復雜地質下超前大管棚施工在車站隧道施工中的應用

周 永

(中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 400700)

復雜地質下進行車站隧道施工，圍巖的穩(wěn)定性比較差，在開挖過程中容易發(fā)生洞室坍塌、失穩(wěn)等安全事故，甚至會危及到施工的安全性?？刹捎贸按蠊芘锸┕ぜ夹g來確保巖體的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)有工作室大管棚施工技術在超前管棚施工前需要開挖出管棚工作室，但大管棚循環(huán)施工距離比較短，大約在25m左右，在長距離車站隧道施工需要開挖多個管棚工作室，嚴重影響了施工效率，而且開挖斷面的反復變化會發(fā)生應力集中現(xiàn)象，增加施工風險。而無工作室超前大管棚施工技術，則能有效避免此類問題的發(fā)生。主要是利用隧道管棚機在隧道拱頂前沿輪廓線外區(qū)域鉆設水平孔，搭設超前支護鋼管并進行注漿來固結圍巖，從而使車站隧道拱頂預先形成棚架保護環(huán)，達到加固圍巖和擴散圍巖壓力的目的。

一、工程概述和水文地質條件分析

（一）工程概述

月直山隧道進口工區(qū)車站段位于金口河區(qū)境內，里程：DK239+915～DK240+170，長 255米，為三線車站隧道，洞口與路基相連，線路縱坡：DK239+915～DK240+500，平坡。鉆爆法施工，開挖工法有明挖法、雙側壁導坑法，采用C25錨噴網(wǎng)結構初期支護，C35鋼筋混凝土二次襯砌及仰拱。月直山隧道車站段暗洞支護參數(shù)如附表1所示。

（二）水文地質條件

1.地層巖性。該工程地層巖性為進口覆蓋第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）中砂、漂石土，第四系全新統(tǒng)坡崩積層（Q4dl+col）碎石土，下伏基巖為前震旦系峨邊群三段(Pteb3)中層狀板巖。地層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎比較嚴重。

2.地質構造。在金口河逆斷層與洞身相交于DK2 41+244附近的斷層為逆斷層，位于白云巖和變質砂巖之間，走向為N45°～55°，傾角在55°～60°之間，斷層破碎段主要為板巖和白云巖，寬度在80m～100m之間。

3.水文地質。地表水主要為地表溝水以及少量的水田水，季節(jié)變化比較大。地下水主要為基巖裂隙水，水量比較小，但埋深較大。該隧道穿越了地下水分布構造，水文地質條件比較復雜，多為水富集區(qū)，容易發(fā)生涌水和涌泥等現(xiàn)象。

二、工作室超前大管棚施工優(yōu)勢

大量工程應用實例表明，和傳統(tǒng)有工作室超前大管棚施工相比，新型無工作室超前大管棚施工技術所具有的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，安全性更高。傳統(tǒng)有工作室管棚斷面比較大，需要在原車站隧道斷面的基礎上擴挖0.8m～1.0m。如果在開挖時遇到破碎圍巖，則會對軟弱圍巖造成干擾，影響施工的安全性。而無工作室超前大管棚施工技術則無需改變隧道斷面，并且施工比較靈活，無論安全性還是質量都能達到保障。主要是利用車站隧道設計開挖空間進行超前大管棚支護，可有效滿足復雜地質條件下對快挖和快支護的技術要求。

第二，經(jīng)濟性更好。采用有工作室超前管進行施工時，需要對工作室進行擴挖，增加開挖量和初期支出量，二次襯砌混凝土用量也隨之增加，從而增加施工的總成本。無工作室超前大管棚和有工作室超前大管棚工程量對比如附表2所示。

從附表2中可以看出，兩種施工方面相比，無論是開挖量還是材料用量，無工作室超前大管棚施工方法都優(yōu)于有工作室超前大管棚施工方法，取得的經(jīng)濟效益也更加明顯。

第三，施工效率更高。無工作室超前大管棚施工方法主要采用了大型全液壓履帶式管棚鉆機，其工作高度可達4.5m，在現(xiàn)有臺階上就可以完成管棚施工，無需重新設置操作平臺，無需進行工序轉換就能完成施工任務。利用車站隧道設計開挖的空間即可完成超前大管棚施工，支護和開挖斷面的尺寸基本相同，無需頻繁地斷面轉化，大大提升了施工的便捷性和效率。

三、復雜地質下超前大管棚施工在車站隧道施工中的應用方法

（一）選擇合理的施工參數(shù)

將該工程洞口明暗分界里程DK239+940之外的地面開挖至導墻斷面底部位，邊開挖，并做臨時支護和仰坡防護。導墻可由C20混凝土澆筑而成，導墻的定位鋼筋由I18工字鋼加工制作而成，導向管由1米長厚為8mm的φ194無縫鋼管加工而成。大管棚由40米長厚為8mm的φ159無縫鋼管加工而成，設置范圍為拱部132°，環(huán)向間距0.4m，外插角2°，共計65根。導向墻內導管布置圖如圖1所示：

圖1 導向墻內導管布置圖

（二）合理搭設腳手架

當混凝土強度達到設計強度時，即可在車站隧道的洞口處搭設Ф42鋼管搭設腳手架，全液壓履帶式管棚鉆機對中就位后，固定腳手架然后就可以進行鉆孔操作，在鉆孔時要嚴格遵循邊鉆孔、邊測量的原則，從根本上提升鉆孔的精度。

（三）嚴格控制鉆孔和跟管質量

當鉆機導管就位以后，需要進行全面檢查，確認達到設計標準后才能進行下一步操作，將與套管焊接在一起的第一節(jié)棚管與鉆桿安裝完成后，開始將第一節(jié)鉆桿與棚管鉆入巖層，當尾部剩余20cm～30cm時停止鉆進，用絲扣將兩根鉆桿、兩根棚管連接牢固進行接長，繼續(xù)進行鉆進、跟管，達到設計深度后，拆卸鉆桿，從孔中推出鉆桿。此外，鉆孔完成后，還要進行清孔操作，然后拔出鉆桿。鉆孔和跟管操作時，要合理控制套管隧道同一橫斷面中的接頭數(shù)，兩個相鄰的鉆頭錯距控制在1.0m左右，在鋼管終端密封時要預留出注漿孔和排氣孔，并進行壓水檢查，確認到達設計標準后，才能進行注漿操作。

（四）提升注漿效果

注漿是超前大管棚施工技術在車站隧道施工中應用關鍵環(huán)節(jié)，注漿質量直接決定了總體施工質量，因此需要對注漿過程和質量進行全面監(jiān)控。通過高壓注漿泵把水泥漿液壓入鋼管中，促使?jié){液通過鋼管出漿孔注入孔壁的縫隙中，從而達到固結巖土層的目的。為有效提升注漿效果，此采用導管編號注漿法。具體做法為：先注“單”號孔，待1至2天固結后，再注“雙”號孔，注漿壓力0.5Mpa～1.0MPa。

在注漿時要嚴格遵循從下到上的原則，如果在注漿時遇到串漿或者是漏漿現(xiàn)象，可進行間隔孔注漿待串漿孔中的漿液飽和再重新鉆孔注漿。單孔注漿結束標準：（1）注漿壓力逐步升高，并達到設計終壓10min；（2）注漿量不小于設計注漿量的80%；（3）進漿速度為開始進漿速度的1/4。

四、施工效果分析

在月直山隧道進口工區(qū)車站段施工中，采用了無工作室超前大管棚施工技術，計劃工期為60天施做65根超前大管棚，所有的超前大管棚都按照工程設計要求下入到設計位置，并進行注漿施工，完成65根超前大管棚施做只用了38天，比預計工期提前了22天，是傳統(tǒng)有工作室超前大管棚施工效率的2倍多。通過現(xiàn)場開挖揭示，無工作室超前大管棚施工技術，在整個施工過程中，沒有發(fā)生掉塊、塌方等安全問題，車站隧道洞室成型比較好，并且在開挖過程中滲水量比較小，有效滿足了超前大管棚施工各項技術和標準的要求。監(jiān)控測量數(shù)據(jù)表明，超前大管棚支護開挖段下臺階開挖后3d，各項測量數(shù)據(jù)就達到了車站隧道施工對穩(wěn)定性的需要，最大收斂值為16mm，符合工程設計要求。

附表1 月直山隧道車站段暗洞支護參數(shù)情況

附表2 有無工作室超前大管棚施工工程量對比表

本文結合工程實例，分析了復雜地質下超前大管棚施工在車站隧道施工中的應用。分析結果表明，無工作室超前大管棚施工在復雜地質下車站隧道施工應用時，超前支護效果良好，滿足施工要求，車站隧道原開挖斷面幾乎沒有變化，機械配置比較簡單，操作便捷。而且有些簡化了施工工序，減少施工量，在降低施工風險、提升施工效率、節(jié)約施工成本等方面皆有非常明顯的優(yōu)勢，符合目前我國車站隧道施工相關標準和規(guī)范的要求，值得大范圍推廣應用。