大跨淺埋粉質(zhì)粘土富含砂粒段施工

張 龍（中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶401121）

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

興旺峁隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，起訖里程DK350+115～DK361+170，全長11055m，隧道最大埋深219.51m，地處陜北大地毛烏素沙漠，橫跨陜西省靖邊和橫山兩縣；設(shè)計(jì)凈高9.4米，最大寬度12.2米，內(nèi)軌頂面以上凈空橫斷面積為85.65m2，為新建特長鐵路雙線隧道。本文論述興旺峁隧道出口洞口段（DK361+170～DK361+100）的施工。

DK361+170～DK361+100施工段區(qū)域?qū)冱S土梁峁溝壑區(qū), 洞口左側(cè)地勢(shì)較平緩，右側(cè)為一約50米的沖溝，右側(cè)覆蓋層很薄，為2～8米,埋深只有10米左右，屬于淺埋偏壓地段。隧道出口上覆新黃土、第三系粉質(zhì)黏土，新黃土具自重濕陷性，濕陷系數(shù)δs=0.015～0.098，濕陷等級(jí)II級(jí)(中等)～Ⅲ級(jí)(嚴(yán)重)，局部為Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)濕陷性；下伏白堊系砂巖，全～強(qiáng)風(fēng)化，呈砂夾碎塊狀，產(chǎn)狀平緩，層理發(fā)育，地質(zhì)成巖作用較差。洞口主要是粉質(zhì)粘土，且富含砂粒，有一定密實(shí)度，所以具有一定的自穩(wěn)能力，局部出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

興旺峁隧道按照新奧法原理設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌支護(hù)，DK361+170～DK361+100設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)加強(qiáng)段。洞口設(shè)置φ108大管棚注漿加固圍巖，大管棚長26m，環(huán)向間距30cm；支護(hù)參數(shù)為：邊墻φ22砂漿錨桿，長度L=4.0m,間距1.0m×1.0m，梅花形布置，鋼筋網(wǎng)φ8＠20×20cm，全斷面設(shè)置I20a鋼拱架,間距0.6m，φ22連接鋼筋，環(huán)向間距100cm，內(nèi)外交錯(cuò)布置，C25噴射混凝土27cm；拱部設(shè)置φ42小導(dǎo)管預(yù)注漿超前支護(hù),小導(dǎo)管長2.5m,環(huán)向3根/m，縱向1.2m設(shè)置一環(huán)；二次襯砌為C30鋼筋混凝土，拱墻厚度50cm，仰拱60cm。

2 洞口施工方案

2.1 施工原則

安全快速的進(jìn)洞，采取可靠技術(shù)措施，確保洞口段施工安全。

2.2 施工方案

由于洞口屬第三系粉質(zhì)粘土，圍巖的自支護(hù)能力比較弱，甚至沒有，所以在該段施工中最重要的是提高圍巖的自支護(hù)能力。提高圍巖自支護(hù)能力的基本方法就是控制圍巖的松弛、坍塌，其處理原則是：穩(wěn)定掌子面、及時(shí)閉合成環(huán)，控制拱頂下沉和周邊收斂。

根據(jù)工程的地質(zhì)情況，綜合安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本各方面因素綜合考慮，決定采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法聯(lián)合臨時(shí)仰拱、扇形支撐進(jìn)行開挖支護(hù)，其分析如下

在軟弱圍巖段，隧道拱部開挖后，地表會(huì)出現(xiàn)不同程度的下沉。根據(jù)受力機(jī)理分析，上、中臺(tái)階拱架受力情況見圖1。

圖1 上、中臺(tái)階拱架受力

由于地質(zhì)條件，圍巖基本無自穩(wěn)、自承能力，因此上、中臺(tái)階拱架承受著較大的垂直壓力和側(cè)壓力，容易造成拱頂坍塌和拱腳鋼架扭曲。因此在上、中臺(tái)階開挖過程中為了抑制拱頂下沉和周邊收斂，決定對(duì)上、中臺(tái)階采取扇形支撐及臨時(shí)仰拱進(jìn)行支撐。上、中臺(tái)階采取扇形支撐及臨時(shí)仰拱進(jìn)行支撐見圖2。

圖2 上、中臺(tái)階采取扇形支撐及臨時(shí)仰拱

3 施工步驟

3.1 施工順序

測量放線→洞口邊、仰坡開挖支護(hù)（套拱底部）→洞口大管棚施作→洞身開挖支護(hù)及明洞開挖。

3.2 洞口邊仰坡

（1）洞頂截水天溝施工

根據(jù)設(shè)計(jì)及結(jié)合地形情況，在洞口上邊、仰坡外側(cè)設(shè)置與地形相應(yīng)的截排水溝。洞頂截水開溝先按設(shè)計(jì)進(jìn)行開挖，砂漿或噴混凝土臨時(shí)封閉，待進(jìn)洞一段距離或洞口變形穩(wěn)定后，再按設(shè)計(jì)進(jìn)行漿砌施工。

（2）洞口邊、仰坡施工

開挖：開挖前先按設(shè)計(jì)對(duì)進(jìn)洞的各個(gè)樁點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，對(duì)邊仰坡進(jìn)行放樣，土石方開挖自上而下順序分層開挖。土方采用人工配合挖掘機(jī)開挖；石方開挖優(yōu)先考慮人工配合挖掘機(jī)開挖，在挖掘機(jī)無法開挖的情況下，采用風(fēng)鉆鉆孔，弱爆破。洞頂截水溝必需先行開挖，仰坡坡底做臨時(shí)排水溝，防止洞口積水。

邊仰坡隨開挖隨支護(hù)，開挖完成后及時(shí)進(jìn)行噴錨作業(yè)，封閉巖面。

初期支護(hù)：鋼筋網(wǎng)：￠8鋼筋，網(wǎng)格間距20cmX20cm；錨桿：￠22砂漿漿錨桿、噴射混凝土：C25混凝土。

3.3 超前大管棚

大管棚參數(shù)：布設(shè)于拱部120°的范圍內(nèi)，φ108熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距30cm，長26m；

導(dǎo)向墻參數(shù)：

H（高）×B（寬）=1.0m×1.0m，R=r（開挖半徑）；

注漿參數(shù)：單液水泥漿的水灰比：0.5：1，注漿壓力：0.5～2MPa。

大管棚施工工藝流程圖見圖3。

圖3 大管棚施工工藝流程圖

3.4 洞身開挖

洞身開挖采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工，上、中、下臺(tái)階長度3～5m。在施工中、下臺(tái)階時(shí)，左右開挖錯(cuò)開1.2m（兩榀拱架距離）開挖。三臺(tái)階預(yù)留核心圖開挖示意圖見圖4。

圖4 三臺(tái)階預(yù)留核心圖開挖示意圖

3.4.1 上臺(tái)階施工

1）超前小導(dǎo)管的施工

按照設(shè)計(jì)施工φ42超前小導(dǎo)管，進(jìn)行預(yù)注漿加固。采用YT-28風(fēng)鉆鉆孔，錘擊將小導(dǎo)管從鋼架腹部頂入，并與鋼架焊接在一起，外插角10°～15°，再將管口用彩條布封堵，待上循環(huán)初期支護(hù)施工完畢后進(jìn)行注漿，注漿采用單液水泥漿，水灰比為0.5：1，注漿壓力為0.5～2MPa。

2）上臺(tái)階開挖的支護(hù)

采用人工風(fēng)鎬結(jié)合挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”的原則，控制每循環(huán)的進(jìn)尺在0.6m以內(nèi)。開挖后立即噴射4cm混凝土封閉，然后架立鋼架（φ22＠100cm縱向連接筋與鋼架焊接牢固）、掛鋼筋網(wǎng)，最后分層分片噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。拱架左右兩個(gè)拱腳打設(shè)2根φ4m長的φ42鎖腳錨管，錨管注漿，與鋼架焊接牢固。

3）扇形支撐的施工

在退后掌子面兩榀拱架開始施作臨時(shí)仰拱及扇形支撐，其中掛網(wǎng)噴射混凝土只進(jìn)行豎撐和臨時(shí)仰拱。豎撐采用一面關(guān)模噴混凝土。斜撐只施作連接鋼筋，鋼筋間距100cm，內(nèi)外交錯(cuò)布置。

3.4.2 中、下臺(tái)階的施工

中下臺(tái)階施工依據(jù)三臺(tái)階預(yù)留核心圖開挖示意圖順序依次施工，這樣就可以利用挖機(jī)和裝載機(jī)進(jìn)行作業(yè)，加快施工進(jìn)度。

4 保證措施

1）洞口段開挖施工中，派有豐富施工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)員跟班作業(yè)，對(duì)開挖面前方3～5m的圍巖地質(zhì)情況作超前探孔，指導(dǎo)施工，對(duì)不良地質(zhì)段及時(shí)采取加強(qiáng)支所措施，防止工作面塌方的發(fā)生。

2）每作業(yè)班配置一名經(jīng)培訓(xùn)合格后上崗的專職安全員，對(duì)初期錨噴襯砌面進(jìn)行定期檢查，對(duì)出現(xiàn)變形裂縫的部位做標(biāo)記并記錄裂縫發(fā)展過程，向工程師匯報(bào)，由隧道工程師會(huì)同監(jiān)理工程師對(duì)裂縫部位進(jìn)行分析，及時(shí)提出補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)并實(shí)施。預(yù)防洞身變形過大導(dǎo)致失穩(wěn)。

3）人工、機(jī)械嚴(yán)格依測量放線開挖，最大限度地減少超、欠挖；

4）鋼拱架的拱腳要落在實(shí)處，必要時(shí)在拱腳部位施工混凝土基礎(chǔ)，并打設(shè)鎖腳錨桿。

5）管式注漿錨桿、超前鋼插管（鎖口錨桿）注漿控制好水灰比及注漿壓力，確保注漿飽滿；拱頂注漿壓力根據(jù)隧道埋深及拱架類型確定，一般情況下拱頂注漿壓力不超過8kg，拱腳注漿壓力不應(yīng)低于15kg。

6）根據(jù)現(xiàn)場圍巖及量測情況，及時(shí)進(jìn)行仰拱施作。對(duì)于洞口段，應(yīng)加強(qiáng)量測工作，地表及洞內(nèi)量測應(yīng)每天進(jìn)行兩次，并及時(shí)將量測結(jié)果進(jìn)行分析，以指導(dǎo)施工。

5 效果

施工過程中進(jìn)行了圍巖監(jiān)控量測并根據(jù)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明：該段隧道在開挖后圍巖開始產(chǎn)生位移并逐漸增大，隨著時(shí)間推移，位移速率明顯收斂，最終趨于穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，量測結(jié)果均小于設(shè)計(jì)容許變形量；洞內(nèi)初期支護(hù)也沒有發(fā)現(xiàn)任何裂縫，可見，該施工方法是科學(xué)合理、安全有效的。

6 結(jié) 語

1）淺埋偏壓軟弱圍巖的施工，技術(shù)性較強(qiáng)，施工中一定要堅(jiān)持“管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則，采取合理的施工方法和可靠的施工技術(shù)，提高施工組織和管理水平，才能保證良好的施工質(zhì)量。

2）重視量測。根據(jù)量測結(jié)果掌握圍巖的變形情況，及時(shí)調(diào)整施工方法和支護(hù)參數(shù)，保證施工安全。

3）在選擇開挖方法時(shí)，既要考慮到安全和質(zhì)量，也要考慮到工法的經(jīng)濟(jì)性。要根據(jù)工程自身的特點(diǎn)，充分考證，采取合理的施工方法和可靠的施工技術(shù)，保證安全快速施工。

[1]新建鐵路太原至中衛(wèi)（銀川）線施工圖設(shè)計(jì)

[2]鐵路隧道施工規(guī)范 TB10204-2002 中國鐵道出版社 2002.7