馬來西亞淺埋暗挖隧道下穿城市主干道施工技術(shù)研究

田兵

摘要：中鐵一局集團馬來西亞有限公司負責承建的吉隆坡TRX交通連接線項目Section A淺埋暗挖隧道施工，需要下穿城市既有雙向12車道主干道，施工標準高，風險大，本文圍繞長大管棚超前支護以及液壓劈裂施工技術(shù)進行系統(tǒng)研究。

Abstract： The construction of the Section A shallow buried tunnel of Kuala Lumpur TRX transportation link project undertaken by China Railway First Group Malaysia Co.， Ltd. is required to pass through the existing two-way 12-lane main road in the city， with high construction standards and high risks. This paper studies the long pipe shed advanced support and hydraulic splitting construction technology.

關(guān)鍵詞：下穿;長大管棚;淺埋暗挖;液壓劈裂棒;施工技術(shù)

Key words： underpass;long tube shed;shallow buried digging;hydraulic splitting rod;construction technology

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0155-04

1 ?地下空間工程發(fā)展前景

隨著社會的不斷發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐步擴大，土地資源的缺乏、交通不擁擠已然成了“奢侈品”。國際上提出“21世紀是人類開發(fā)地下空間的時代”，地下工程即將進入高速發(fā)展期，充分利用地下空間已經(jīng)逐漸成為國際節(jié)能的新趨勢。由于隧道施工在巖土內(nèi)部進行，施工不可避免地對巖土土體產(chǎn)生擾動，引起巖土變形，而目前下穿既有建筑物、道路和管線的隧道不斷增多，其施工環(huán)境越來越復(fù)雜，施工難度越來越大，淺埋暗挖隧道成為了隧道施工的一個難點，尤其在馬來西亞采用長大管棚超前支護助力淺埋暗挖下穿主干道技術(shù)還屬于空白，當?shù)厥┕ぜ夹g(shù)和工裝設(shè)備資源相對薄弱和匱乏，同時，“一帶一路”倡議為世界各國發(fā)展提供了新機遇，我們更應(yīng)把握機會，著力打造中國隧道、中國裝備、中國方案、中國標準等一系列國家品牌，充分發(fā)揮專業(yè)精神和工匠精神，堅持全球合作，讓世界共享中國品牌。

2 ?工程概況及邊界條件

2.1 工程概況

Section A暗挖隧道位于Jalan Tun Razak Kuala Lumpur，Malaysia主干道下方及道路西側(cè)，包括入口和出口隧道，結(jié)構(gòu)形式為矩形（8.7*3.8m），呈東西走向，均下穿Jalan Tun Razak城市主干道和既有SMART隧道。其中入口隧道長38.774m，單層管棚，共計39根，埋深8.7m～9.6m;出口隧道長52.367m，雙層管棚，共計73根，埋深5.3m～6.3m，管棚施工時會遇到既有SMART隧道抗浮錨桿（或微樁），距離孔口約15m～31m，錨桿為T32加強鋼筋，沿鉆進方向縱向為3排，每排影響施工約為10根，隧道頂板與SMART隧道底板距離為2.36m，夾角（銳角）為62°。

2.2 主要設(shè)計參數(shù)

設(shè)計時速：40km/h;最小曲線半徑：30m;

最大曲線半徑：500m;橫坡：3.765%;最大超高橫坡：6%。

2.3 水文條件

地表水主要為雨水，地下水主要為基巖裂隙水，地下水位約2～3m。沿線地下水位較高，地下水主要為基巖裂隙水，地下水較豐富。

2.4 地質(zhì)條件

吉隆坡市地質(zhì)主要為石灰?guī)r，巖層嵌有少量千枚巖和片巖，巖石強度較高，最高達到140MPa。

2.5 主要交通條件

Jalan Tun Razak道路雙向12車道，交通繁忙，交通流量大，單車道寬為3.25m，限速60km/min，單日高峰期車輛約80余輛/min，地面道路最大車重約60T～80T。

3 ?工程重難點分析

3.1 超長管棚質(zhì)量控制高

該隧道管棚設(shè)計最長60.5m、最短42.2m，平均埋深7.6m，最小埋深1.267m。在馬來西亞屬于首例，施工難度大，尤其是管棚精度控制、注漿擴散半徑等質(zhì)量難度很大。

3.2 路面沉降要求高

隧道下穿繁華主干道，為了防止影響道路上方車流通行，必須嚴格控制路面下沉變形，業(yè)主要求地表沉降不超過±10mm，質(zhì)量保證難度極大。

3.3 斷面自穩(wěn)承載力差

隧道斷面形式為矩形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)跨距大（隧道凈寬8.7m，開挖寬度11m），相比拱形結(jié)構(gòu)隧道其承載能力更弱，開挖過程中對巖層結(jié)構(gòu)造成破壞以及水位易發(fā)生變化，加上地面交通繁忙，車輛動載影響，易造成路面沉降、坍塌事故的發(fā)生。

3.4 施工及驗收標準高

該隧道為設(shè)計施工總承包，采用BS（英國標準，1999年版）、MS（馬來西亞現(xiàn)行土木工程規(guī)范）、EDP（咨詢）下發(fā)適用于本項目的44項標準規(guī)范，CIDB（馬來西亞建筑工業(yè)發(fā)展局）頒發(fā)標準規(guī)范。

3.5 屬地化安全標準高

隧道在開挖、機械作業(yè)中產(chǎn)生的震動、內(nèi)燃設(shè)備尾氣、噪音、粉塵等不易排出，易導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)人員發(fā)生職業(yè)傷害，人員準入、工作許可、勞保防護等方面政府要求極高。

4 ?隧道施工總體部署

4.1 總體原則

密閉空間應(yīng)遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”以及“先通風，再檢測，后進洞”的施工原則。

4.2 工藝流程

Section A與B相連，與C鄰近，相互干擾不大;主要施工順序為：現(xiàn)場圍擋→工作井圍護樁施工（含止水樁）→冠梁及砼支撐梁施工（第一道支撐）→基坑開挖及支護→到達出口管棚工作面→砼支撐梁施工（第二道支撐）→出口導(dǎo)向墻施工→出口管棚施工→繼續(xù)工作井開挖及支護→到達入口管棚工作面→入口導(dǎo)向墻施工→入口管棚施工→入口隧道（開挖、支護、防水、二襯施工）→出口（隧道開挖、支護、防水、二襯施工）。隧道開挖期間，應(yīng)先入口后出口，進出口之間凈距大于5m時可按正常施工組織，期間監(jiān)控量測進工序，監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報指導(dǎo)隧道開挖。

5 ?關(guān)鍵工藝技術(shù)研究

通過調(diào)查分析，超長管棚施工工藝水平在馬來西亞屬于首例，施工質(zhì)量控制水平極高，吉隆坡政府主管部門及業(yè)主堅決要求暗挖施工開挖作業(yè)不能采用任何爆破方案，最終只能采用機械式開挖，即劈裂棒（槍）+人工開挖相結(jié)合的方式。另馬來當?shù)胤职淌┕ぜ夹g(shù)能力有限、工裝設(shè)備匱乏，我們最終決定引進中國方案、中國設(shè)備以及作業(yè)隊，并將管棚施工及隧道開挖設(shè)定為項目施工過程中的關(guān)鍵工序，尤其在境外復(fù)雜多變的環(huán)境下，務(wù)必高度重視，下面著重分析。

5.1 套管法管棚施工技術(shù)研究

5.1.1 堅持試驗先行

為獲取第一手施工工藝參數(shù)，按照業(yè)主、咨詢單位的總體要求，調(diào)配國內(nèi)工裝設(shè)備、操作手，在施工現(xiàn)場設(shè)置試驗工作井，模擬管棚成孔、導(dǎo)向糾偏、鋼筋切除、封孔注漿、鉆芯取樣等工序，通過系統(tǒng)跟進，分析試驗參數(shù)，充分掌握管棚設(shè)備工藝性能，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計、設(shè)備選型、漿液配比、施工進度統(tǒng)籌安排以及管棚施工中可能遇到的問題制定預(yù)控措施發(fā)揮了積極指導(dǎo)作用。

5.1.2 導(dǎo)向墻

孔口管作為管棚的導(dǎo)向管，它安設(shè)的平面位置、傾角的準確度直接影響管棚的質(zhì)量。導(dǎo)向墻應(yīng)在開挖廓線以外施作，導(dǎo)向鋼管長度為2m，直徑166mm，壁厚5mm，與鋼筋骨架焊接成整體，且嵌入咬合樁體50mm，防止?jié)仓炷習r產(chǎn)生位移，經(jīng)檢驗合格后澆筑導(dǎo)向墻混凝土。

5.1.3 鉆進成孔

①該項目經(jīng)調(diào)研和方案比選采用中國無錫金帆鉆鑿設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的YGL-C200型履帶式工程鉆機，該設(shè)備為全液壓驅(qū)動、沖擊動力頭式鉆機。

②鉆機就位固定后，進行精確測量，確保鉆機鉆桿軸線與導(dǎo)向管軸線相吻合，提高鉆孔精度。

③鉆孔外套筒采用？準146mm反絲套管，并安裝？準152的套管鉆頭，套管內(nèi)采用？準89的內(nèi)鉆桿，并安裝？準115鉆頭進行鉆進施工。

④起鉆時，鉆機保持低速低壓，待入孔2.0m后，適當加壓，鉆進原理為內(nèi)鉆桿帶動鉆頭采用頂沖式鉆孔，而套管帶動套管鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆孔，全程采用水循環(huán)工藝。鉆孔采用隔孔施鉆。

⑤為防止地下水土流失，控制沉降。在管棚施工時采用中小水量、低轉(zhuǎn)速、中低壓力、快速給進的鉆孔原則。鉆進時泵壓控制在0.4～0.8MPa，泵量為20～50L/min為宜，保持中低壓力，勻速中速鉆進，并在管棚開孔后在孔口安裝孔口回水閥，控制水壓，確保鉆孔時孔內(nèi)回水量小于等于進水量，平衡孔內(nèi)壓力。

⑥鉆進過程及時采用無線導(dǎo)向技術(shù)護航，通過鉆頭頂部預(yù)留的碳棒傳感器與地面導(dǎo)向儀動態(tài)聯(lián)控，對比鉆進過程中的位置和方向同設(shè)計軌跡的差異，利用隨時可調(diào)節(jié)方向的鉆頭改變鉆進方向完成糾偏調(diào)整控制。

⑦隧道管棚施工鉆進時遇到SMART隧道抗浮錨桿（微樁）時，應(yīng)退出全部鉆桿及鉆頭，采用？準152金剛石鉆頭代替普通套管鉆頭繼續(xù)鉆進，鉆穿錨桿后可換回普通套管鉆頭繼續(xù)鉆進。

⑧鉆孔結(jié)束后，拔出內(nèi)鉆桿及鉆頭，裝入？準108mm管棚鋼管，由于采用套管成孔，成孔直徑126mm，因此將108管棚裝入孔內(nèi)還是很容易的，通過鉆機動力頭旋轉(zhuǎn)進入孔內(nèi)，并在孔外導(dǎo)向墻位置預(yù)留300mm，方便注漿使用，放入管棚鋼管后，即可拔出？準146套管，完成鉆孔施工。

⑨鉆進過程做好原始記錄，及時對土（巖）體進行地質(zhì)判斷、描述，作為洞身開挖時的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的參考資料，指導(dǎo)洞身開挖。

5.1.4 封孔注漿

對管棚進行注漿，以固結(jié)鋼管周圍的圍巖，最終形成一個棚架支護體系，使管棚能起到支護作用。

①注漿原理。

管棚打設(shè)完畢后，調(diào)整孔口閉門裝置，從孔口開始注漿。漿液采用水泥漿，漿液通過管棚，從管頭鋼管外環(huán)狀間隙開始回流，管內(nèi)空氣則通過設(shè)置在孔口的密封裝置上的排氣孔排出。當排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔，繼續(xù)灌注漿液，使?jié){液充滿鋼管及周圍的空隙。注漿要有保壓措施，環(huán)狀間隙保壓靠單向閥與開關(guān)回水閥門及孔口密封，管棚內(nèi)保壓靠單向閥與孔口密封裝置。

②漿液參數(shù)。

注漿漿液采用高細水泥漿，配比為水泥漿水灰比1：1，注漿壓力0.5～0.8MPa，施工中應(yīng)根據(jù)實際地質(zhì)情況，在滿足設(shè)計要求的情況下，對注漿參數(shù)適當調(diào)整。

③管棚注漿。

注漿設(shè)備安裝流量控制器，注漿過程應(yīng)嚴格按照設(shè)計壓力進行，注漿時應(yīng)徐徐加壓，注漿標準為單管注漿量達到設(shè)計值或注漿壓力達到終壓并穩(wěn)壓10分鐘以上，孔內(nèi)不再進漿，表示已注滿，注滿后，漿液有時會從封口處均勻溢出。

5.2 隧道開挖、支護技術(shù)研究

Section A隧道從組織上應(yīng)先下后上，即先開挖入口隧道、后開挖出口隧道（因入口隧道處于下方、出口隧道處于上方），均采用半斷面開挖法。

5.2.1 液壓劈裂開挖

①在掌子面采用鉆機打設(shè)劈裂孔，孔間距0.5m，孔深4m。

②采用破碎錘優(yōu)先在掌子面底部開挖形成有利臨空面。

③采用液壓劈裂棒自下而上逐層劈裂開挖。（圖6）

④局部欠挖巖石采用28風鉆人工打孔，配合劈裂槍微處理，確保斷面限界符合設(shè)計要。

⑤挖掘機配合裝載機將石渣運送至工作井，并通過長臂挖掘機輸出至地面指定地點。

⑥隧道開挖遵循“短進尺、強支護、多循環(huán)”作業(yè)，每循環(huán)進尺控制在0.75～1m，以減少對地層的擾動。

⑦嚴格控制開挖內(nèi)輪廓尺寸，保證開挖幅面規(guī)整，且予留沉降量，開挖過程應(yīng)減少超挖，禁止欠挖。

5.2.2 初期支護

①根據(jù)隧道開挖石質(zhì)情況，對掌子面采取初噴及時封閉，開挖安全步距按設(shè)計簡算嚴格控制在1.8m內(nèi)。

②初期支護采用H鋼架，入口間距1m，出口間距0.75m，鋼筋網(wǎng)采用？準8鋼筋，網(wǎng)格間距200mm×200mm，設(shè)置2層鋼筋網(wǎng)片，鎖腳錨桿兩邊各4根L=3.5m的Φ25鋼筋。

③鋼架安裝完后，經(jīng)報檢合格后，及時組織砼噴射，應(yīng)分層多次進行，保證砼厚度符合滿足要求。

④加強地表沉降觀測、隧道監(jiān)控量測及圍巖等級判定施工管理，按期分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)。

6 ?結(jié)束語

該項目采用的“長大管棚套管法施工技術(shù)研究”以及“硬巖液壓劈裂棒施工技術(shù)研究”成果的成功應(yīng)用，填補了馬來西亞同類施工領(lǐng)域的空白，同時對淺埋暗挖隧道下穿城市主干道施工工藝固化、有效控制路面沉降等方面總結(jié)了安全可靠的技術(shù)經(jīng)驗，為企業(yè)“走出去”發(fā)揮了積極作用。

參考文獻：

[1]劉敏.大管棚施工工藝及要點研究[J].黑龍江交通科技，2017（04）.

[2]范道成.秦嶺灞源特長隧道套管法大管棚施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2013（12）.

[3]牟銳.下穿公路隧道大管棚施工地表沉降研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012（03）.

[4]雷瑾.液壓劈裂機抗滑樁施工技術(shù)應(yīng)用[J].江西建材，2015（04）.

[5]黃志毅，張元海.臨近既有線巖基抗拔樁非爆破成孔施工技術(shù)研究[J].工程質(zhì)量，2016（08）.

[6]祁世亮.隧道孤石處理技術(shù)應(yīng)用研究[J].隧道建設(shè)，2010（01）.