顏春嶺隧道火山灰?guī)r地質(zhì)隧底加固方案研究

方仁應(yīng)

摘 要：顏春嶺隧道位于海南省省?？谑欣铣擎?zhèn)，隧道大部分埋深在30m之內(nèi)，最大埋深35m，屬于淺埋隧道，上覆土層及基巖全風(fēng)化層（W4）具有弱膨脹性，差異風(fēng)化明顯，柱狀節(jié)理發(fā)育.顏春嶺隧道火山灰?guī)r的獨(dú)特地質(zhì)情況，比選了微型樁與鋼管樁基地加固方案在進(jìn)度、施工等各方面的優(yōu)劣，最終確定了鋼管樁隧底加固的方案。

關(guān)鍵詞：火山灰?guī)r；隧底；加固；方案

中圖分類(lèi)號(hào)：U457.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0061-03

1 工程概況

顏春嶺隧道位于海南省省海口市老城鎮(zhèn)，進(jìn)口處為潭池三隊(duì)農(nóng)場(chǎng)，緊鄰預(yù)建老城火車(chē)站，出口為瑞今畜產(chǎn)品在建工業(yè)園。隧道大部分埋深在30m之內(nèi)，最大埋深35m，屬于淺埋隧道，上覆土層及基巖全風(fēng)化層（W4）具有弱膨脹性，差異風(fēng)化明顯，柱狀節(jié)理發(fā)育。進(jìn)口分界里程為D2K14+640，出口分界里程為D2K17+500，全長(zhǎng)2860m，其中明洞段長(zhǎng)420m，暗洞2440m基本全部為V級(jí)圍巖，合同工期2013年10月至2015年2月，工期緊任務(wù)重安全風(fēng)險(xiǎn)大。

隧道進(jìn)口洞身D2K14+960～D2K15+040、D2K16+053～D2K16+076段設(shè)計(jì)基底為全風(fēng)化W4玄武巖，具有弱膨脹性，采用Φ500微型樁加固基底，微型樁樁長(zhǎng)5.5m～8.5m不等，樁間距1.5m×1.5m（邊墻底范圍加密至1.2m），交錯(cuò)布置，加固深度至弱風(fēng)化層W3內(nèi)0.5m。洞內(nèi)微型樁根據(jù)實(shí)際情況必須采用水下混凝土灌注工藝，共714根，4821m。如果采用旋挖鉆機(jī)施工根據(jù)明洞段施工情況平均每天6根，則洞內(nèi)微型樁施工需4個(gè)月時(shí)間，工期太長(zhǎng)。

2 圍巖情況

顏春嶺隧道的獨(dú)特地質(zhì)情況，該段基底仰拱以下部位大部分為W4全風(fēng)化巖，實(shí)際開(kāi)挖揭露的W4全風(fēng)化巖中經(jīng)常有球狀大孤石。如下圖1所示。

3 方案變更說(shuō)明

顏春嶺隧道洞內(nèi)最高凈空為9.87m，邊墻凈高7.33m，洞內(nèi)微型樁施工目前國(guó)內(nèi)只有以下三種鉆孔機(jī)械可供選擇，如果采用旋挖鉆機(jī)成孔，旋挖鉆機(jī)鉆桿總高度為15m，實(shí)際洞內(nèi)空間根本滿足不了旋挖鉆機(jī)作業(yè)；如果采用正反循環(huán)鉆機(jī)成孔，正反循環(huán)鉆機(jī)的作業(yè)高度為9.54m，理論上只能勉強(qiáng)施工隧道中心線左右兩側(cè)各2m范圍內(nèi)的微型樁；若采用沖擊鉆沖孔，鉆機(jī)作業(yè)高度為8.35m理論上只能施工中心線兩側(cè)各3.8m范圍內(nèi)的微型樁，何況沖擊鉆對(duì)洞內(nèi)擾動(dòng)極大會(huì)破壞初支穩(wěn)定，稍有不慎還會(huì)帶來(lái)塌方冒頂，且樁基施泥漿浸泡地基和污染洞內(nèi)環(huán)境?？傊?，隧道邊墻弧形部位2.4m空間都滿足不了旋挖鉆、正反循環(huán)鉆、沖擊鉆作業(yè)。而鋼管樁采用干式成孔、對(duì)周邊影響少，并可以在小面積場(chǎng)地上進(jìn)行非常密集的施工，鋼管樁的施工機(jī)具采用地質(zhì)鉆機(jī)，地質(zhì)鉆機(jī)的作業(yè)高度僅為3m，洞內(nèi)空間完全滿足地質(zhì)鉆機(jī)作業(yè)。

從顏春嶺隧道的獨(dú)特地質(zhì)情況分析，該段基底仰拱以下部位大部分為W4全風(fēng)化巖，但實(shí)際開(kāi)挖揭露的W4全風(fēng)化巖中經(jīng)常有球狀大孤石存在，旋挖鉆機(jī)和正反循環(huán)鉆機(jī)對(duì)全土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層很適用，但若碰到孤石根本無(wú)法鉆進(jìn)還會(huì)斷桿。而沖擊鉆雖然能適應(yīng)軟硬地層及孤石，但若碰到孤石沖擊擾動(dòng)極大對(duì)軟弱地層中的隧道初支有致命的破壞，而地質(zhì)鉆機(jī)可以適合任何地層不受限制。如下圖2～圖4所示。

4 變更方案

根據(jù)設(shè)備的比選結(jié)合目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，在滬昆高鐵云南段、貴廣高鐵貴陽(yáng)樞紐等隧道施工中，軟弱隧道基底加固均采用鋼管樁進(jìn)行基底加固處理，進(jìn)度及質(zhì)量均可得到極大保證，為此建議將顏春嶺隧道D2K14+960～D2K15+040、D2K16+053～D2K16+076段原設(shè)計(jì)基底加固的Φ500微型樁變更為Φ207鋼管樁進(jìn)行基底加固，鋼管樁采用鍍鋅鋼管，壁厚6.5mm，邊墻部位樁間距0.5m（橫）×0.6m（縱）（梅花形布置），其他部位樁間距0.8m（橫）×0.8m（縱）（梅花形布置）.鋼管樁嵌入基巖深度不小于1.1m，嵌入初期支護(hù)仰拱砼內(nèi)不小于10cm，每橫斷面不少于16根；鋼管樁孔身四周開(kāi)泄?jié){孔，孔徑10～16mm，孔縱向間距15～20cm，呈梅花形布置，尾部留不小于100cm不鉆孔的止?jié){段；采用水泥砂漿注漿加固，建議水灰比0.4～0.8，建議注漿壓力1.0～1.5Mpa。為提高鋼管樁的承載能力，在鋼管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，鋼筋籠由四根Ф16主筋構(gòu)成。鋼管樁應(yīng)與二次襯砌仰拱及邊墻有良好接觸，初期支護(hù)噴混凝土前，預(yù)埋Φ250PVC管對(duì)鋼管樁進(jìn)行定位。鋼管樁仰拱一次施作縱向長(zhǎng)度不大于3m，以減少仰拱初期支護(hù)暴露時(shí)間和仰拱施作滯后時(shí)間。如圖5所示。

5 鋼管樁施工方案

5.1 鋼管樁施工工藝

（1）Ф207鋼管樁施工工序：（a）鉆機(jī)成孔；（b）放入Φ207鋼管；（c）放入鋼筋籠；（d）壓注M30水泥砂漿。

（2）工藝參數(shù)：鋼管樁嵌入基巖不小于1.1m。（如現(xiàn)場(chǎng)基巖面與設(shè)計(jì)不相符，應(yīng)及時(shí)通知建設(shè)、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位四方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，調(diào)整加固深度，保證嵌入基巖深度不小于1.1m。）采用間距0.5m（橫）×0.6m（縱）梅花形布置，垂直鉆孔。

（3）施工工藝：

①測(cè)量放樣：使用全站儀精確放樣設(shè)計(jì)孔位，用水準(zhǔn)儀測(cè)量地面高程，確定鉆孔深度并在仰拱初期支護(hù)施作完成前預(yù)埋長(zhǎng)0.5mФ100PVC管對(duì)鋼管樁進(jìn)行定位。

②鉆孔：鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求。鉆進(jìn)過(guò)程中做好記錄，為注漿作業(yè)提供參考數(shù)據(jù)；鉆孔與注漿孔間距應(yīng)大于6m，鉆孔時(shí)控制好造孔的垂直度。

③下管：根據(jù)引孔深度逐節(jié)安裝注漿鋼管，鋼管采用鋼管絲扣接長(zhǎng)，直至下到孔底，鋼管上口露出仰拱地面20cm。

④清孔：用高壓風(fēng)對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理，減少孔內(nèi)沉渣和泥漿。

⑤注漿鋼管加工：注漿鋼管周邊設(shè)置泄?jié){孔，鋼管樁泄?jié){孔按15mm的梅花形布設(shè)注漿孔。如圖6所示。endprint

⑥封口：在孔口周?chē)牟捎盟倌嗌皾{封堵，以防止注漿過(guò)程中冒漿現(xiàn)象的發(fā)生。

⑦注漿：先外側(cè)后內(nèi)側(cè)，先兩側(cè)后中間，先單號(hào)后雙號(hào)間隔跳注的順序進(jìn)行注漿。注漿應(yīng)自下而上逐節(jié)并連續(xù)的灌注漿液。

5.2 施工要點(diǎn)控制

①對(duì)現(xiàn)場(chǎng)填土的物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，掌握了現(xiàn)場(chǎng)加固體的孔隙率和含水率。注漿工藝和注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)注漿結(jié)果作相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，注漿過(guò)程中，切實(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)督管理，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

②鉆孔施工：仰拱初期支護(hù)施作時(shí)，嚴(yán)格按照施工布置圖，預(yù)埋好孔位。鉆機(jī)定位要準(zhǔn)確，開(kāi)鉆前的鉆頭點(diǎn)位與布孔點(diǎn)進(jìn)行核對(duì)，鉆桿垂直度應(yīng)符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)標(biāo)要求。

③漿液配制：現(xiàn)場(chǎng)采用準(zhǔn)確的計(jì)量工具（量筒），嚴(yán)格按照配合比施工。水灰比要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及進(jìn)展情況，經(jīng)建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位核對(duì)后進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

④注漿：注漿嚴(yán)格按程序施工，注漿采用進(jìn)漿量、注漿壓力雙控。注漿由專(zhuān)人操作，當(dāng)壓力突然上升或從孔壁溢漿，立即停止注漿，每段注漿量嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，溢漿時(shí)，采取措施確保注漿量滿足設(shè)計(jì)要求。

⑤注漿完成后，將注漿孔及時(shí)封填密實(shí)，保證不溢漿。

⑥注漿過(guò)程中做好安全防護(hù)措施，尤其是注漿難度較大的注漿孔注漿作業(yè)，嚴(yán)防爆管傷人。

⑦中途停止注漿時(shí)，應(yīng)清洗注漿管，以便多次重復(fù)灌注漿液。

（4）鋼管樁施作后（含注漿）進(jìn)行注漿效果檢查和評(píng)定，不合格者應(yīng)補(bǔ)注，施工完后按以下方法檢測(cè)：

①物探檢測(cè)，采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁長(zhǎng)及成樁效果。

②設(shè)檢查孔，在該注漿段每15m設(shè)一檢查孔，檢查孔應(yīng)取巖芯，觀察注漿充填情況，并檢查承載力不小于0.2MPa。

6 監(jiān)控量測(cè)

根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、隧道埋深、斷面尺寸、開(kāi)挖方法和設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)此段監(jiān)控量測(cè)，以確認(rèn)地基處理加固的效果。選定監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目包括：洞、內(nèi)外觀察；洞內(nèi)拱頂下稱(chēng)、拱腳下沉；凈空（收斂）變化；地表沉降、水平位移、差異沉降。測(cè)點(diǎn)設(shè)置牢固可靠、易于識(shí)別，并注意保護(hù)，嚴(yán)防損壞。將監(jiān)控量測(cè)納入工序管理，在現(xiàn)場(chǎng)成立監(jiān)控量測(cè)小組，編制監(jiān)控量測(cè)方案和實(shí)施細(xì)則，及時(shí)量測(cè)、分析和反饋結(jié)論及建議。

7 進(jìn)度分析

若采用Ф207鋼管樁加固，采用4臺(tái)潛孔地質(zhì)鉆機(jī)同時(shí)施工，單機(jī)每天可成孔10根，4臺(tái)鉆機(jī)每天最少可成孔40根，折合仰拱進(jìn)度每天可完成3米，每月至少可完成仰拱不少于80米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足開(kāi)挖每月45米的進(jìn)度要求，在滿足機(jī)械設(shè)備施工的同時(shí)進(jìn)度也有保證。endprint