富水軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術

陳偉庚

（廣州鐵路（集團）公司深圳工程建設指揮部，廣東深圳　518001）

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富水軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術

陳偉庚

（廣州鐵路（集團）公司深圳工程建設指揮部，廣東深圳518001）

摘要富水軟弱圍巖隧道施工常規(guī)注漿效果欠佳，本文系統(tǒng)地總結(jié)了常規(guī)的預加固技術，提出適用于該類情況的預加固技術及施工方法。結(jié)合廣（州）珠（海）鐵路江門隧道下穿玉龍湖溢洪道段的富水、軟弱圍巖、淺埋等技術難點，介紹水平旋噴樁預支護技術的設計、施工參數(shù)及關鍵技術，供類似工程借鑒。

關鍵詞隧道；預加固；富水軟弱圍巖；水平旋噴樁；管棚

1　工程概況

廣珠鐵路江門隧道DK111 + 140—DK111 + 195段上部為溢洪道，寬約20 m，采用暗挖法施工。隧道洞身上部為全風化花崗巖，下部為強～微風化花崗巖，最淺埋深僅3 m。隧道開挖寬度11. 86 m，高度11. 6 m，面積約120 m2。初支采用27 cm厚C25噴射混凝土+ I22鋼（0. 5 m /榀）。二襯采用C35鋼筋混凝土，拱墻厚50 cm，仰拱厚60 cm。Ⅵ級圍巖斷面支護形式見圖1。

圖1?、黾墖鷰r斷面支護形式（單位：cm）

該隧道特點為超淺埋，地層富水、上軟下硬，斷面大，因此施工難度大、風險高，需對預加固（支護）技術方案進行比選設計。

2　方案比選

2. 1預加固（支護）技術比選

隧道施工輔助工法據(jù)加固結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用可分為預加固與預支護2類。預加固技術側(cè)重于提高圍巖強度，保證圍巖在開挖過程中不產(chǎn)生過大變形乃至失穩(wěn)，如注漿、錨桿支護等。預支護技術側(cè)重于支護功能，將加固區(qū)物性指標提高至一定程度后，具有超前支護作用，結(jié)構(gòu)的強度及剛度一般大于圍巖，如管棚、水平旋噴樁等。典型預加固（支護）技術對比見表1。

地質(zhì)資料顯示，花崗巖全風化層開挖時遇水崩解呈泥狀，而該工程的地下水補給充分，排水措施不可行，因此須采取預加固止水措施。

工程實踐表明，花崗巖全風化層若采用傳統(tǒng)注漿技術，漿液難以均勻擴散。若加大注漿壓力或采用劈裂注漿，漿液常呈片狀、脈狀擴散，在隧道施工期內(nèi)難以將圍巖固結(jié)成整體封閉的止水帷幕，止水和地層加固效果欠佳，因此該類地層注漿不能作為單一的措施使用，需要選擇更加有效的加固方法。

水平旋噴樁加固在高壓旋噴條件下切削地層，將被破碎的土體與水泥漿液充分混合，從而形成一種類似混凝土的均勻固結(jié)體。嚴格的工藝控制可保證形成均勻的高強度樁體，且樁體間相互咬合形成連續(xù)的旋噴樁帷幕體，從而具有加固地層和止水雙重功能。在砂粒土和中細砂地層中，旋噴樁的平均抗壓強度甚至可以達到18～19 MPa［6］，接近于混凝土的強度。

據(jù)以上分析，初步選定水平旋噴樁作為預支護方法。在上部全風化花崗巖區(qū)隧道輪廓線外施作一圈水平旋噴樁，樁徑為50 cm，孔深30 m，環(huán)向間距0. 35 m，外插角為6～8°，相鄰加固體咬合厚度＞10 cm，共計樁體66根。由于目前水平旋噴技術成樁質(zhì)量控制難度較大，可能出現(xiàn)斷樁，且樁體抗剪強度低。管棚注漿無止水功能，但剛度大，可以克服水平旋噴樁的上述缺點。將管棚注漿和水平旋噴樁相結(jié)合，可望取得良好加固效果。水平旋噴樁及管棚復合預支護方案見圖2。

表1　典型預加固（支護）技術對比

圖2　水平旋噴樁及管棚復合預支護方案（單位：cm）

2. 2開挖方案比選

若采用CD法、CRD法以及雙側(cè)壁導坑法開挖，因地層上軟下硬（上部遇水軟化，下部仍需爆破），施工難度大、進度慢，不利于隧道穩(wěn)定。采用臺階法開挖，上部支護拱腳可坐落在下部硬巖上，充分保證其所需的地基承載能力，最大程度適應上軟下硬地層特點，保證施工安全。在地層有效預加固（支護）的基礎上，臺階法施工進度快，可在圍巖遇水完全崩解前完成支護，降低施工風險，因此選用臺階法開挖。

3　工程實施情況及效果

3. 1工程實施情況

做好施工準備后首先測量放線定樁位，然后進行水平旋噴樁加固施工。主要技術參數(shù)為：水灰比1∶1；注漿壓力30～35 MPa；護壁壓力1. 0～2. 0 MPa；噴體直徑600～800 mm；固結(jié)強度超過C20；鉆桿旋轉(zhuǎn)速度20 r/min；鉆桿外拔速度15～30 cm/min；每臺鉆機正常進度2～3根/d。施工中保證施工誤差控制在±3‰，方位角誤差±2‰。施工前現(xiàn)場應先進行2根成樁試驗，通過試驗樁掌握鉆進速度、拔鉆速度、旋噴速度、噴漿壓力、單位時間噴漿量等技術參數(shù)，確定旋噴的均勻性、最佳施工參數(shù)和施工工藝。成樁過程中應做好詳細記錄，出現(xiàn)地面隆起、沉降、冒漿、卡鉆、偏鉆等問題及時解決。成樁后樁體須連續(xù)且滿足強度要求。為減小既有樁體受到的影響，在其超過初凝時間達到一定強度后再進行相鄰孔位樁體施工，需采用跳孔加固方法。

水平旋噴樁施作后，按照設計擬定方案于其下方打設管棚并注漿。同時對水平旋噴樁現(xiàn)場取樣進行室內(nèi)試驗，樁體抗拉、抗壓強度分別達1. 74，26. 55 MPa，表明水平旋噴樁對該地層加固效果良好。

預加固（支護）后，采用臺階法進行開挖。自2010 年11月13日開始開挖，12月25日順利通過泄洪道段。按預支護段30 m計，平均掘進速度達0. 7 m/d，安全、快速通過了超淺埋富水段。

3. 2實施效果

施工中對地表沉降及洞內(nèi)襯砌變形進行監(jiān)測，垂直于隧道中線的橫向上每隔10 m布置1個監(jiān)測斷面。該段受地形所限，于泄洪道岸邊布置7個測點，中心布置3個測點（里程DK111 + 150），見圖3（a）。同時對隧道內(nèi)拱頂以及上下臺階收斂進行監(jiān)測，每隔5 m 1個斷面，見圖3（b）。

釀酒過程中稻殼用量為投料量的20%～25%，由于稻殼容重僅為（粉碎）高粱的1/5.4，所以投入酒醅中的體積很大，檢測發(fā)現(xiàn)稻殼中含有一定數(shù)量的雜質(zhì)、大量雜菌且?guī)в胁煌潭鹊漠愲s味，會嚴重影響酒的質(zhì)量和產(chǎn)量。傳統(tǒng)工藝中，酒廠都采用平房倉儲存稻殼，庫房占地面積大，稻殼出、入庫塵土飛揚，撒漏嚴重，工人操作環(huán)境惡劣，勞動強度大、生產(chǎn)效率低，很難實現(xiàn)自動化作業(yè)，稻殼使用時只做簡單的清蒸處理，稻殼中的雜物也一并進入到酒醅中，會影響白酒質(zhì)量。

DK111 + 150斷面地表沉降里程曲線見圖4。A0為拱頂正上方地表測點，于其左右距離5 m處設有A1，A2測點。A0點自2010年10月11日開始出現(xiàn)沉降，此時掌子面距離DK111 + 150斷面13 m，之后1個月內(nèi)因進行地層預加固，沉降變化很小，2010年12月16日—2011年1月12日期間，地表沉降加速增長，并于2011年2月之后趨于穩(wěn)定，表明隧道圍巖穩(wěn)定。

圖3　測點布置

圖4　DK111 + 150斷面地表沉降時程曲線

4　結(jié)語

富水全風化花崗巖地層淺埋隧道施工難度大，必須進行有效的預加固，保證施工安全。江門隧道下穿溢洪道段的成功實踐表明，采用水平旋噴樁與管棚注漿復合預加固（支護）方法，并結(jié)合三臺階法開挖方案，隧道圍巖穩(wěn)定，保證了施工安全，證實了水平旋噴樁與管棚預支護方案在該類地層中的適用性，對類似工程有一定借鑒作用。

參考文獻

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［3］石鈺鋒.淺覆軟弱圍巖隧道超前預支護作用機理及工程應用研究［D］.長沙：中南大學，2014.

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（責任審編李付軍）

Pre-reinforcement Technology of Railway Tunnel in Water-rich and Weak Surrounding rock

CHEN Weigeng
（Shenzhen Engineering Construction Headquarters of Guangzhou Railway（Group）Corporation，Shenzhen Guangdong 518001，China）

AbstractGiven the insufficient grouting effect of railway tunnel in water-rich and weak surrouding rock area，the paper reviewed the traditional pre-reinforcement technique and identified the technique and approaches applicable to the situation. It targeted the technical difficulties encountered，water-rich，weak surrounding rock and shallow bury，in the construction of Jiangmen T unnel on Guangzhou-Zhuhai Railway in underpassing the spillway of Yulong Lake. T he paper introduced the design，engineering indicators and key techniques of horizontal jet grouting，which is of reference to similar projects.

Key wordsT unnel；Pre-inforcement；W ater-rich and weak surrouding rock；Horizontal jet grouting；Pipe shed

中圖分類號U455. 49

文獻標識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 23

文章編號：1003-1995（2016）05-0104-03

收稿日期：2016-02-23；修回日期：2016-03-27

作者簡介：陳偉庚（1973—），男，高級工程師，工程碩士。