麻拉寨隧道安全貫通施工技術(shù)

趙海紅

(中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 石家莊 050081)

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麻拉寨隧道安全貫通施工技術(shù)

趙海紅

(中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 石家莊 050081)

云貴高原巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，工程地質(zhì)復(fù)雜,隧道雙向掘進(jìn)，在最后貫通階段，容易出現(xiàn)突泥、突水、塌方等災(zāi)害，必須注意施工方法以保證隧道安全貫通。中鐵十七局滬昆項(xiàng)目麻拉寨隧道DK611+055～+085最后30 m貫通段,進(jìn)口工作面停止掘進(jìn)，進(jìn)、出口及時(shí)跟進(jìn)仰拱和二襯；貫通段前24 m由出口工作面采用微臺(tái)階加臨時(shí)仰拱的方法開挖掘進(jìn)，后6 m先采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)、后采用留核心土環(huán)向開挖法，以每循環(huán)1榀鋼拱架的施工速度逐步貫通。順利完成施工，工期效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

隧道貫通；不良地質(zhì)；相向掘進(jìn)

地下工程穿越巖溶地區(qū)的安全施工、不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)與突涌水災(zāi)害治理等技術(shù),已成為地下工程各個(gè)領(lǐng)域未來幾十年內(nèi)需共同面對且亟待解決和攻克的關(guān)鍵科技與工程難題[1]。本文以地處貴州腹地的滬昆客專麻拉寨隧道為對象，研究在穿越巖溶發(fā)育區(qū)、斷層破碎帶影響區(qū)可能產(chǎn)生巖溶塌陷、突水、突泥等不良地質(zhì)災(zāi)害的情況下，隧道安全貫通施工的方法。

1 工程概況

中鐵十七局滬昆項(xiàng)目承建的麻拉寨隧道(DK609+235～DK611+875，全長2 640 m)，隧址區(qū)可巖溶及巖溶水發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶除對隧道穩(wěn)定性有影響外，其間豐富的巖溶水產(chǎn)生的巖溶塌陷、突水、突泥等不良地質(zhì)對隧道工程的影響也很大。隧道分成進(jìn)口、出口兩個(gè)作業(yè)面施工。原設(shè)計(jì)進(jìn)出口同時(shí)掘進(jìn)，由于出口地質(zhì)條件復(fù)雜且該處斷層多，故由進(jìn)口主掘進(jìn)方向至DK611+055，出口施工至DK611+085，中間30 m貫通段最后施工。

麻拉寨出口D1K611+085～+055段穿越都勻斷層，線路與斷層相交于D1K611+065。受斷層影響，設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖，采用Ⅴc型復(fù)合式襯砌。開挖揭示掌子面圍巖為強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r,節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，局部存在夾泥層，基巖裂隙水發(fā)育,局部呈股狀水。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)(TSP)揭示：D1K611+085～+055段受斷層影響以強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r為主，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，溶蝕發(fā)育嚴(yán)重，裂隙水及巖溶水較豐富。尤其以D1K611+084～+069及D1K611+067～+055附近區(qū)域圍巖節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體松散破碎，推測該段發(fā)育為溶蝕破碎帶，局部有泥質(zhì)物。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)(地質(zhì)雷達(dá))揭示：D1K611+085～+055段雷達(dá)電磁波反射強(qiáng)烈振幅較大，地質(zhì)異常，推測巖體破碎，開挖后易導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)誘發(fā)突水、突泥等不良地質(zhì)災(zāi)害[2]。鑒于麻拉寨隧道巖溶發(fā)育、地質(zhì)復(fù)雜，最后貫通階段必須采用科學(xué)合理的方法安全貫通。

2 隧道貫通施工整體方案

隧道進(jìn)出口雙向施工至D1K611+085～+055段最后30 m時(shí)，進(jìn)口工作面停止掘進(jìn)，進(jìn)、出口采取及時(shí)跟進(jìn)仰拱和二襯的施工措施，貫通段DK611+085～+061段24 m由出口工作面采用微臺(tái)階加臨時(shí)仰拱的施工方法進(jìn)行開挖掘進(jìn)，同時(shí)進(jìn)口DK611+035～+055段20 m未開挖仰拱段必須采取加護(hù)拱和增加系統(tǒng)錨管注漿的加固措施；完成以上工序后由麻拉寨隧道出口對DK611+061～+055段最后6 m進(jìn)行貫通施工，貫通后對上、中導(dǎo)坑初期支護(hù)鋼拱架均采用擴(kuò)大拱腳、雙層鎖腳錨管施工，上、中、下臺(tái)階鋼架底部支墊[32a槽鋼，墊槽鋼縱向必須焊接牢固形成整體，由出口工作面以每循環(huán)2榀鋼拱架的施工速度單獨(dú)完成剩余段落下導(dǎo)坑的開挖施工。下導(dǎo)施工過程已施作好的DK611+061～+055段上導(dǎo)坑加強(qiáng)監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果增設(shè)豎向支撐，同時(shí)未施作完仰拱、二襯及時(shí)跟進(jìn)完成。

2.1 隧道進(jìn)口DK611+035～+055初支加固及仰拱、二襯跟進(jìn)

麻拉寨隧道進(jìn)口于里程DK611+085停止上導(dǎo)坑掘進(jìn)，由出口工作面單獨(dú)完成DK611+055～+085段30 m的貫通施工。進(jìn)口停止掘進(jìn)后應(yīng)加快仰拱和二襯施工，仰拱施工至DK611+035，二襯施工至DK611+025，同時(shí)對進(jìn)口段DK611+035～+055段20 m初期支護(hù)進(jìn)行有效加固。具體加固措施如下：

(1)麻拉寨隧道進(jìn)口DK611+055掌子面采用人工沙袋分層分級(jí)反壓開挖面(圖1)，沙袋反壓長度不少于4 m，采用噴射混凝土封閉反壓臨空面，噴射砼厚度10 cm，并采用?42 mm小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管長4.5 m，橫縱間距1.0 m，交錯(cuò)布置，使人工沙袋與掌子面形成牢固整體。

圖1 DK611+055進(jìn)口人工沙袋反壓掌子面

(2)DK611+035～+055段拱墻采用?42 mm鋼花管徑向注漿，每根長5.0 m，縱環(huán)向間距1.0 m。注漿采用純水泥漿(水灰比1∶1)，注漿壓力0.8～1.2 MPa。

(3)DK611+035～+055上導(dǎo)坑初期支護(hù)加設(shè)I20鋼架護(hù)拱，拱架間距0.8 m，每榀打設(shè)?42 mm鎖腳錨管4根，4.5 m/根(圖2)。

圖2 DK611+035～+055上導(dǎo)坑初支護(hù)拱

對麻拉寨隧道進(jìn)口未施作仰拱的DK611+035～+055段進(jìn)行了有效加固，防止隧道貫通后失去原有巖體支撐，隧道受力平衡被打破后，已施工初期支護(hù)變形、垮塌的危險(xiǎn)。

2.2 出口仰拱跟近、襯砌跳打跟進(jìn)

麻拉寨隧道出口因DK611+515～+385段隧底隱伏巖溶地質(zhì)勘探工作，導(dǎo)致仰拱和二襯落后較多，在隧道貫通前必須加快仰拱跟進(jìn)施工，保證已完仰拱與掌子面間距小于25 m；貫通段落剩余最后6 m時(shí)，仰拱必須跟進(jìn)至里程DK611+080，二襯需進(jìn)行跳打跟進(jìn)；在貫通段落最后6 m時(shí)，二襯必須至DK611+090。

2.3 出口DK611+085～+055段施工方法

DK611+085～+055段30 m貫通段落分為 DK611+085～+061和DK611+061～+055兩部分，采取不同施工方法進(jìn)行施工。

2.3.1 DK611+085～+061段開挖

DK611+085～+061段24 m，開挖采用微臺(tái)階加臨時(shí)仰拱法施工。超前支護(hù)采用?75 mm中管棚，L=8 m，壁厚4.5 mm,每環(huán)50根，注漿采用1∶1水泥砂漿，注漿壓力為1.0～2.0 MPa。同時(shí)拱部設(shè)大外插角(45°)?42 mm小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長5.0 m,壁厚3.5 mm，縱向間距2.4 m,環(huán)向間距0.3 m，每環(huán)75根，與拱部中管棚間隔布置。初期支護(hù)均采用Vd型復(fù)合襯砌。鋼架采用I22a型鋼，間距0.5 m，鎖腳采用雙排?42 mm鋼花管注漿。拱部系統(tǒng)錨桿改為?42 mm鋼花管徑向注漿，每根長5.0 m，縱環(huán)向間距1.0 m。注漿采用水泥砂漿[3]。

2.3.2 DK611+061～+055段貫通

當(dāng)出口仰拱已跟進(jìn)至里程DK611+080，二襯跟進(jìn)至DK611+090；同時(shí)麻拉寨進(jìn)口仰拱施工至DK611+035，二襯施工至DK611+025，并確保進(jìn)口DK611+035～+055段20 m初期支護(hù)已進(jìn)行了有效加固時(shí)方可進(jìn)行DK611+061～+055段貫通施工。其主要施工要點(diǎn)：DK611+061～+055段超前支護(hù)施工。DK611+061掌子面首先采用?108 mm超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，導(dǎo)管長9 m(進(jìn)出口各搭接1.5 m)，間距30 cm，支護(hù)范圍拱部120°。注漿參數(shù)為：注水泥砂漿水灰比1∶1，注漿壓力一般控制在0.2～0.3 MPa，注漿配合比和注漿壓力必須經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

開挖過程中超前支護(hù)采用大外插角?42 mm小導(dǎo)管，L=3.5 m，環(huán)向間距為0.4 m，每環(huán)50根，縱向每2.4 m一環(huán)，與先施作的?108 mm超前小導(dǎo)管間隔布置。

DK611+061～+055開挖方法。最后貫通開挖方法采用留核心土環(huán)向開挖法，鋼架采用I22a型鋼，間距0.5 m。每循環(huán)開挖完成后必須采用噴射混凝土封閉開挖面，噴射厚度不小于8 cm，并在兩側(cè)拱腳、拱頂及有股狀水處預(yù)留?50 mm排水管;上導(dǎo)坑進(jìn)尺不大于1榀鋼架間距，中、下臺(tái)階每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于2榀鋼架間距。上、中、下臺(tái)階拱腳處均采用擴(kuò)大拱腳、雙層鎖腳錨管施工，鎖腳單根長度為4.5 m。上、中、下臺(tái)階鋼架底部支墊32a槽鋼，墊槽鋼縱向必須焊接牢固形成整體，鋼架間按設(shè)計(jì)要求采用縱向鋼筋連接。每一臺(tái)階鋼架腳應(yīng)置于牢固基礎(chǔ)上，若基礎(chǔ)為黏土，應(yīng)采用M10漿砌片石換填或采取?42 mm小導(dǎo)管(2～3排)注漿加固[3]。

3 施工注意事項(xiàng)

(1)施工過程中網(wǎng)片與鋼架、鎖腳錨管與鋼架、連接鋼架與鋼架等必須焊接牢固，連接成整體，防止局部鋼架下沉。

(2)考慮到巖溶發(fā)育、地質(zhì)復(fù)雜，開挖時(shí)預(yù)留30 cm(輪廓線外擴(kuò)挖)，以保證隧道變形有穩(wěn)定的空間，保證隧道線形符合要求。

(3)各部拱架拱腳采用整體槽鋼連接，槽鋼長度保證最少與兩榀或兩榀以上鋼拱架拱腳垂直連接，槽鋼提前鉆眼，槽鋼與槽鋼間采用?22 mm鋼筋連接牢固，以保證拱架的整體受力。

(4)控制收斂、變形，上導(dǎo)坑貫通最后6 m,間隔0.8 m，設(shè)置工字鋼做豎向支撐，以保證施工下導(dǎo)坑時(shí)初期支護(hù)的穩(wěn)定。

(5)預(yù)留整體核心土?xí)r中臺(tái)階預(yù)留2 m長臺(tái)階保證核心土穩(wěn)定，核心土坡度1∶1，臺(tái)階上施工工字鋼束，并進(jìn)行錨噴加固，在施工完成中臺(tái)階后回填反壓土，形成初期支護(hù)、整體核心土及臨時(shí)仰拱共同受力的支護(hù)體系。

(6)貫通過程中，有許多不可預(yù)見的未知因素，采用紅外線掃描、超前鉆孔及掌子面素描等地質(zhì)預(yù)判手段，收斂、下沉等監(jiān)控量測手段須進(jìn)一步加強(qiáng)，遇見異常情況應(yīng)立即上報(bào)相關(guān)人員；同時(shí)應(yīng)急救援物資必須準(zhǔn)備充分。

4 結(jié)束語

麻拉寨隧道巖溶極發(fā)育，斷層切割極嚴(yán)重，圍巖整體性和自穩(wěn)性極差。在實(shí)際施工過程中，針對進(jìn)出口不同里程位置相應(yīng)工程特點(diǎn)采取了不同的施工處理措施，避免了巖溶塌陷、突水、突泥等危害，順利實(shí)現(xiàn)隧道貫通，工期效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著，可為類似工程提供重要的借鑒。

[1]劉新福.巖溶隧道安全施工與災(zāi)害防治研究[M].北京：中國鐵道出版社，2014：1-3

[2]吳銀亮，鄧劍辰.重慶某隧址區(qū)巖溶發(fā)育特征及控制因素分析[J].西南公路，2013(2)：241-245

[3]張衛(wèi)國.樁筏基礎(chǔ)在隱伏巖溶整治中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2014(2)：74-76

On the Safe Run-Through Construction Techniques for the Malazhai Tunnel

ZHAO Haihong

(The 3rd Engineering Co. Ltd. of the 17th Bureau Group of China Railway,Shijiazhuang 050081,China)

Owing to the fact that karst landform is usually much developed on the Yunnan and Guizhou highland, where engineering geology is very complex,earth gushing, water gushing, collapsing or other geological disasters often happen when a tunnel is drilled in opposite directions,especially at the final stage of the run-through of the tunnel. Therefore, the construction methods at this stage have to be carefully chosen to ensure the safe run-through of the tunnel.When the last 30-m section(DK611+055～+085) of the Malazhai Tunnel Project of the Shanghai-Kunming Railway built by the 17th Bureau Group of China Railway is to be run-through, the drilling at the entrance end stops,the inverted arches at both the entrance end and the exit end,and the secondary lining are provided immediately;the 24-m running-through section from the exit work face is drilled by means of the micro-step plus the temporary inverted arch method,with the last 6-m section excavated by the advanced guiding tube being used as the advanced support first,and the core earth-retaining radially excavating method；with the speed of each segment of steel arch support for each cycle of drilling operation, the tunnel is run-through step by step until the whole tunnel is smoothly completed.The tunnel is successfully completed,with a good effect in construction duration and obvious economic benefits achieved.

run-through of a tunnel; poor geology;drilling in opposite directions

2016-05-30

趙海紅(1982—)，女，工程師，主要從事長大隧道施工技術(shù)與安全管控方面的工作。

10.13219/j.gjgyat.2016.05.021

U455.4

B

1672-3953(2016)05-0078-03