自進(jìn)式錨桿在東山供水工程穿河段隧洞施工中的應(yīng)用

李 智谷艷春

（1.山西省東山供水工程建設(shè)管理局 山西太原030000；2.山西東山供水工程有限公司山西太原030002）

1 淺埋段隧洞情況

山西東山供水工程1#隧洞施工一標(biāo)隧洞全長5.36 km，設(shè)計斷面為城門洞型（3.5 m×4 m）、縱坡1/3 000，鉆爆法施工，二襯采用鋼筋混凝土全斷面襯砌。其穿河段埋深較淺，約18.5 m。該段隧洞洞頂覆蓋層自上而下依次為：地表以下1 m左右為雜填土、夾有塊石和礫石；埋深2～17 m范圍內(nèi)為由粉砂填充的雜色砂卵石層、夾有大量礫石；埋深17～19.6 m之間為強(qiáng)風(fēng)化褐紅色泥巖層；埋深19.6～21.9 m為紫褐色砂巖層，節(jié)理發(fā)育破碎；其中洞身位于泥巖、砂巖層中，洞頂以上強(qiáng)風(fēng)化泥巖層厚度約1.5 m，地下水位于地表以下約1～2 m，隧洞內(nèi)出水量較大。

2 施工方案

隧洞自進(jìn)入穿河段以來在樁號SBE4+156及SBE4+173處已發(fā)生兩次塌方冒頂，分別通過旋噴樁和地表深孔注漿等措施對塌方段進(jìn)行加固后重新施工順利通過塌方段。然而后續(xù)穿河淺埋洞段地質(zhì)條件與塌方洞段相同，洞頂強(qiáng)風(fēng)化泥巖覆蓋層不足1.5 m，泥巖上部砂卵石土幾無自穩(wěn)能力，存在發(fā)生突泥涌水地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。為確保后續(xù)施工進(jìn)度及安全，對樁號SBE4+255～SBE4+335間穿河段采取自進(jìn)式長錨桿輔以雙液注漿形成管棚的超前支護(hù)結(jié)合洞內(nèi)“弱爆破、短開挖、強(qiáng)支護(hù)”的方式通過該隧洞穿河段。

3 自進(jìn)式錨桿注漿施工

3.1 自進(jìn)式錨桿施工工藝

3.1.1 止?jié){墻施工

隧洞洞頂?shù)膹?qiáng)風(fēng)化泥巖及洞身節(jié)理發(fā)育破碎的砂巖層，均會形成水流通道，為防止自進(jìn)式錨桿注漿過程中漿液從掌子面圍巖裂隙中隨水流滲出，每循環(huán)管棚施工前對隧洞掌子面噴射10 cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉充當(dāng)止?jié){墻。

3.1.2 自進(jìn)式錨桿注漿超前支護(hù)

采用R51N自進(jìn)式錨桿形成管棚，錨桿長9 m，環(huán)向間距20 cm，每環(huán)25根，縱向間距4.5 m（確保每個斷面形成兩排管棚），錨桿外插角控制在5°～10°，同時注入水泥-水玻璃雙液漿，主要作用為注漿堵水并固結(jié)周邊不良地層，形成較為穩(wěn)固的棚狀結(jié)構(gòu)，確保洞內(nèi)施工安全。錨桿布置如圖1、圖2所示。

圖1 超前自進(jìn)式錨桿布置示意圖

圖2 自進(jìn)式錨桿管棚搭接布置示意圖

3.1.3 自進(jìn)式錨桿注漿施工工藝流程

自進(jìn)式錨桿注漿施工工藝流程圖見圖3。

3.1.4 錨桿鉆進(jìn)工藝及注意事項

1）鉆孔前，測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每排孔進(jìn)行編號，自起拱線左側(cè)開始編號依次為1，2，3……25。

2）嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入開挖輪廓線內(nèi)，相鄰的錨桿不得相撞和立交。

3）經(jīng)常量測鉆桿的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正。

圖3 自進(jìn)式錨桿注漿施工工藝流程圖

4）自進(jìn)式錨桿在泥巖中鉆進(jìn)時，鉆頭的水孔易堵塞，應(yīng)放慢鉆進(jìn)速度，多回轉(zhuǎn)、少沖擊。成孔過程當(dāng)中，要注意觀察記錄鉆進(jìn)速度和鉆頭處的圍巖變化以及涌水情況，為之后的注漿提供一定的數(shù)據(jù)支持。相鄰鉆孔之間的錨桿接頭要錯開，盡量減少同一斷面內(nèi)錨桿接頭數(shù)量。

5）至設(shè)計深度后，應(yīng)用高壓風(fēng)洗孔，檢查孔是否暢通，然后卸下釬尾套，錨桿外露孔口長度為10～15 cm。

6）將止?jié){塞通過錨桿外露端打入孔口30 cm左右。

7）在錨桿外露端部安裝止?jié){閘閥。

3.2 水泥-水玻璃雙液注漿施工

3.2.1 注漿方案

根據(jù)地質(zhì)資料揭示：隧洞拱頂部圍巖為拱頂以上1.5 m范圍內(nèi)為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，巖性較軟，呈泥狀，巖芯呈碎塊狀；拱頂1.5 m以上范圍內(nèi)為卵石混合土、級配不良砂；地下水流量大，且流速快，為防止?jié){液流失、快速堵水，本方案選擇水泥-水玻璃雙液注漿堵水并加固圍巖。

3.2.2 漿液選擇

雙液漿由水灰比0.4～0.6的水泥漿和35Be的水玻璃按體積比1∶1配比。

3.2.3 雙液注漿方法

錨桿施工完成后注漿前將錨桿、注漿管及泵用快速接頭連接好，注漿壓力控制在不低于5 MPa，當(dāng)觀察到注漿液從孔口帽邊緣流出時，即可停泵。整個過程應(yīng)保持連續(xù)灌注，不停頓，一次完成。當(dāng)完成一根錨桿的注漿后，應(yīng)迅速卸下注漿軟管與錨桿的接頭，清洗并安裝至另一根錨桿，然后注漿。環(huán)內(nèi)注漿順序為：自左至右（1，3，5……25），完成后再自右至左（24，22，20……），每孔間隔注漿。

3.2.4 注意事項

1）水泥漿液和水玻璃漿液比為1∶1，并隨配隨用，以免時間太長，使?jié){液在泵、管中凝結(jié)。

2）若停泵時間較長，應(yīng)將前段不均勻的灰漿放掉，以免堵孔。

3）注漿過程中若出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，應(yīng)及時清理錨桿、注漿軟管及泵，此時若泵的壓力表顯示有壓，應(yīng)先卸壓后拆下各接頭進(jìn)行處理。

4）完成整個注漿后，及時封口并清洗及保養(yǎng)泵。

5）注漿量應(yīng)滿足設(shè)計要求，若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。

4 洞身開挖及支護(hù)

4.1 爆破開挖

由于洞頂巖層覆蓋薄、巖層破碎，洞身爆破嚴(yán)格遵守“短進(jìn)尺、密布眼、少藥量、弱爆破”的要求，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5 m，在拱部增加4個周邊孔，預(yù)留一些空孔，作為爆破減震孔，并嚴(yán)格控制單孔裝藥量及單段雷管爆破藥量，以有效減小爆破震動對圍巖的擾動并配合自進(jìn)式管棚的支護(hù)效果，確保圍巖穩(wěn)定。

4.2 洞身初期支護(hù)

1）H14#工字鋼鋼拱架，間距為50 cm。拱架架設(shè)前，清除底腳處浮渣，超挖處加設(shè)混凝土塊防止鋼支撐懸空失穩(wěn)。為增加鋼拱架穩(wěn)定性，兩直腿間焊接橫向鋼支撐底梁，并用C20噴射混凝土將底梁間噴射平整。

2）鋼拱架間連接筋采用Φ25鋼筋，環(huán)向間距為100 cm（每環(huán)10根連接筋），隧底橫向鋼支撐采用2根連接筋連接。連接筋與拱架必須焊接牢固。

3）洞身采用Φ8鋼筋網(wǎng)（15 cm×15 cm網(wǎng)格），洞內(nèi)與鋼拱架、連接筋焊接牢固。

4）鎖腳錨桿采用2m長Φ25砂漿錨桿，鎖腳錨桿打設(shè)在拱架直腿上，每榀拱架8根，并與拱架焊接牢固；底橫梁打設(shè)2根錨桿。拱部設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿（每根2 m梅花形布置，排距2 m，4/5根間隔布置），使洞身支護(hù)與洞身周邊圍巖成為一體。

5）為加強(qiáng)初期支護(hù)強(qiáng)度，噴射混凝土厚度20 cm。

洞身支護(hù)示意圖見圖4。

圖4 洞身支護(hù)示意圖

5 安全監(jiān)控測量

為保證洞內(nèi)施工及地表構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全，施工中加強(qiáng)了拱頂下沉、初支斷面凈空收斂變形以及地表沉降等的監(jiān)控測量：1）拱頂使用精密水平儀、水平尺、鋼尺和測桿分別進(jìn)行凈空收斂和拱頂圍巖下沉監(jiān)控、量測；凈空收斂變形采用數(shù)顯收斂變形儀監(jiān)測。洞內(nèi)量測斷面間距為20 m，洞內(nèi)監(jiān)測監(jiān)測點布置如圖5。2）地表下沉觀測點間距30 m，跨越公路處在公路兩側(cè)及中間布設(shè)觀測點，間距不大于5 m，在施工期間連續(xù)觀測，觀測點布置如圖6。

圖5 洞內(nèi)監(jiān)測點布置圖

圖6 地表沉降觀測點

6 小結(jié)

通過自進(jìn)式錨桿結(jié)合雙液漿注漿處理，較好地固結(jié)了洞頂覆蓋層，提高了洞頂覆蓋層的整體性及其穩(wěn)定性，增加了洞頂圍巖的承重能力，并有效封堵了地下水，使洞內(nèi)出水量明顯減少，創(chuàng)造了良好的洞內(nèi)施工環(huán)境。結(jié)合隧洞開挖支護(hù)方式的調(diào)整及安全保證措施，最終順利通過了該隧洞穿河段，有效地避免了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。