沙化白云巖隧道施工技術(shù)研究

孫延龍

（中交隧道工程局有限公司，北京 100102）

1 工程概況

新白石巖隧道位于四川省涼山彝族自治州越西縣乃托鎮(zhèn)白果鄉(xiāng)各俄村至鐵西鄉(xiāng)紅光村。隧址區(qū)所處地質(zhì)環(huán)境為中山峽谷地貌，高陡度橫坡分布廣泛，地面高程1 560～2 500m；存在溝槽等多種低洼地形，此部分具有覆土較厚的特點。線路走向方面，其上跨成昆鐵路白石巖一號隧道，由于地形環(huán)境的限制，洞口交通條件欠佳，施工難度較大。

2 超前中管棚施工

超前中管棚的施工流程為：準(zhǔn)備工作→擴大洞室→搭建導(dǎo)向架→鉆機就位并調(diào)整→鉆進成孔→注漿施工→終孔→質(zhì)量檢驗。具體施工內(nèi)容如下：

（1）本項目選用φ76mm、壁厚6mm 的熱軋無縫鋼管，以此為基礎(chǔ)材料基于特定工藝制得中管棚，長8m；鉆進φ8～10mm的鋼花管注漿孔，間距控制在10～20cm，且必須確保其尾部30cm 的完整性，將該部分作為止?jié){段，所有鉆孔均為梅花形布設(shè)方式【1】；（2）環(huán)向間距 40cm；（3）外插角 5°～7°；（4）測量放樣后再安排鉆孔，嚴(yán)格控制孔徑等各項工藝參數(shù)，所用設(shè)備為YT28 風(fēng)槍；（5）使用高壓風(fēng)與清水相結(jié)合的方式完成清孔作業(yè)，并全面檢驗各孔施工效果；（6）利用風(fēng)鎬頂管，根據(jù)設(shè)計要求將鋼管置于孔內(nèi)；（7）遵循自下而上的順序完成注漿作業(yè)，現(xiàn)場配備拌和機，制得適量的1∶1 水泥漿。對于破碎圍巖，所用注漿材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗?水玻璃雙液漿。

3 超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管的施工流程為：風(fēng)鉆鉆孔→頂入鋼管→連接管路→壓水試驗→檢查有無泄漏，若管路泄漏，需進行檢修后再次進行試驗；若工作面泄漏，則需封閉巖面后再次進行試驗→確保無泄漏現(xiàn)象后即可進行注漿→檢查加固效果是否達到要求（若未達到要求，需補鉆注漿孔，直至達到預(yù)期的加固效果）→停止注漿→注下一孔【2】。具體施工內(nèi)容如下：

（1）使用φ42mm、壁厚3.5mm 的熱軋無縫鋼管；經(jīng)加工后形成長度為3.5～4.5m 的小導(dǎo)管；鋼花管注漿孔設(shè)置及規(guī)格要求均與中管棚施工中所采取的方式一致。（2）小導(dǎo)管總量為36～50 根。（3）各等級圍巖下的環(huán)向間距存在差異，其中Ⅳ級圍巖為50cm，V 級圍巖縮減至40cm；嚴(yán)格控制外插角，穩(wěn)定在10°～12°。（4）封閉掌子面，采取的是噴射 C25 混凝土的方式。（5）測量放樣后確定孔位，根據(jù)放樣結(jié)果完成鉆孔作業(yè)，設(shè)置方向架以實現(xiàn)對孔位的精確控制，通過人工手持YT28 風(fēng)槍的方式鉆進成孔，角度偏差控制在2°內(nèi)，孔深誤差不超過±50mm。（6）選擇高壓風(fēng)與水相結(jié)合的方式完成清孔作業(yè)，將殘留在孔內(nèi)的砂及雜物清理干凈，并全面檢驗各鉆孔。（7）各孔滿足質(zhì)量要求后，按自下而上的方式依次注漿，現(xiàn)場配備拌和機。注漿施工選用1∶1 水泥漿，嚴(yán)格控制好注漿壓力以確保最終質(zhì)量，全程穩(wěn)定在0.5～1.0MPa，以實際情況為準(zhǔn)調(diào)節(jié)進漿速度。為提高正式施工效率，預(yù)先通過試驗的方式確定合適的注漿工藝參數(shù)。（8）結(jié)束注漿后檢驗漿液強度，若該值上升至最終強度的70%或更多，可組織工作面開挖作業(yè)。

4 注漿加固

4.1 注漿參數(shù)設(shè)計

選定注漿漿液（水泥漿液，化學(xué)漿液），確定合適的凝固時間，展開注漿配比設(shè)計，明確具有可行性的注漿參數(shù)，包含壓力、注漿量以及注漿半徑。

注漿施工選用φ42mm 熱軋無縫鋼花管，以設(shè)計要求為準(zhǔn)合理加工成特定長度的節(jié)段，沿隧道開挖輪廓線環(huán)向布置，并要求所有鋼管外傾角為10°～12°；以地層致密度為依據(jù)，在合理區(qū)間內(nèi)調(diào)整壓力，通常為0.2～0.3MPa；縱向前后相鄰排導(dǎo)管搭接長度≥1.0m。考慮到施工中易發(fā)生串漿的問題，可選擇分序施工方式。

4.2 漿液擴散半徑

漿液擴散半徑可根據(jù)導(dǎo)管密度確定。遵循注漿范圍相互重疊的原則，合理設(shè)置擴散半徑Rk，可基于式（1）計算得出：

式中，L0為管之間中心距離，cm。

單管的注漿量Qi，可基于式（2）求得：

式中，R 為漿液擴散半徑，cm；L 為導(dǎo)管長度，cm；η 為巖體孔隙率，%。

4.3 施工要點

在現(xiàn)場專業(yè)車間內(nèi)由專員完成小導(dǎo)管加工作業(yè)，利用鉆床設(shè)備鉆進從而形成注漿孔，小導(dǎo)管尾部焊接φ8mm 管箍，以10～20cm 為間隔依次在管壁上開孔，盡可能確保各孔直徑的一致性，以6～8mm 為宜，尾部30cm 不執(zhí)行鉆孔操作，此部分作為止?jié){段使用。結(jié)束加工后，安排質(zhì)檢人員檢驗，滿足質(zhì)量要求即可投入使用。

鉆孔、插小導(dǎo)管：準(zhǔn)確測量放樣以確定孔位，以此為依據(jù)鉆進成孔，搭建方向架以實現(xiàn)對鉆孔方位的精準(zhǔn)控制，確?？孜煌獠褰堑暮侠硇?。鉆孔孔徑應(yīng)在設(shè)計導(dǎo)管管徑基礎(chǔ)上增加至少20cm。結(jié)束鉆孔作業(yè)后，采取高壓風(fēng)與水相結(jié)合的方式清孔，全面清理孔內(nèi)殘渣。

注漿：做好注漿前的準(zhǔn)備工作，即噴射混凝土封閉掌子面，目的在于避免漏漿現(xiàn)象；部分區(qū)段地質(zhì)較特殊，強行打入的鋼管其內(nèi)部更容易堆積雜物，因此需全面清理再注漿。

水泥漿是關(guān)鍵施工材料，水灰比設(shè)為 1.5∶1、1∶1、0.8∶1 共3個等級，初期漿液偏稀，后續(xù)逐步增加等級，提高漿液濃度，即先注稀漿，然后逐步變濃直到水灰比為0.8∶1 為止。為縮短漿液凝固時間，漿液拌制過程中摻入適量早強劑。

4.4 管棚注漿

此環(huán)節(jié)注漿應(yīng)注意如下幾點：

1）注漿前的準(zhǔn)備工作要落實到位，向開挖面、拱圈、孔口周邊分別噴混凝土，各段厚度控制為10cm，由此構(gòu)成完整止?jié){盤。

2）按合適的順序完成注漿作業(yè)，由底部開始逐步向上推進。

3）注漿機性能工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，要求壓力以0.6～1.0MPa為宜，待注入漿液達到飽滿狀態(tài)后不可隨即撤除壓力，需給予10～15min 的持壓時間。

4）以鉆孔圓柱體的體積為依據(jù)，通常注漿量取該值的1.5倍；若施工條件欠佳，如注漿量有限，需適當(dāng)調(diào)整漿液濃度，經(jīng)過處理后巖體與鋼管產(chǎn)生的空隙應(yīng)得到有效填充。

5）遵循先單號孔、后雙號孔的注漿原則，換言之，采取隔孔注漿工藝方法。

6）若注漿壓力泵工作狀態(tài)異常，如壓力短時間內(nèi)急劇升高，考慮管內(nèi)堵塞嚴(yán)重的情況，隨即停機檢查，全面清理管路。

7）注漿中加強質(zhì)量檢驗，若發(fā)生支護變形或損壞等問題，需及時暫停注漿；對于竄漿的現(xiàn)象，需采取堵塞處理措施。

8）對于圍巖破碎或是富水地段，首先向鋼管內(nèi)放入預(yù)制成型的鋼筋籠，再向其中注入漿液，實現(xiàn)有效的補強。

5 初期支護施工

初期支護為噴錨網(wǎng)+鋼架的方式；系統(tǒng)錨桿拱部采取支護措施，于該處設(shè)置φ22mm 中空錨桿；選擇濕噴工藝，進而完成噴射施工；鋼架使用的是格柵鋼架。

5.1 組合中空錨桿和砂漿錨桿施工方法

1）組合中空錨桿：結(jié)束噴射混凝土作業(yè)且滿足設(shè)計要求后，通過測量放樣的方式確定具體孔位，以此為依據(jù)鉆進成孔；結(jié)束之后，全面檢查各孔的情況，深度相較于錨桿長度而言應(yīng)略大10cm，錨桿要被準(zhǔn)確地置于孔的中心；做好清孔作業(yè)后，再設(shè)置錨桿，將各處的注漿管連接起來使其足夠嚴(yán)密，隨后在高壓泵的支持下完成注漿作業(yè)；結(jié)束后檢驗注漿結(jié)果，若不滿足設(shè)計要求，需采取補強措施，最后再錨固端頭。

2）砂漿錨桿：此環(huán)節(jié)應(yīng)在噴射混凝土結(jié)束之后展開，錨桿埋設(shè)分為2 個階段，首先注漿，隨后再插入錨桿。其中，人工風(fēng)槍是主要的鉆孔設(shè)備，根據(jù)工藝要求鉆進成孔，再清孔；以錨桿長度為參考，要求孔徑的深度比其略大10cm，錨桿要置于孔位中心處；若存在不合格的鉆孔，需將其視為廢孔處理，并在合適的區(qū)域重鉆；設(shè)置好砂漿錨桿后，采取保護措施，以免出現(xiàn)錨桿被敲打等情況。

5.2 型鋼（格柵）鋼架施工方法

按照設(shè)計圖紙的相關(guān)要求，經(jīng)加工后形成型鋼（格柵），此項工作在鋼構(gòu)廠由專員完成，以1∶1 比例放樣，制得各單元后，確保試拼無誤即可轉(zhuǎn)移到洞內(nèi)安裝。

避免盲目安裝行為，應(yīng)檢測各榀鋼架的位置，不可出現(xiàn)偏差；將堆積在拱腳處的虛碴清理干凈，在指定區(qū)域拼裝型鋼（格柵），若其與封閉混凝土所產(chǎn)生的間距較大，則要向其中置入墊塊；通過鋼筋連接的方式確保鋼架形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)；完成鋼架安裝后，進一步焊接鎖腳鋼管，提高其穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

沙化白云巖隧道地質(zhì)條件特殊，施工中存在諸多受擾因素，應(yīng)選擇與地質(zhì)條件相適應(yīng)的技術(shù)手段，完成開挖、支護、注漿等相關(guān)工作，以創(chuàng)造安全施工環(huán)境為基本前提，盡可能提高隧道整體品質(zhì)。