富水卵石土地層陡坡斜井修建關(guān)鍵控制技術(shù)

陳凌

摘 要：本文通過對新建張?zhí)畦F路燕山隧道4號斜井在富水卵石土段軟巖開挖過程中結(jié)合現(xiàn)場的投入資源情況與揭露地層的具體特點(diǎn)，在對不斷對開挖方法、支護(hù)措施及后續(xù)輔助控制加固措施等的持續(xù)改進(jìn)，有效的控制了在此類地層中隧道施工的坍塌、下沉等風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)，保證了隧道施工的安全快速推進(jìn)。

關(guān)鍵詞：卵石土斜井 工法 支護(hù)

我國幅員遼闊，山區(qū)眾多，地質(zhì)條件復(fù)雜，在修建隧道工程中，經(jīng)常碰見各類復(fù)雜的地質(zhì)情況。在軟巖地段隧道塌方、下沉等不僅威脅著開挖的安全，還對后續(xù)的使用及結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生威脅，所以在施工過程中合理的開挖、加固控制措施的選擇，顯的尤為重要。

1.工程概況

1. 1工程簡介

燕山隧道是張?zhí)畦F路最長的重點(diǎn)控制性工程。為雙洞單線隧道，該隧道左線改DK52+953至改DK74+106，全長21153m；右線改DK52+960至改DK74+114，全長21154m。該隧道西起自李家堡村東附近的黃土坡上，向東經(jīng)周家窯后穿越轎頂山剝蝕中山區(qū)、西水泉村北、李家窯村南、龍關(guān)鎮(zhèn)南、止于八里莊村東南隧道；洞身主要穿越晚太古界水地莊巖組片麻巖、變粒巖及花崗片麻巖，上侏羅統(tǒng)張家口組凝灰?guī)r、安山巖，長城系常州溝組石英砂巖，燕山期二長花崗巖，燕山期正長斑巖、石英正長斑巖。燕山隧道設(shè)置斜井7座。其中4號斜井長1465m，最大坡度10.2%，綜合坡度9.2%，高差143.6m。

1.2工程地質(zhì)概況

4號斜井井身Ⅴ級圍巖占井身長度77.7%，Ⅳ級圍巖占井身長度的22.3%，斜井涌水情況見表1。

斜井井身4斜14+65～4斜8+68段長度597m均處于富水、淺埋的粗圓礫土、卵石土等軟弱圍巖中，圍巖穩(wěn)定性較差。

1.3設(shè)計(jì)支護(hù)情況

斜井為無軌雙車道臨時(shí)斜井，采用噴錨支護(hù)的方法作為加固措施，井身在粗圓礫土、卵石土段均為Ⅴ級圍巖，開挖采用上、下臺階法進(jìn)行，具體支護(hù)參數(shù)見表2。

2.施工出現(xiàn)情況

斜井自2010年12月18日進(jìn)洞施工，揭露圍巖為粗圓礫土、卵石土，其中卵石的粒徑為10cm～30cm，地下涌水以線狀、股狀出水為主。

超前支護(hù)采用長度為3.5m的φ42小導(dǎo)管，拱部130°范圍環(huán)向間距為40cm設(shè)置，要求每環(huán)搭接長度不小于1m，間隔1榀拱架施工1環(huán)超前支護(hù)，但因卵石土段內(nèi)卵石含量較多，鉆孔不能順利完成，每循環(huán)小導(dǎo)管施工中打入長度及數(shù)量不足，且部分多次調(diào)整鉆孔位置，多次鉆孔沖擊造成了拱部圍巖松動(dòng)嚴(yán)重，開挖后掉塊嚴(yán)重，多個(gè)循環(huán)拱部掉塊深度為60cm～80cm左右，嚴(yán)重部位達(dá)到1.5m。

此外因滲水較嚴(yán)重，造成了上臺階掌子面圍巖不穩(wěn)，經(jīng)常出現(xiàn)滑塌，開挖后因機(jī)械擾動(dòng)及滲水的浸泡，承載力下降，造成機(jī)械不能正常作業(yè)，初期支護(hù)沉降速率快，累計(jì)沉降大，威脅施工安全。

3.施工中采取相應(yīng)措施

3. 1開挖工法的調(diào)整

通過現(xiàn)場查看圍巖穩(wěn)定性狀況和現(xiàn)場設(shè)備適應(yīng)狀況的分析，將二臺階調(diào)整為三臺階開挖，同時(shí)上臺階開挖過程中預(yù)留核心土，各級臺階長度控制在5m左右，提高掌子面的圍巖穩(wěn)定性，具體調(diào)整見圖1。

此外因上臺階的一次開挖方量減小及減除了人工搭建簡易作業(yè)臺架的時(shí)間，上臺階開挖結(jié)束后即可進(jìn)行上臺階立拱支護(hù)作業(yè)，與中、下臺階開挖形成平行作業(yè)，每循環(huán)上臺階支護(hù)封閉時(shí)間提前1.5h～2.0h，通過“早支護(hù)，快封閉”，減少了圍巖暴露時(shí)間和坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

3.2支護(hù)參數(shù)的調(diào)整

通過對現(xiàn)場圍巖構(gòu)成情況和拱部坍塌發(fā)生調(diào)查分析，其原因如下：①超前小導(dǎo)管施工中成功的概率相當(dāng)?shù)停茨芷鸬较鄳?yīng)支護(hù)作用；②小導(dǎo)管環(huán)向間距過大，因鉆孔引起圍巖松動(dòng)，開挖后松動(dòng)的卵石不斷從小導(dǎo)管間掉出，最終造成拱部坍塌嚴(yán)重；③拱架間距過大，因73%的超前小導(dǎo)管實(shí)際施工深度在1.3m～1.6m，而拱架的間距為1.2m，掌子面圍巖稍有不穩(wěn)，出現(xiàn)坍塌后超前小導(dǎo)管前端掉落，引起整個(gè)超前支護(hù)失效；④圍巖開挖后較松軟，承載不足，同時(shí)拱架鎖腳錨管的加固不足，造成開挖后的拱架沉降量較大。

針對以上情況，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了如下調(diào)整：①拱架采用Ⅰ18型鋼，間距由1.2m調(diào)整為1.0m；②超前小導(dǎo)管長度由3.5m調(diào)整為3.0m，環(huán)向間距由0.4m調(diào)整為0.2m，每榀拱架均施工；③每榀拱架連接處增加3組6根長度為3m的φ42鎖腳導(dǎo)管，并通過“U”卡與鋼架焊接牢固。

3.3其他輔助措施

3.3.1底部換填

為及時(shí)有效的提高隧道底部開挖后的承載力，在加強(qiáng)隧道滲水抽排的同時(shí)，在下臺階拱架安裝前采用隧道開挖的洞碴對隧道底部2m范圍內(nèi)進(jìn)行換填，保證底部的承載滿足需要拱架受力及施工機(jī)械行走需求。

3.3.2底板施工

為提高底板的施工質(zhì)量，后期底板與掌子面間距控制在30m以內(nèi)，且在底板施工過程中增加網(wǎng)格尺寸為25cm×25cm的φ16鋼筋網(wǎng)，同時(shí)在分幅施工過程中橫向預(yù)留長度0.6m的鋼筋作為橫向連接使用，保證初期支護(hù)與底板快速封閉成環(huán)。

3.3.3涌水截排措施

為有效解決滲水的影響，在已施工底板段按照間隔20m設(shè)置1道尺寸為10cm（寬）×15cm（深）的橫向截水槽，將后方滲漏水截流至斜井邊溝。同時(shí)因斜井坡度較大，為減少底部水流入掌子面，間隔60m設(shè)置1道1.2m（寬）×1.5（深）的截水溝，減少底部滲水。同時(shí)針對滲水中泥沙含量高，一般污水泵極易磨損且被堵塞，后改用渣漿泵進(jìn)行抽水，降低了故障，提高了排水效率。

3.3.4徑向注漿

為進(jìn)一步提高初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性及控制后方滲水對開挖的影響，對底板完成封閉段采用全環(huán)徑向注漿止水加固措施，提高結(jié)構(gòu)的安全性。

注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑2m布設(shè)，梅花型布置，每環(huán)設(shè)13孔，孔口環(huán)向間距約200cm，孔底環(huán)向間距約300cm，縱向間距260cm。注漿孔采用風(fēng)機(jī)鉆開孔，孔徑為50mm，孔深200cm?？卓诠懿捎忙?2mm，壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長1m，孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){措施。

4.結(jié)語

（1）開挖工法是隧道施工中控制安全的第一要素。施工中要結(jié)合現(xiàn)場的圍巖實(shí)際狀況，采用滿足要求的相應(yīng)工法，同時(shí)要不斷總結(jié)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整能有效的提高施工安全性。

（2）此類圍巖的施工控制，并不是通過某一項(xiàng)措施就能達(dá)到一勞永逸，需根據(jù)實(shí)際情況采用多種措施相輔相成，以“事前加固，過程控制，過后補(bǔ)強(qiáng)”的綜合措施為主。

（3）在斜井施工中涌水對隧道施工影響較大，特別是此類圍巖狀況下，為確保施工安全、進(jìn)度更要采取有效措施在保證抽排、減少涌水量上進(jìn)行有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永興.巖石力學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]何滿潮等.軟巖的概念及其分類[A].世紀(jì)之交軟巖工程技術(shù)現(xiàn)狀與展望[C].北京：煤炭工業(yè)出版社，1999，37-47.

[3]李昌寧，范恒秀.烏鞘嶺特長隧道F7斷層軟巖大變形規(guī)律與控制技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004（z3）.