淺埋偏壓小凈距隧道洞口段施工技術(shù)

曹雙軍

（中鐵大橋局集團(tuán)有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110179）

1 工程概況

大荒溝隧道是丹通高速公路的組成部分，位于丹東市寬甸縣青山溝鄉(xiāng)彎溝村-本溪市桓仁縣向陽鄉(xiāng)和平村之間。隧道凈寬10.25m，凈高5.0m，隧道丹東端左右線隧道間距范圍為24.095m-14.812m，洞口位于斜坡帶上，存在一定程度偏壓，且埋置深度較淺，屬于淺埋偏壓小凈距隧道。

隧道頂板及局部隧道洞身以殘破堆積碎石土、全風(fēng)化巖石為主，無自穩(wěn)能力，無支護(hù)時宜發(fā)生坍塌，因此施工時必須對圍巖采取一定程度的加固措施。

2 管棚施工方法

管棚適用于松散堆積體、有夾層孤石堆積體等不良地質(zhì)條件下的洞口加固處理，與常規(guī)錨固方法的區(qū)別有以下幾點(diǎn)：（1） 孔深超過10m，鉆孔采用專業(yè)鉆機(jī)；（2） 孔徑大（3）以大孔徑鋼管作為桿體，進(jìn)行高壓注漿填充裂隙、粘結(jié)松散巖石達(dá)到穩(wěn)定圍巖的目的。本隧道管棚區(qū)段設(shè)計長度為30米，鋼管長度為設(shè)計區(qū)段長度加套拱長度2.0m及與超前注漿小導(dǎo)管縱向搭接長度2.0m，共計為34米，管棚鋼管數(shù)量為35根。

2.1 管棚設(shè)計參數(shù)

（1） 鋼管規(guī)格：熱軋無縫鋼管Φ89×6mm，節(jié)長4m、6m。

（2）管距：環(huán)向間距40cm。

（3）管棚傾角：仰角1.0°（相對于洞軸線），方向：與路線中線平行。

（4）隧道縱向同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管的接頭至少需錯開1.5米。

（5）管棚注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿用水泥漿水灰比為1∶1，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶0.5，注漿壓力為1.0-1.5MPa。

2.2 管棚施工要點(diǎn)

2.2.1 施作混凝土套拱作導(dǎo)向墻、管棚定位

采用C25混凝土套拱做管棚固定墻，套拱在明洞外輪廓線以外，緊貼掌子面施做，套拱內(nèi)埋設(shè)用2榀I18工字鋼和1榀I20a工字鋼制作而成的鋼拱架作為橫架，與管棚鋼管焊成整體，支撐穩(wěn)固后，內(nèi)外模采用5cm木模安裝，按設(shè)計布筋和安裝孔口管，保證布筋、孔口管的位置和角度準(zhǔn)確，然后進(jìn)行套拱砼的施工，待套拱砼強(qiáng)度達(dá)到85%時開始長管棚的施工。

2.2.2 搭設(shè)鉆機(jī)施工作業(yè)平臺

作業(yè)平臺采用方木按“井”字形搭設(shè)，依據(jù)孔位依次搭好，方木間以扒釘連接牢固，防止鉆孔時鉆機(jī)擺動、傾斜、不均勻下沉而影響鉆孔質(zhì)量。

2.2.3 鉆進(jìn)作業(yè)

根據(jù)地質(zhì)條件和施工條件，從高孔開始，由中間往兩側(cè)方向?qū)ΨQ進(jìn)行施工，鉆孔時鉆機(jī)距工作面距離一般情況不少于2m，鉆機(jī)擺設(shè)鉆桿方向與導(dǎo)向管方向一致，鉆孔并頂進(jìn)長管棚鋼管。

開鉆時，先低速低壓，等成孔幾米后，再加速加壓。鉆進(jìn)過程中，必須沿鉆機(jī)位后定下來的基線鉆孔，隨時檢查鉆孔方向的準(zhǔn)確度，根據(jù)地質(zhì)情況的變化，選擇不同的鉆頭，當(dāng)遇堅(jiān)硬孤石不能鉆進(jìn)時，采用沖擊鉆頭，把巖石擊碎，遇到普通稍軟巖石或土質(zhì)時，采用合金管鉆進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中巖土對管壁的阻力較大，開孔采用Φ110mm鉆頭，以便于鋼管容易頂入，鉆進(jìn)過程遇特殊復(fù)雜地層，如不能鉆進(jìn)或難以成孔時，采用預(yù)注漿加固鉆進(jìn)成孔；必要時采用加長巖芯管（跟管鉆進(jìn)）的辦法。

鉆孔參數(shù)：鉆孔直徑：Φ110-119 mm（比鋼管直徑大21～30mm）

鉆孔平面誤差：徑向不大于15cm

鉆孔時的孔斜預(yù)防措施：導(dǎo)向管導(dǎo)向、扶正器扶正鉆具、測斜儀檢查，發(fā)現(xiàn)偏斜、巖心管掃孔檢查控制，發(fā)現(xiàn)孔斜超過允許范圍，則停止鉆孔，進(jìn)行注水泥漿充填，凝固后重新鉆孔。

2.2.4 掃孔

用Φ108mm巖芯管進(jìn)行掃孔，目的是清除孔內(nèi)巖碴和順通孔道。巖芯管長度不小于2.5m為宜，長度稍長更好。如遇下管困難，連續(xù)掃孔幾次，同時借助高壓空氣吹洗，直到孔內(nèi)清掃干凈。

2.2.5 管棚鋼管制作及下管

Φ89 mm鋼管管壁鉆注漿孔，布孔以梅花型布置，孔徑為12mm，孔間距為20cm，導(dǎo)管尾部留30cm不鉆孔的止?jié){段，導(dǎo)管加工成4m、6m長兩種規(guī)格。為使鋼管接頭錯開，加開鋼管時將鋼管進(jìn)行鋼節(jié)編號，根據(jù)加工的鋼管節(jié)搭配好并做好記錄待用。

下管時，當(dāng)孔壁不易坍塌時，采用直接撞擊法將導(dǎo)管撞擊至設(shè)計位置，當(dāng)孔壁容易塌坍時，用導(dǎo)管與鉆頭同時鉆進(jìn)的方法。管節(jié)間采用絲扣連接，絲扣長15cm，為使管間接頭錯開，且兩組管棚間縱向搭接長度不小于1.5m的要求，編號為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m鋼管，編號為偶數(shù)的第一節(jié)鋼管采用6m鋼管，以后每節(jié)鋼管如果頂進(jìn)遇到故障，頂不進(jìn)時，查清原因，必要時重新掃孔后再將鋼管頂進(jìn)。下管后Φ89 mm鋼管與Φ127 mm孔口導(dǎo)管焊成一體。

鉆進(jìn)過程中地質(zhì)情況判斷：根據(jù)鉆進(jìn)的速度，巖土取芯，司鉆壓力等情況判斷此鉆孔管段地質(zhì)情況，并及時作好施工記錄，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)繪制地質(zhì)剖面圖和展開圖，為開挖施工提供參考。

2.2.6 注漿

管棚按設(shè)計位置，根據(jù)實(shí)際施工地質(zhì)條件，采用水泥-水玻璃漿液注漿，注漿機(jī)械選用兩臺注漿泵進(jìn)行。

注漿前先進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，確定注漿參數(shù)及緩凝劑摻入量，用于實(shí)際施工。注漿時要求：

A、注漿前在鋼管中沿管壁安設(shè)φ15mm的塑料硬管至孔底，在管口（外端）處與堵漿塞排氣孔相連接，作為排氣孔（安設(shè)鋼管蓋和注漿閥門）。

B、注漿管與堵漿塞進(jìn)漿孔相連，堵漿塞與導(dǎo)管間為絲扣連接。

C、注漿采用從孔口一次注入，為使管內(nèi)漿液飽滿密實(shí)，注漿時等排氣孔有漿液流出，進(jìn)行終壓注漿，直至達(dá)到設(shè)計注漿壓力或設(shè)計注漿量時終止，然后閉其閥門。

D、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：按單孔注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量時，可作為結(jié)束注漿標(biāo)準(zhǔn)；注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓力并終壓不少于20分鐘時，也可結(jié)束注漿。

3 超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)施工方法

本隧道管棚段落15m范圍內(nèi)及洞身淺埋段落拱部120°范圍內(nèi)采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)技術(shù)。

3.1 施工方法

超前小導(dǎo)管安設(shè)采用鉆孔打入法，先采用風(fēng)鉆按設(shè)計要求鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5mm，然后將鋼管穿過鋼架，用人工或風(fēng)鉆頂入，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出。鋼管現(xiàn)場加工，注漿泵壓注水泥漿。

3.2 施工工藝流程

（1）根據(jù)設(shè)計要求選定合理的鉆機(jī)、注漿泵。

（2）鋼管加工。按設(shè)計要求選用鋼管型號并下料，鋼管采用Φ50mm，壁厚5mm的熱孔無縫鋼管加工制成，其長度為4.8m、5m。鋼花管前部鉆注漿孔，孔徑為φ8mm，孔間距10cm，呈梅花形布置。為便于超前小導(dǎo)管插入圍巖內(nèi)，鋼管前端做成尖錐狀，尾部焊上箍筋，尾部長度0.3m作為不鉆注漿孔的預(yù)留止?jié){段。超前小導(dǎo)管和鋼架配合使用，施工時鋼管沿隧道開挖輪廓線周邊以10°-20°的外插角打入巖層中，搭接長度不小于1.0m，從工字鋼架間穿過，端部焊接在工字鋼鋼架上。

（3）斷面測量，按設(shè)計要求畫出鉆孔位置。

（4） 鉆機(jī)就位及按設(shè)計要求鉆孔，并用用高壓風(fēng)或水沖洗。

（5）檢查鉆孔的傾斜度和方向。

（6）頂入鋼管：人工配合風(fēng)鉆將鋼管頂入；如遇故障，需清孔，然后再將管插入。

（7）注漿：將壓漿管用鐵絲綁扎與鋼管尾斷，現(xiàn)場拌制注漿液，用注漿機(jī)向管孔內(nèi)注漿，由下至上的順序進(jìn)行。

3.3 超前小導(dǎo)管支護(hù)設(shè)計參數(shù)

（1） 小導(dǎo)管布置：環(huán)向間距30cm、40cm，縱向間距3m。

（2）小導(dǎo)管注漿參數(shù)：注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿用水泥漿水灰比為1∶1，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶0.5，注漿壓力為0.5-1.0MPa。

3.4 小導(dǎo)管施工要求

（1）小導(dǎo)管安設(shè)后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，必要時在小導(dǎo)管附近及工作面噴射砼，以防止工作面坍塌，

（2）隧道的開挖長度小于小導(dǎo)管的注漿長度，預(yù)留部分作為下一次循環(huán)的止?jié){墻。

（3）注漿前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查機(jī)械設(shè)備是否正常，管路連接是否正確，為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率，采用群管注漿（每次3～5根）。

（4）注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量和注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓時可結(jié)束注漿。

（5）注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

（6）導(dǎo)管不得侵入隧洞開挖界內(nèi)，相鄰的鋼管不得相撞或立交。

（7）注漿順序由拱腳向拱頂進(jìn)行。

（8）為保證注漿效果，必要時在孔口處設(shè)置止?jié){塞。

4 初期支護(hù)小導(dǎo)管及中空錨桿施工

中間圍巖的穩(wěn)定和加固是小凈距隧道施工的關(guān)鍵，施工中常采用的加固措施有注漿小導(dǎo)管、水平貫通預(yù)應(yīng)力錨桿、鋼支撐等，本隧道洞口段拱部及墻部靠近中間巖柱側(cè)系統(tǒng)錨桿采用Φ42X5注漿小導(dǎo)管加固措施，單根長度5.5m，環(huán)距為0.6m，縱向排距為0.6m。注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，漿液參數(shù)及施工工藝與超前小導(dǎo)管相同。

遠(yuǎn)離中間巖柱側(cè)系統(tǒng)錨桿采用Φ25X5中空注漿錨桿加固措施，單根長度為4.5m，環(huán)距為0.6m，縱向排距為0.6m。打設(shè)采用鉆孔打入法。梅花形布置，間距按照設(shè)計要求，砂漿強(qiáng)度等級為M20。中空錨桿先插錨桿后注漿的方法。采用錨桿臺車或鑿巖機(jī)鉆孔。為增加錨固效果，設(shè)置鋼墊板及螺栓，鋼墊板座漿以確保與圍巖密貼。鉆進(jìn)至設(shè)計深度后，高壓風(fēng)清孔；檢查錨桿孔中是否有異物堵塞；若有，應(yīng)清除干凈后，再將錨桿插入孔內(nèi)，錨桿外露孔口長度滿足安裝止?jié){塞、墊板螺栓為宜；將止?jié){塞通過錨桿外露端打入孔口10cm左右，安裝墊板及螺母，此時不宜上緊。注漿后在灰漿達(dá)到初始設(shè)計強(qiáng)度后，方可上緊墊板及螺母。

5 結(jié)語

淺埋偏壓小凈距隧道通過采用管棚加小導(dǎo)管和中間巖體注漿小導(dǎo)管施工技術(shù)，有效的將水泥-水玻璃漿液在壓力狀態(tài)下填充在破碎巖體空隙、裂隙及空腔內(nèi)，達(dá)到了增強(qiáng)拱部及中間巖體的整體性和穩(wěn)定性的目的，隧道施工順利通過淺埋偏壓段落的目的。