暗挖隧道新增風(fēng)險(xiǎn)源施工措施及后續(xù)施工方法研究

文/李福東

1 工程概況

成都軌道交通19 號(hào)線二期工程暗挖區(qū)間347m，覆土約8.5m～21m。隧道右線由大里程向小里程方向施工，施工過程中由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況較為破碎且?guī)r層較薄，在爆破完成后，隧道拱頂出現(xiàn)持續(xù)掉渣，最終拱頂坍塌范圍約2.6m（縱向）×3.8m（橫向），地面約16m（縱向）×18.6m（橫向），呈漏斗狀。

2 隧道應(yīng)急處置

對(duì)坍塌掌子面及地表安裝臨時(shí)圍擋，并設(shè)置了警戒區(qū)域，確保過往人員通行安全。采用混凝土對(duì)坍塌區(qū)域進(jìn)行回填。加強(qiáng)不良地質(zhì)補(bǔ)勘及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況。在施工過程中，通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況與原地質(zhì)情況存在差異，并進(jìn)行了補(bǔ)勘。沿塌方區(qū)域縱向25m 分布范圍內(nèi)增設(shè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每5m一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（隧道中心、隧道兩側(cè)），同時(shí)在附近溝橋及路段等周邊建構(gòu)筑物設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。地表測(cè)點(diǎn)加密測(cè)點(diǎn)間距5m，與現(xiàn)有中線點(diǎn)成斷面布設(shè)；在掌子面前后布設(shè)土體分層豎向位移測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)掌子面附近土體深層豎向位移的變化情況；在掌子面前方10m 處布設(shè)地下水位監(jiān)測(cè)孔，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位的變化情況，監(jiān)測(cè)頻率不低于4 次/d。

3 不良地質(zhì)段處理措施及方法

根據(jù)信息化施工原則，對(duì)剩余未施工段結(jié)合不同部位、不同地質(zhì)情況進(jìn)行研究應(yīng)制定強(qiáng)化支護(hù)措施。

對(duì)不良地質(zhì)段塌方范圍進(jìn)行地面注漿加固，同時(shí)加強(qiáng)地表及周邊建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)。對(duì)洞內(nèi)塌方體采用水平施作袖閥管進(jìn)行加固。對(duì)上臺(tái)階掌子面進(jìn)行前進(jìn)式注漿。對(duì)開挖面自進(jìn)式錨桿施工。對(duì)掌子面進(jìn)行中管棚施工。

3.1 地表加固

3.2 洞內(nèi)塌方體加固

對(duì)臨近掌子面15m 范圍內(nèi)初支成型段開展變形、開裂及滲水等異?，F(xiàn)象排查，同時(shí)結(jié)合拱頂下沉、水平收斂等監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)比分析。在臨近掌子面15m 范圍內(nèi)型鋼拱架進(jìn)行縱向鋼筋連接增強(qiáng)總體受力，連接部位鑿除型鋼外側(cè)噴射混凝土，在隧道拱頂120o范圍內(nèi)縱向采用三根∠75 角鋼與型鋼拱架焊接成為整體。在每榀鋼架節(jié)板處增設(shè)兩根鎖腳錨桿，同時(shí)在鋼架接口處設(shè)置臨時(shí)鋼墊板(400×500mm)，以增大初支拱腳受力面積。

對(duì)塌方體表面施作φ20 網(wǎng)噴混凝土，按1×1m 梅花形布設(shè)施作Φ42 鋼花管(花孔間距)塌方體上部注漿加固，下部塌方體采用下俯角18o鋼花管注漿加固，漿液沿隧道方向成放射狀。注漿漿液采用水泥液漿，水泥采用P42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥液漿水泥灰比0.5∶1～1∶1，注漿壓力0.5～1MPa，注漿壓力逐步提升，達(dá)到注漿終壓后穩(wěn)壓10min，水平方向深度深入塌方體5m 范圍，便于施作止?jié){墻[2]。

3.3 前進(jìn)式注漿

混凝土澆筑止?jié){墻：用C20 混凝土，厚度2m，高度3.5m，周邊采用2 排（1m×1m）環(huán)向間距1m，縱向排距1.0m，長(zhǎng)2m 的Φ32mm 錨固鋼筋，嵌入周邊圍巖1m。

鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)：在止?jié){墻后方5m 范圍內(nèi)整平壓實(shí)，便于鉆機(jī)移動(dòng)定位。

單循環(huán)注漿加固：?jiǎn)窝h(huán)超前注漿長(zhǎng)度22m,鉆孔長(zhǎng)度17m，保留5m 止?jié){巖盤。外圈注漿孔終孔在開挖輪廓線外4.5m，擴(kuò)散半徑為2.0m，終孔間距不大于3m。

注漿方式：用履帶鉆機(jī)，開孔直徑Φ130mm，孔深3.0m，安設(shè)3.0m 長(zhǎng)Φ108mm 孔口管，再通過孔口管鉆設(shè)Φ90mm 的孔進(jìn)行注漿施工。

本刊：2018年中央一號(hào)文件提出，“切實(shí)發(fā)揮農(nóng)墾在質(zhì)量興農(nóng)中的帶動(dòng)引領(lǐng)作用”。請(qǐng)問墾區(qū)在堅(jiān)持質(zhì)量興墾、深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革方面有哪些舉措？

注漿材料及配比：采用普通硅酸鹽水泥單液漿，配比：W∶C=（0.8～1）∶1，注漿終壓為2MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。

3.4 自進(jìn)式錨桿施工

在掌子面開挖前，沿拱部150o環(huán)向間距0.3m，沿隧道縱向方向2m 布置自進(jìn)式中空錨桿,外插角5o～8o，梅花形布置，壓力一般為1.0MPa。

3.5 中管棚施工

在隧道不良地質(zhì)段增設(shè)中管棚，中管棚鋼管規(guī)格：Φ89mm，壁厚6mm 無(wú)縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，管棚長(zhǎng)15m，實(shí)際管棚長(zhǎng)度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。導(dǎo)管環(huán)向間距為500mm，拱部布設(shè)150o。軸線外插角2～5o，鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣螺紋段長(zhǎng)大于150mm，相鄰兩根鋼花管的接頭要錯(cuò)接，長(zhǎng)度不小于1.0m。另外，在鋼花管上鉆注漿孔直徑?10mm，孔間距150mm。呈梅花型布置。鋼管尾部（孔口段）1.5m 不鉆花孔作為止?jié){段。注漿方法采用后退式分段注漿。

管棚壓漿：漿液類型為水泥漿液。注漿參數(shù)為：水泥漿水灰比：W∶C=0.8∶1～1.5∶1。注漿壓力∶注漿壓力∶初始?jí)毫?.5～0.7MPa，終止壓力1.0～1.2MPa。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿施工參數(shù)。

4 隧道后續(xù)不良地質(zhì)段開挖及支護(hù)

4.1 采用三臺(tái)階開挖掘進(jìn)

在超前加固施工完成達(dá)到強(qiáng)度后，經(jīng)驗(yàn)收通過，采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖施工；開挖完成后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的十八字原則組織施工。

采用環(huán)形臺(tái)階法施工，開挖完每個(gè)型鋼鋼架單元后立即進(jìn)行初期支護(hù)，嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺。先開挖上臺(tái)階，開挖時(shí)保留部分核心土。拱部開挖后及時(shí)施工初期支護(hù)結(jié)構(gòu)；上臺(tái)階高度3.1m，臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m；中臺(tái)階高度2.35m，臺(tái)階長(zhǎng)度5～8m；下臺(tái)階高度2m，仰拱高度1.75m；在地質(zhì)情況較差區(qū)域上臺(tái)階采用機(jī)械或人工開挖；中臺(tái)階、下臺(tái)階及仰拱根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況采用機(jī)械人工開挖或爆破開挖[3]。

4.2 不良地質(zhì)段支護(hù)

開挖后應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)或臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)采用噴射混凝土和鋪裝鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿、型鋼鋼架組成聯(lián)合支護(hù)體系；施工中應(yīng)注意不能使拱腳懸空，防止結(jié)構(gòu)整體沉降。

4.2.1 鋼筋網(wǎng)施工

鋼筋網(wǎng)為φ8，間排距200×200mm、全環(huán)雙層設(shè)置，鋼筋須經(jīng)試驗(yàn)合格，洞外分片制作，安裝搭接長(zhǎng)度不小于1～2 個(gè)網(wǎng)格間距。噴混凝土厚度不小于20mm。

4.2.2 錨桿施工

(1)系統(tǒng)錨桿

φ22 砂漿錨桿長(zhǎng)3m，環(huán)向間距1m，縱向間距為0.6/0.5m，拱頂環(huán)向150o布設(shè)，用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)以環(huán)向?yàn)?0o～20o成孔。清孔后注入M20 早強(qiáng)砂漿，孔口注漿壓力不得超過0.4MPa，錨桿入孔長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%。邊墻錨桿施工工藝流程：初噴面標(biāo)示—鉆孔—清孔—灌漿—安裝錨桿。

(2)鎖腳錨桿

鎖腳錨桿為R32N 自鉆式鎖腳錨管，打設(shè)角度向下傾斜20o、45o。鎖腳錨管施工工藝流程:初噴面標(biāo)示—鉆孔—灌漿—焊接L 型卡筋。

4.2.3 鋼拱架制作、安裝

施工時(shí)鋼拱架應(yīng)緊貼開挖面安裝，圍巖與鋼拱間噴射混凝土4cm，內(nèi)腹保護(hù)層不少于4cm；相鄰鋼架間設(shè)φ22 縱向連接筋，與鋼拱架焊接，環(huán)向間距1m（內(nèi)外交錯(cuò)布置），鎖腳錨管為R32N 自進(jìn)式鎖腳錨管，L=4m。

(1)型鋼拱架制作

原材料進(jìn)場(chǎng)后送相關(guān)單位質(zhì)檢，合格后方可使用，拱架按設(shè)計(jì)圖紙1∶1 放大樣。首榀拱架加工完成后在地面試拼，其允許誤差為：周邊拼裝為±3cm；鋼架平方時(shí)，平面翹曲應(yīng)小于±2cm。

(2)型鋼拱架安裝

各單元型鋼拱架在洞外預(yù)制，洞內(nèi)組裝；按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205—2001）的要求，確保焊縫及螺栓連接質(zhì)量。鋼架在開挖面初噴混凝土約4cm 后架設(shè)，再?gòu)?fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。縱向鋼架間采用φ22 鋼筋將其連接成整體，縱向連接鋼筋環(huán)向間距1.0m，內(nèi)外交錯(cuò)布置，鋼架與縱向連接鋼筋尾部采用螺母連接。

4.3 加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)

施工監(jiān)測(cè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形(初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂沉降含拱腳、底板隆起及凈空收斂)凈空收斂、拱頂沉降和地表沉降應(yīng)設(shè)置在同一斷面。初支完成后，在拱頂中部埋設(shè)普通沉降標(biāo)志；標(biāo)志采用一對(duì)帶掛鉤的膨脹螺栓用沖擊鉆打孔埋入兩側(cè)側(cè)壁位于腰部位置。洞內(nèi)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)要靠近開挖面布置，與開挖面距離小于1m。應(yīng)在開挖后12h 內(nèi)或在下一次開挖前讀取初始讀數(shù)。地表下沉點(diǎn)按普通水準(zhǔn)基點(diǎn)埋設(shè)，并在隧道中線以外100m 范圍設(shè)若干水準(zhǔn)基點(diǎn)，作為各測(cè)點(diǎn)高程量測(cè)的基準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)開挖與仰拱、二襯同時(shí)施作帶來的極大干擾，采用仰拱棧橋極大地解決了施工難題。針對(duì)隧道圍巖級(jí)別多變，為保證施工安全，在各臺(tái)階施作過程中增加了輔助施工，保證了人員及設(shè)備安全。拉開開挖掌子面與混凝土施工的有效距離，保證了混凝土澆筑質(zhì)量。