼筋籠，經(jīng)過對實際的水文地質(zhì)情況分析研究后認(rèn)為，需在管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，提高鋼管的剛度和強度，以保障管棚對圍巖加固和支護(hù)效果。在管棚拱頂90°范圍，鋼管內(nèi)設(shè)置由4根φ20鋼筋和固定環(huán)組成的鋼筋籠，固定環(huán)為外徑50mm、壁厚5mm鋼花管，φ20鋼筋與固定環(huán)焊接連接。管棚內(nèi)置鋼筋籠布置見圖4。

圖4　管棚內(nèi)置鋼筋籠設(shè)計圖

4.5管棚注漿

管棚注漿前，需對巖層進(jìn)行壓水實驗，以測定巖層吸水性，核實圍巖滲透性，為選擇泵壓、漿液配合比作參考，同時檢查管路及止?jié){塞效果。經(jīng)過壓水試驗，確定本隧道管棚水泥漿的水灰比為0.5。

管棚采用鉆機(jī)頂入，其頂入長度不小于設(shè)計管長的95%；注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，注漿壓力逐步升高，達(dá)到終壓并繼續(xù)注漿15min以上；注漿過程中嚴(yán)格控制注漿壓力，防止引起地面隆起，注漿順序由拱腳向拱部逐管注漿。

5　鉆爆開挖

該淺埋偏壓段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖作業(yè)，圍巖開挖采用光面爆破。

5.1爆破作業(yè)

炮眼鑿孔采用鑿巖臺車，炮眼布置應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm。

（2）嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量，間隔裝藥，使藥量沿炮眼全長均勻分布。

（3）同類炮眼鉆孔深度達(dá)到鉆爆設(shè)計要求，眼底保持在一個鉛垂面上。

（4）裝藥作業(yè)采取定人、定位、定段別，做到裝藥按順序進(jìn)行；裝藥前，所有炮眼全部用高壓風(fēng)吹洗；嚴(yán)格按爆破設(shè)計的裝藥結(jié)構(gòu)和藥量施作；嚴(yán)格按設(shè)計的聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)實施，控制導(dǎo)爆索的連接方向和連接點的牢固性。

（5）巖石隧道爆破作業(yè)，采用光面爆破或預(yù)裂爆破。光面爆破和預(yù)裂爆破參數(shù)參照表1、表2選用。

表1　光面爆破參數(shù)

表2　預(yù)裂爆破參數(shù)

5.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是分部開挖隧道兩側(cè)的導(dǎo)坑，并進(jìn)行初期支護(hù)，再分部開挖剩余部分的方法。施工時將隧道斷面分成四塊：左、右側(cè)壁導(dǎo)坑、上部核心土、下臺階。側(cè)壁導(dǎo)坑開挖后，應(yīng)及時施工初期支護(hù)并盡早形成封閉環(huán)；側(cè)壁導(dǎo)坑形狀近于橢圓形，導(dǎo)坑跨度宜為整個隧道跨度的1/3；左右導(dǎo)坑施工時，前后拉開距離不宜小于15m；導(dǎo)坑與中間土體同時施工時，導(dǎo)坑應(yīng)超前30～50m。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工順序為：①左（右）導(dǎo)坑開挖；②左（右）導(dǎo)坑初期支護(hù)；③右（左）導(dǎo)坑開挖；④右（左）導(dǎo)坑初期支護(hù)；⑤上臺階開挖；⑥上臺階初期支護(hù)、導(dǎo)坑隔壁拆除；⑦下臺階開挖；⑧仰拱初期支護(hù)；⑨仰拱超前澆筑；⑩全斷面二次襯砌。具體的施工步驟示意圖參見圖5。

圖5　雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟橫斷面及縱斷面示意圖

6　初期支護(hù)

6.1鋼拱架

鋼拱架由工22b鋼、連接鋼板、縱向聯(lián)接筋及螺栓螺母共同連接成整體，在隧道開挖及初噴后進(jìn)行安裝。鋼拱架加工制作時，應(yīng)根據(jù)工藝要求預(yù)留焊接收縮余量及切割、刨邊的加工余量，確保加工尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順。鋼拱架加工好后要進(jìn)行試拼裝，做到尺寸準(zhǔn)確，連接板結(jié)合緊密，連接孔不發(fā)生錯位現(xiàn)象，方可運往掌子面進(jìn)行拱架架設(shè)工作。鋼拱架安裝應(yīng)保持鉛直，在環(huán)向用C25混凝土楔形塊頂緊，確保鋼架與圍巖的密貼。鋼架安裝好后，用鎖腳錨管鎖固固定，防止其發(fā)生移位。

6.2錨桿

錨桿采用φ25中空注漿錨桿，長度4m，環(huán)向間距1m，縱向間距1m，呈梅花型布置。中空注漿錨桿由中空錨桿體、硬質(zhì)塑料錨頭、隔離架、封水套、凸形托盤等部分組成。其施工內(nèi)容主要包括鉆孔、安裝中空錨桿、注漿，注漿采用正反循環(huán)注漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。

6.3鋼筋網(wǎng)

隧道拱墻設(shè)置φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20cm×20cm。鋼筋網(wǎng)在加工場內(nèi)集中加工，鋼筋網(wǎng)掛設(shè)時，盡可能利用錨桿，與錨桿焊接固定，鋼筋網(wǎng)片隨初噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面的間隙一般不大于3cm，鋼筋網(wǎng)片搭接尺寸滿足設(shè)計規(guī)范要求，不小于1個網(wǎng)格。

6.4噴射混凝土

噴射混凝土采用濕噴工藝，選用焦作市泰鑫機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的HS-900型濕噴機(jī)進(jìn)行噴漿作業(yè)。隧道初期支護(hù)噴射混凝土分兩次進(jìn)行，即開挖完成后進(jìn)行的初噴和鋼拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)安裝完成后噴射混凝土。初噴厚度4cm，用以封閉混凝土巖面。第二次噴射時，先將鋼架與巖面間的空隙噴射密實，然后噴射鋼拱架腹部至設(shè)計厚度。

7　仰拱及仰拱回填

開挖成形后盡早施做仰拱，不僅能起到及時封閉圍巖防止基底軟化的作用，同時保證了洞內(nèi)整潔，車輛暢通。為減少仰拱與出碴運輸?shù)母蓴_，采用仰拱棧橋跨過施工地段，以保證隧道底部的施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

仰拱開挖后，及時進(jìn)行仰拱初期支護(hù)。先施作混凝土墊層，再打錨桿，安裝鋼架，然后澆筑30cm厚C25模筑混凝土，施做混凝土墊層前，必須將基底清除干凈，達(dá)到無虛碴、無積水。仰拱初期支護(hù)完成后，依次施做60cm厚C30仰拱鋼筋混凝土和C15片石混凝土仰拱回填。仰拱混凝土達(dá)到設(shè)計強度的100%后方可允許車輛通行。

8　二次襯砌

隧道二次襯砌施工采用全液壓自動行走的整體襯砌臺車，圖6為襯砌臺車。二次襯砌主要施工工序如下：

（1）鋼筋安裝：用操作臺車作腳手架和控制鋼筋內(nèi)輪廓的控制器。鋼筋安裝時，重點控制焊接質(zhì)量。

（2）臺車就位：臺車模板就位后，先將板面清理干凈，局部進(jìn)行打磨處理，并涂刷脫模劑。模板處理完成，加固臺車并安裝端部的當(dāng)頭模板。

（3）混凝土澆筑：混凝土采用輸送泵輸送，澆筑時由下而上對稱灌注，每層灌注高度不大于1m，且兩側(cè)高差不大于0.5m。

（4）混凝土養(yǎng)護(hù)：混凝土帶模養(yǎng)護(hù)24h，拆模后派專人配合簡易臺車和噴灑器養(yǎng)護(hù)13d。

圖6　全液壓自動行走整體式襯砌臺車

9　總結(jié)

獅山隧道淺埋偏壓段施工，以超前地質(zhì)預(yù)報信息為依據(jù)，及時準(zhǔn)確掌握其地質(zhì)、水文情況后，對原設(shè)計施工方案進(jìn)行了一定的修正和補充。①針對地下水水位較高，增加了井點降水措施，杜絕了可能產(chǎn)生的涌水現(xiàn)象，保證開挖及支護(hù)順利；②大管棚施工中增設(shè)管棚內(nèi)鋼筋籠，加強管棚剛性，提高其對圍巖加固及支護(hù)效果。

施工過程中，嚴(yán)格遵循短進(jìn)尺、弱爆破、隨挖隨支護(hù)、先噴后錨的施工原則，較好的保證了施工安全質(zhì)量，沒有發(fā)生一起質(zhì)量或安全事故，為同類工程提供了經(jīng)驗和借鑒。

[1]福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南（隧道）[S].北京：人民交通出版社，2010.

[2]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

[3]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004. [4]董新平.管棚工法的計算原理及應(yīng)用[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.

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1673-0038（2015）12-0186-03

2015-3-6