高鐵隧道淺埋段小管棚結(jié)合地表反壓回填的施工技術(shù)

彭學(xué)軍

（中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410017）

1 工程概況

楊家灣隧道進(jìn)口端位于湖南省懷化市石羊哨鄉(xiāng)楊家灣村，為時(shí)速350km單洞雙線隧道，隧道全長(zhǎng)1116m，洞內(nèi)設(shè)單面8.5‰下坡，最大埋深約80.31m。項(xiàng)目部承建長(zhǎng)度為637m的施工任務(wù)。該隧道區(qū)屬沅麻紅層盆地，為丘陵地貌，地勢(shì)起伏較大，丘間多有狹長(zhǎng)溝谷，多呈“V”或“U”字型。山坡自然坡度一般為14～50°，局部較陡峻；溝谷內(nèi)多發(fā)育溪流，溝底出露基巖，丘坡表層覆蓋有全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土，植被茂密，沿溝谷局部分布農(nóng)田及村莊。隧道巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖及泥質(zhì)等軟硬巖互層，以泥質(zhì)粉砂巖為主；預(yù)測(cè)該隧道正常涌水量為314.7m3/d，最大涌水量為472.14m3/d。

2 隧道地質(zhì)環(huán)境

2.1 地質(zhì)巖性

隧址區(qū)地層主要為第四系（Q）、白堊系上統(tǒng)第二巖組（K2）。第四系殘坡積層（Qel+dl）分布于沿線的丘坡表層，主要為粉質(zhì)黏土，局部夾碎石，局部含鐵錳結(jié)核，一般厚度為0.3～1.3m。隧址區(qū)穿過(guò)白堊系紅層地層，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖及泥質(zhì)等軟硬巖互層，以泥質(zhì)粉砂巖為主，強(qiáng)～弱風(fēng)化，中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，錘擊即碎，屬軟質(zhì)巖。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

該隧道區(qū)位于沅麻紅層盆地，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)多期的地質(zhì)演變，未見(jiàn)明顯的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。

2.3 水文地質(zhì)條件

（1）地表水特征。隧道區(qū)地表水主要為溝谷江水及溪流水，不發(fā)育，以大氣降水及基巖裂隙水補(bǔ)給為主；溝谷中多有溪流發(fā)育，但流量不豐富。（2）地下水特征。地下水為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，較發(fā)育。該段地表水，地下水無(wú)化學(xué)侵蝕作用。第四系孔隙潛水以潛水形式賦存于基巖第四系松散孔隙中，受大氣降水補(bǔ)給，含水不均一；巖裂隙水主要賦存于基巖的風(fēng)化裂隙中，巖體受風(fēng)化影響而破碎，透水性較強(qiáng)，含水較均一。（3）水文地質(zhì)分析。該隧道埋深為0～81.64m，受風(fēng)化作用影響，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育帶附近有一定的透水性。主要可能涌水部位分布在節(jié)理裂除發(fā)育、溝谷溪流發(fā)育等地段，當(dāng)隧道開(kāi)挖至富水區(qū)后易產(chǎn)生小規(guī)模的靜態(tài)水突水釋放，對(duì)施工造成一定程度的影響。

3 小管棚加固機(jī)理

小管棚注漿技術(shù)是管棚支護(hù)技術(shù)和小導(dǎo)管注漿技術(shù)的綜合體。首先將無(wú)縫鋼管制作的管棚與型鋼拱架焊接在一起，隧道開(kāi)挖后該結(jié)構(gòu)起到良好的支撐作用；然后通過(guò)無(wú)縫鋼進(jìn)行注漿，使開(kāi)挖導(dǎo)致的松散土層凝結(jié)形成整體，提高隧道頂部圍巖的整體性和自承能力。小管棚加固的原理主要總結(jié)為三個(gè)部分：（1）支撐效應(yīng)；（2）注漿加固效應(yīng)；（3）承載效應(yīng)[1-5]。

4 施工實(shí)例

4.1 地表反壓回填

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，該隧道淺埋段施工長(zhǎng)度為50m，埋深為2～4m，隧道洞頂?shù)乇頌樗绍浲临|(zhì)覆蓋層，且需下穿通過(guò)一條鄉(xiāng)村水泥道路。為確保施工安全，保障鄉(xiāng)村道路的通行，順利渡過(guò)該淺埋段，需對(duì)隧道暗挖前先進(jìn)行地表反壓回填，再施工暗洞開(kāi)挖，同時(shí)對(duì)鄉(xiāng)村道路進(jìn)行改線設(shè)計(jì)。隧道淺埋段平面圖如圖1所示。（1）地表反壓回填厚度按拱頂開(kāi)挖線以上≥6m的厚度進(jìn)行填筑。（2）回填材料采用水泥摻量為10%的水泥土進(jìn)行回填，回填前清理地表植被和浮土?；靥钔撩軐?shí)度≥0.9，粒徑≤15cm，并不得含有石塊、碎磚、灰渣及有機(jī)雜物，也不得采用帶有膨脹性的黏土?；靥钍┕?yīng)均勻進(jìn)行，并分層夯實(shí)，人工夯實(shí)每層厚度不得＞0.25m，機(jī)械夯實(shí)每層厚度不得＞0.3m。（3）因隧道淺埋段洞頂位于山體沖溝處，且山坡較陡，雨季時(shí)受雨水的沖刷大，為防止雨水沖刷，在反壓回填后，回填區(qū)外既有水溝10m范圍內(nèi)采用M10漿砌片石鋪砌，厚度為35cm，坡率為2%，以便與拱頂水溝相接，利于雨水匯集。隧道淺埋段縱斷面如圖2所示。（4）回填時(shí)，隧道中心線洞頂?shù)乇碜髠?cè)部分按1∶10坡度與自然地表順接，隧道中心線右側(cè)8m范圍內(nèi)按1∶5坡度回填，隧道中心線右側(cè)8m范圍外按1∶2坡度與自然地表順接，并設(shè)骨架護(hù)坡防護(hù)。隧道淺埋段橫斷面如圖3所示。

4.2 小管棚注漿施工

圖1 隧道淺埋段平面圖（單位：m）

圖2 隧道淺埋段縱斷面圖（單位：cm）

圖3 隧道淺埋段橫斷面圖（單位：cm）

待地表反壓回填處理完畢后方可進(jìn)行隧道暗挖工作。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，隧道開(kāi)挖采用三臺(tái)階開(kāi)挖法，同時(shí)選用小管棚注漿法對(duì)泥質(zhì)粉砂巖進(jìn)行預(yù)加固處理。（1）注漿小管棚采用φ50mm×5m的無(wú)縫鋼管，管頭加工成尖錐形；管身鉆注漿孔，孔徑為10mm，孔距15cm，尾部預(yù)留＞30cm長(zhǎng)度作為預(yù)留止?jié){段，呈梅花形布置，具體形式如圖4所示。（2）小管棚前段插入圍巖，后端與型鋼鋼架進(jìn)行焊接連接。注漿導(dǎo)管為雙層間隔布置，底層角度為15～20°，頂層角度為5～10°；注漿管長(zhǎng)3m，采用φ50mm鋼管，布設(shè)間距為1.5m×1.0m；中下臺(tái)階小管棚的外插角為15～20°，布設(shè)間距為0.5m×1.5m。（3）用粘有CS膠泥的麻絲繩繞成不小于鉆孔直徑的紡錐形柱塞，把管子插入孔內(nèi)，再頂入要求的深度，使麻絲柱塞與孔壁充分?jǐn)D壓密實(shí)，然后在麻絲與孔口空余部分填充CS塑膠泥，使注漿管和止?jié){塞固定。（4）為防止冒漿，在注射漿液前噴C20混凝土結(jié)合鋼筋網(wǎng)封閉掌子面阻止?jié){液外冒。（5）注漿。①通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)巖層的吸水性，同時(shí)檢查注漿管路情況和止?jié){塞。②注漿遵循先稀后濃原則。首先用清水清洗注漿管路，然后注單液漿，慢慢提升注漿壓力至2.0～2.5MPa，如果遇到局部冒漿情況，及時(shí)采用雙液漿進(jìn)行封堵。單液漿水灰比以及雙液漿水泥水玻璃比值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。③采用分級(jí)壓法進(jìn)行注漿，壓力逐漸升高直到規(guī)定壓力。

圖4 φ50mm鋼管構(gòu)造示意圖（單位：mm）

5 注意事項(xiàng)

（1）該隧道淺埋段的地表發(fā)育水溝，施工應(yīng)避開(kāi)雨季，先施工截水天溝，利用截水天溝將雨水引至自然溝下游。（2）截水天溝設(shè)置位置距回填線≥5m，截水天溝與地表水溝兩端順接。（3）反壓回填暗挖施工段應(yīng)避免爆破施工，以人工配合機(jī)械開(kāi)挖為原則，確需爆破施工時(shí)應(yīng)采用控制爆破，振動(dòng)速度≤2cm/s，以防回填段坍塌。（4）小管棚縱向搭接長(zhǎng)度必須滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，與型鋼鋼架焊接牢固，確保支護(hù)的安全和穩(wěn)定。（5）每環(huán)小管棚的外插角偏差＜5°。（6）做好圍巖沉降、收斂觀測(cè)記錄，觀測(cè)圍巖變化情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）該隧道淺埋段施工采用小管棚注漿結(jié)合地表反壓回填法，關(guān)鍵是以管棚為骨架通過(guò)注漿加固一定范圍內(nèi)的巖土層，加之地表反壓回填后采用漿砌片石進(jìn)行鋪砌，組成洞內(nèi)外聯(lián)合防護(hù)體系，形成具有較強(qiáng)承載能力的改良加固帶，有效解決了隧道開(kāi)挖后引起的冒頂、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。（2）小管棚施工雖然作業(yè)循環(huán)次數(shù)多，加固范圍較小，但與大管棚相比，具有機(jī)動(dòng)靈活、材料簡(jiǎn)單、操作方便、機(jī)具簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，且很快形成超前支護(hù)體系，效果顯著。