喀斯特地區(qū)軟弱圍巖隧道超前加強支護及綜合效果分析

黨 瑩

（中鐵二十局集團第二工程有限公司 北京 100142）

喀斯特地區(qū)軟弱圍巖隧道超前加強支護及綜合效果分析

黨 瑩

（中鐵二十局集團第二工程有限公司 北京 100142）

大獨山隧道為I級高風險隧道，地質條件復雜，不可預見地質災害較多，致使施工實際揭示圍巖情況與設計存在較大出入。大獨山隧道地層巖性通過關嶺組一段，圍巖巖性為泥巖、泥質灰?guī)r，巖質較軟，含泥量嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水發(fā)育，巖體遇水后軟化極快，多呈散體狀及粉末狀，圍巖自穩(wěn)能力極差，施工過程中極易發(fā)生坍方。介紹大獨山隧道超前加強支護新技術，為同類隧道施工提供借鑒。

大獨山隧道 軟弱圍巖 支護技術

1 工程概況

大獨山隧道是滬昆客專的重難點工程之一，屬I級風險隧道，該隧道位于關嶺～普安區(qū)間，起訖里程為D1K852+772～D1K864+654，全長11 882 m。全隧共設置2座橫洞1座貫通平導，均采用無軌單車道。在D1K856+500線路左側設置長約1 043 m的一號橫洞，在D1K861+500線路左側設置長約1 361 m的二號橫洞，貫通平導長11 829 m，起訖里程為PD1K852+768～PD1K864+597，平行設置于線路前進方向右側，與左線線路中線的距離為35 m。

隧道洞身主要穿越白云巖、灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r、泥巖夾砂巖等地層，其中可溶巖段長8 753 m。洞身依次穿越大興寨斷層、龍門地斷層、垮巖斷層、大灣斷層、營盤坡斷層、楊家沖斷層、永寧鎮(zhèn)斷層等7個斷層，8個推測破碎帶，4個可溶巖與非可溶巖接觸帶。

大獨山隧道進口地質情況復雜。經開挖揭示進口段通過地層巖性為薄層狀泥巖與泥灰?guī)r互層，受構造影響，掌子面巖層產狀豎直，在拱頂處變?yōu)榕で?，巖質較軟、泥質含量較重，巖體遇水浸泡后軟化較快，圍巖變成散體狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體被切割后多呈碎塊狀部分為粉末狀，地下水較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力較差；隧道施工開挖中易發(fā)生掉塊、掉泥。該段地質復雜且段落長，務必引起高度關注。

2 施工方案

圖1 T76S高強度自鉆式螺旋管棚正面布置圖

圖2 T76S高強度自鉆式螺旋管棚縱向布置圖

2.1 T76S高強度自鉆式螺旋管棚布置

T76S高強度自鉆式螺旋管棚正面布置圖見圖1，縱向布置圖見圖2。

2.1.1 T76S高強度自鉆式螺旋管棚設計

（1）材料。高強度全螺紋厚壁鋼管T76S：極限抗拉力1 200 kN（120 t），抗拉強度772 N/mm2；屈服力1 500 kN（150 t），屈服強度609 N/mm2；壁厚15mm。連接套：97 mm*220 mm。鉆頭：T76/D115/EXX。

（2）T76S高強度自鉆式螺旋管棚設計。T76S高強度自鉆式螺旋管棚縱向每15～30 m一環(huán)，相鄰兩環(huán)搭接長度不小3 m。外插角：1°～3°，環(huán)向間距：40 cm，每環(huán)50根。

（3）采用的施工設備。鉆機：C6鉆機（意大利進口卡薩格藍迪鉆機）。注漿機：M400NT干料連續(xù)拌合灰漿泵（奧地利進口）。高強度自鉆式螺旋管棚帶鉆頭，利用C6鉆機配置旋轉注漿頭，采用水泥漿護壁鉆進，鉆進、安裝、注漿一次完成，終孔進行二次高壓注漿。

2.1.2 T76S高強度自鉆式螺旋管棚施工工藝流程（見圖3）

2.2 T76S高強度自鉆式螺旋管棚施工過程

2.2.1 施作定位鋼架

首先先形成鉆機工作室，然后施做定位鋼架。工作室采用拱頂挑高，掌子面開挖輪廓線起向后6 m范圍，拱部管棚施作范圍調高40 cm，形成鉆機工作室（此項工作在開挖過程中已經完成）。其次在掌子面處組織施做定位鋼架，在開挖廓線以外拱部150°范圍內架設一榀工字鋼（I22a），工字鋼上開φ160 mm的孔，孔距40 cm，在每個孔上焊接φ150 mm鋼管，長度1 m，作為導向鋼管。詳見圖4、圖5。

2.2.2 鉆機、注漿機準備

采用巖質較好的洞渣在掌子面墊出C6鉆機作業(yè)平臺，并將鉆機定位。同時調配M400NT注漿泵一臺，注漿泵與鉆機接頭連接， 注漿材料采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5（對應流量表在570 ml/h）。并將高壓水管接到現場隨時準備洗孔。

2.2.3 鉆孔

現場準備工作完成，開始施做第一根管棚。鉆進采用帶水泥漿鉆進，鉆進過程中注漿壓力2～3 MPa。施做按隔孔施工。

2.2.4 終孔注漿

圖3 T76S高強度自鉆式螺旋管棚施工工藝流程圖

圖4 T76S管棚鉆機工作室

圖5 定位鋼架

待奇數孔全部施工完成后，對奇數孔管棚進行終孔注漿，終孔壓力5～6 MPa，每孔水泥用量約0.3 t。其次施工偶數孔鉆孔注漿。

2.2.5 開挖

待偶數孔完成后，進行正常開挖工序，開挖后見T76S高強度自鉆式螺旋管棚超前支護效果：原掌子面前方破碎圍巖可有效地固結在一起，巖體整體性提高，穩(wěn)定性加強，有效地避免了在施工過程中出現掉塊及滑塌事故。

2.3 施工控制要點

鉆孔前，精確測定鉆孔的平面位置、外插角，并對每個孔進行編號。鉆孔外插角1°～3°，施工中應嚴格控制鉆機下沉量及左右偏移量。經常量測孔的斜度，發(fā)現誤差超限及時糾正。掌握好開鉆與正常鉆進的壓力和速度。

3 工期分析

3.1 T76S高強度自鉆式螺旋管棚施做時間分析

根據現場實際施做三環(huán)時間統計，施做一環(huán)30 mT76S高強度自鉆式螺旋管棚所需時間為2.6 d，平均每天開挖進尺2.0 m，月進尺50～60 m，根據現場經驗，計劃兩個月施做5個循環(huán)，保證每月進尺60 m，功效達到指導性施組進度指標的120 %～150 %。

3.2 Φ108大管棚施做時間分析

施做Φ108大管棚，根據經驗施做一環(huán)30 m長大管棚需25 d，按平均每天開挖進尺2.0 m，則月進尺20 m。達不到Ⅴ級圍巖指導性施組進度指標。

3.3 綜合對比分析（見表1）

表1 350 m范圍管棚施做時間對比表

4 綜合效果分析

4.1 材料投入

根據現行市場單價，T76S高強度自鉆式螺旋管棚比Φ108大管棚單價約高200元/m。

4.2 設備投入

T76S高強度自鉆式螺旋管棚施做可采用C6鉆機施工而Φ108大管棚必須采用專用鉆機方可施工，相比比較T76S高強度自鉆式螺旋管棚設備投入較小。

4.3 綜合費用對比

4.3.1 T76S高強度自鉆式螺旋管棚

①材料單價：380元/m。②機械臺班：C6鉆機：7.8臺班/循環(huán)；人工，46.8工天/循環(huán)。合計費用：47 268元。③誤工：開挖工班，36人合計280.8工天，立架班12人合計93.6工天，噴漿班8人合計62.4工天，挖機，7.8臺班，裝載機，7.8臺班。合計費用約16萬元。④綜合所有因素，每循環(huán)（30 m/環(huán)）T76S高強度自鉆式螺旋管棚費用為：77.7萬元。折算每延米費用約：518元/m。4.3.2 Φ108大管棚

①材料單價：86.4元/m。②機械臺班：專用根管鉆機：75臺班/循環(huán)；人工：675工天/循環(huán)。合計費用：701 250元。③誤工：開挖工班：36人合計2 700工天，立架班12人合計900工天，噴漿班8人合計600工天，挖機：75臺班，裝載機：75臺班。合計費用約72萬元。④綜合所有因素，每循環(huán)（30 m/環(huán)）Φ108管棚費用為：164.5萬元。折算每延米費用約：1 033元/m。

4.3.3 分析說明

T76S高強度自鉆式螺旋管棚施工快，支護效果好，將節(jié)省大量的時間及對窩工影響較??；Φ108大管棚施工周期較長，專業(yè)性較強，會造成大量的機械設備及人員的窩工。根據現場施工情況及工期要求，相比較T76S高強度自鉆式螺旋管棚在滿足工期的前提下節(jié)省大量的設備、勞力，并能有效確保施工安全降低施工風險。

5 結語

隧道施工中超前支護為后續(xù)施工創(chuàng)造良好的施工條件，是保證正常施工的前提，因此超前支護對隧道施工尤為重要，好的超前支護將對施工安全、質量及經濟效益打下扎實的基礎。

On Comprehensive Effects of the Advanced Reinforced Support of the Soft Rock Tunnel in Karst Areas

DANG Ying

（No.2 Engineering Corporation Limited of China Railway 20th Bureau Group Co. Ltd Beijing 100142 China）

Dadu Mountain Tunnel is in Level-I high risk. The belonged geological conditions， with a large number of geologic hazards， are complicated. The design is not well compatible with the actual surrounding rock. The surrounding rock in the section of Guanlingzu in Dadu Mountain Tunnel is muddy limestone which contains a large proportion of mud and is soft in texture. Such a type of muddy rock will be softened quickly and becomes granular forms or powder if it meets rising grounding water. This kind of muddy rock is poor in self-stabilization and construction on the rock will easily result into collapse. This paper introduces the new advanced reinforced supporting technology used in Dadu Mountain Tunnel，which gives reference to similar tunnel engineering.

Dadu Mountain Tunnel soft surrounding rock supporting technology

文獻標識碼：A 文章編號：1673-1816（2015）02-0037-05

2015-03-18

黨瑩（1965-），女，高級工程師，研究方向橋梁、隧道現場技術。