鄭萬鐵路重慶段朱家?guī)r隧道洞口安全施工技術(shù)

戴義

摘要 隨著國家逐步加大對基礎(chǔ)工程的投入，在山區(qū)修建高鐵時(shí)很多隧道洞口圍巖存在順層偏壓、巖堆、滑坡等不良地質(zhì)段，結(jié)合巖性軟弱、節(jié)理裂隙發(fā)育、坡陡等情況，使洞口段施工存在較高安全風(fēng)險(xiǎn)。文章通過朱家?guī)r隧道進(jìn)口洞口施工實(shí)踐，詳細(xì)介紹了隧道洞口段邊仰坡地形較陡，開挖邊仰坡較高時(shí)洞口安全施工方法，為保證隧道洞口的施工安全、擬供后期再存在類似工程推廣使用。

關(guān)鍵詞 隧道洞口;不良地質(zhì);較高安全風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號 U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0126-03

0 引言

為降低施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)隧道洞口圍巖存在不良地質(zhì)段及陡峭地形條件，將隧道洞口明暗分界里程進(jìn)行調(diào)整，漏空部位設(shè)置混凝土護(hù)拱。護(hù)拱宜作為導(dǎo)向墻，護(hù)拱內(nèi)的鋼架與縱、橫向大管棚焊接牢固。以減少洞口邊仰坡大面積開挖對不良地質(zhì)坡面的擾動(dòng)[1]。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

朱家?guī)r隧道位于重慶市奉節(jié)縣草堂鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)，線路沿長江北岸展布。隧道進(jìn)口位于草堂鎮(zhèn)新房村以東的溝谷內(nèi)，進(jìn)口里程D1K684+010.5，明暗分界里程D1K684+033。D1K684+033～D1K684+063段超前支護(hù)為Φ108 mm大管棚，共計(jì)50根，單根長度35 m，環(huán)向間距0.4 m;D1K684+033～D1K684+020采用單壓式明洞襯砌;D1K684+020～D1K684+010.5采用雙耳墻明洞襯砌，仰拱下設(shè)20根樁基，樁頂設(shè)置（9.5×25.3×3）m承臺。洞口緊鄰水井灣雙線中橋1#臺，進(jìn)口洞口邊仰坡高陡，橋隧相連，且洞頂邊坡有巖堆;洞頂永久邊仰坡采用錨桿框架梁護(hù)坡防護(hù);設(shè)計(jì)列車行車時(shí)速為350 km/h。隧道起止里程：D1K684+010.5～D1K690+990，全長6 979.5 m，采用?30‰，?15‰單坡下，最大埋深約490 m，如圖1所示。

1.2 自然條件及水文地質(zhì)條件

奉節(jié)縣屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，無霜期長，雨量充沛，日照時(shí)間長。年平均氣溫16.3 ℃，極端最低氣溫?9.2 ℃，極端最高氣溫39.6 ℃，年平均降水量為1 151.2 mm。在大氣降水法計(jì)算基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)預(yù)測測區(qū)最大涌水量Q max=13 440 m3/d。洞身通過地層主要為巖溶水與基巖裂隙水，靠大氣降雨下滲補(bǔ)給。

朱家?guī)r隧道進(jìn)口滑坡區(qū)段上覆蓋第四系全新統(tǒng)滑坡堆積粉質(zhì)粘土、塊石土，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)巴東組三段及頁巖地層。左側(cè)順層偏壓，加之該段線路行走于可溶巖與非可溶巖接觸帶，存在軟化夾層的可能，使得順層影響極為嚴(yán)重[2]。

1.3 工程難點(diǎn)

朱家?guī)r隧道進(jìn)口洞口鄰近水井灣雙線中橋1#橋臺，場地狹小，洞頂上方為巖堆、滑坡體;明暗分界里程處右側(cè)順層偏壓，邊坡開挖高度約49 m，邊仰坡坡度較陡，坡率1∶0.5～1∶0.75，加之該段線路行走于可溶巖與非可溶巖接觸帶，存在軟化夾層的可能，使得順層影響極為嚴(yán)重，因而隧道洞口地段施工難度相應(yīng)增大，進(jìn)洞方案優(yōu)化調(diào)整對施工過程中安全順利進(jìn)洞至關(guān)重要[3]。

2 施工階段和措施

2.1 積極變更設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工方案

D1K683+010.5～D1K684+033段開挖揭示0～8 m為巖堆（塊石土），下伏基巖巖性為巴東組二段及巴東組三段泥質(zhì)灰?guī)r，巖層緩傾，巖體較破碎。明洞開挖揭示巖堆厚度較原設(shè)計(jì)減薄，地質(zhì)條件較原設(shè)計(jì)好。因洞口場地狹窄，水井灣雙線中橋橋臺已施作，現(xiàn)場無條件施作鉆孔樁。

經(jīng)施工單位提出建議，參建各方多次現(xiàn)場踏勘研究后，決定將隧道進(jìn)口明暗分界里程由D1K684+033調(diào)整為D1K684+028，漏空部位設(shè)置C40混凝土護(hù)拱，護(hù)拱內(nèi)設(shè)置雙層I22型鋼鋼架，鋼架間距0.6 m;D1K684+028～D1K684+020段設(shè)置單壓式明洞襯砌，D1K684+020～D1K684+010.5段設(shè)置雙耳墻明洞襯砌，取消仰拱下設(shè)樁基、承臺，采用C40混凝土換填至基巖。D1K684+033～D1K684+063段超前支護(hù)為直徑108 mm大管棚調(diào)整至D1K684+028～D1K684+058段，共計(jì)50根，單根長度35 m，環(huán)向間距0.4 m;靠山側(cè)護(hù)拱內(nèi)設(shè)置橫向雙層直徑108 mm大管棚16根，層間距1.5 m，縱向間距0.6 m。

2.2 施工方法及步驟

第一步：朱家?guī)r隧道1#橫洞小里程方向施工至D1K684+070時(shí)停止掌子面施工。邊仰坡測量放線，上半部分采用人工刷坡，機(jī)械能施作范圍采用人工配合挖機(jī)開挖，臨時(shí)邊仰坡采用錨噴網(wǎng)防護(hù)、施作洞頂防護(hù)網(wǎng)。

第二步：施作D1K684+028～D1K684+033段線路左側(cè)護(hù)拱邊墻工字鋼鋼架;施作環(huán)向及縱向連接鋼筋;并留設(shè)縱向管棚導(dǎo)向管，澆筑護(hù)拱C40混凝土至拱頂。

第三步：打設(shè)橫向2排φ108 mm大管棚及大管棚頂3排φ42 mm小導(dǎo)管并注漿，外露1 m。

第四步：接長拱頂工字鋼鋼架，施作環(huán)向及縱向連接鋼筋，并留設(shè)縱向管棚導(dǎo)向管，澆筑護(hù)拱C40混凝土，加強(qiáng)坡面監(jiān)測，確保坡面穩(wěn)定。

第五步：開挖作業(yè)平臺打設(shè)縱向直徑108 mm大管棚;搭設(shè)腳手架施作邊仰坡永久錨桿框架梁。

第六步：采用三臺階加臨時(shí)仰拱法施工1#橫洞小里程D1K684+070～D1K684+028段暗洞（隧道貫通），二次襯砌緊跟。

第七步：明洞段明洞施工。

第八步：洞門施工，洞頂回填、綠化。

2.3 邊仰坡施工

測量放樣時(shí)把洞口位置定位準(zhǔn)確后，按設(shè)計(jì)圖紙先施工洞頂上面截排水溝及邊坡防護(hù)，由于朱家?guī)r隧道進(jìn)口洞口位于巖堆、滑坡體，邊仰坡坡度較陡，上半部分邊仰坡采用人工刷坡，機(jī)械能施作范圍采用人工配合挖機(jī)開挖，從上而下逐層開挖，每層開挖的高度不大于3 m，并及時(shí)逐層分段落按設(shè)計(jì)的參數(shù)支護(hù)到位。

2.4 橫向管棚及管棚頂小導(dǎo)管

施作D1K684+028～D1K684+033段線路左側(cè)護(hù)拱邊墻至拱頂高度，利用刷坡渣土壓實(shí)作為左側(cè)護(hù)拱邊墻施工平臺，平臺上滿鋪竹跳板，山體水平打孔氣動(dòng)潛孔鉆（YQ100A）打設(shè)橫向2排直徑108 mm大管棚，長13～16 m（根據(jù)圍巖情況確定深度，如進(jìn)入基巖打13 m），間距0.6 m，共16根，大管棚外露1 m與工字鋼焊接牢固，大管棚內(nèi)設(shè)鋼筋籠并注漿，注漿由下至上順序，注漿壓力1～2 MPa;采用YT-28鉆機(jī)打設(shè)大管棚頂3排直徑42 mm小導(dǎo)管并注漿，豎向間距0.6 m，縱向0.6 m，共計(jì)24根，打設(shè)4.5 m小導(dǎo)管，外露1 m，并注漿，小導(dǎo)管填充水泥砂漿，采用專用注漿泵注漿，水泥漿拌制嚴(yán)格按施工配合比執(zhí)行，注漿前要先沖洗注漿管中沉積等雜物，從下面往上的順序依次進(jìn)行。單孔注漿壓力0.5～1.0 MPa，一般情況下以注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)提供的注漿量作為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)注漿壓力達(dá)到終壓后持壓10～15 min，注漿量如果達(dá)不到設(shè)計(jì)提供的注漿量，但大于設(shè)計(jì)提供的注漿量的80%以后時(shí)，也可以結(jié)束注漿。

2.5 暗洞段護(hù)拱施工

采用挖機(jī)分部開挖護(hù)拱拱腳底基礎(chǔ)，開挖分部完成，深度為2.2～2.8 m，開挖放坡，坡比為1∶0.75，開挖一級支護(hù)一級，采用噴射混凝土封閉邊坡，施作D1K684+028～D1K684+033段線路左側(cè)護(hù)拱邊墻工字鋼鋼架，鋼架底部固定在基礎(chǔ)底，型鋼鋼架采用I22a，縱向間距為0.6 m，橫向間距1.5 m，由雙層鋼架共6個(gè)單元組成，也可以根據(jù)現(xiàn)場的情況調(diào)整每個(gè)型鋼鋼架的各節(jié)長度，型鋼鋼架的接頭也需調(diào)整位置;施作環(huán)向及縱向連接鋼筋，連接鋼筋為Φ22 mm的HRB400鋼筋進(jìn)行連接，按環(huán)向間距1.0 m設(shè)置，工字鋼架與縱向的連接筋端部需焊接穩(wěn)固;并留設(shè)縱向管棚導(dǎo)向管，護(hù)拱鋼架安裝完成后采用“I18型鋼+厚5 cm木板”搭設(shè)支架模型的方法施工該段護(hù)拱，澆筑護(hù)拱C40混凝土至拱頂。

2.6 超前大管棚支護(hù)

洞口D1K684+028～D1K684+058段設(shè)計(jì)采用大管棚進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，該段大管棚一次施做到位，洞口管棚利用D1K684+028～D1K684+033護(hù)拱鋼架作為導(dǎo)向墻，管棚長度30 m，間距40 cm，排列數(shù)量為50根。

2.6.1 導(dǎo)向墻施工

管棚利用D1K684+028～D1K684+033護(hù)拱鋼架作為導(dǎo)向墻，鋼架的外邊緣采用直徑133 mm的鋼管與工字鋼架焊接牢固。

2.6.2 大管棚鉆孔、安裝

（1）搭建鉆孔所需的作業(yè)平臺安裝鉆孔所需的鉆機(jī)。①鉆機(jī)的作業(yè)平臺用鋼管腳手架搭設(shè)，同橫向管棚鉆機(jī)的作業(yè)平臺，搭建平臺需一次性搭好，鉆孔所需的鉆機(jī)從高方向孔位向低方向孔位依次進(jìn)行。②作業(yè)平臺必須支撐在穩(wěn)固的木板或混凝土預(yù)制板上，腳手架連接必須牢固，保證穩(wěn)定，以防在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生不均勻下沉或擺動(dòng)等影響鉆好后的成孔質(zhì)量。③鉆機(jī)定位：鉆機(jī)要和已預(yù)埋好的孔口管方向平行，以確保鉆機(jī)位置正確。用全站儀、掛線等方法相互結(jié)合的復(fù)核方法，反復(fù)調(diào)整，確保鉆機(jī)的鉆桿軸線與孔口管的軸線相吻合。

（2）鉆孔。①鉆機(jī)開始鉆孔時(shí)，必須低速低壓，待成孔5 m以上再根據(jù)實(shí)際探明的地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆機(jī)鉆進(jìn)速率及調(diào)整鉆機(jī)的風(fēng)壓。②在鉆孔過程中采用測斜儀測定鉆孔位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的速度來判定前方巖層情況。③現(xiàn)場在鉆桿鉆進(jìn)過程中要保證鉆機(jī)上的動(dòng)力器及鉆頭等按同心圓鉆進(jìn)。④安排專人做好鉆進(jìn)過程的原始記錄，對孔口排出的巖屑進(jìn)行地質(zhì)判定和描述，為后續(xù)洞身開挖提供相關(guān)依據(jù)。

（3）清孔驗(yàn)孔。①用鉆桿配合鉆頭連續(xù)進(jìn)行反復(fù)洗孔，清除孔內(nèi)浮碴等雜物，確保成孔孔徑滿足設(shè)計(jì)要求。②用高壓風(fēng)從孔底向孔口方向清理浮碴等雜物。③用PVC管檢測成孔是否滿足孔深、外插角等相關(guān)要求。

（4）安裝管棚鋼管。①鋼管在機(jī)床上加工好絲扣，鋼管四周按設(shè)計(jì)鉆設(shè)10 mm孔徑的溢（注）漿孔（靠孔口端部1.5 m不鉆孔），孔間距15 cm，按梅花型設(shè)置。②接長鋼管時(shí)相鄰鋼管的接頭需前后錯(cuò)開。在同一截面內(nèi)接頭數(shù)不大于一半數(shù)量，相鄰鋼管的接頭需錯(cuò)開1.5 m以上。③大管棚內(nèi)設(shè)4根Φ18 mm鋼筋籠，鋼筋籠由主筋和定位環(huán)組成，定位環(huán)采用鋼筋作為定位環(huán)，將其與主筋焊接，按1 m間距設(shè)置。

2.6.3 大管棚注漿

管棚安裝完成后，開始進(jìn)入壓注水泥漿工序，利用漿液的滲透作用，將周圍巖體預(yù)先加固及堵住圍巖裂隙水，既能起到超前預(yù)支護(hù)的作用，同時(shí)又加強(qiáng)了管棚的強(qiáng)度和剛度。

2.7 暗洞段施工

（1）朱家?guī)r隧道D1K684+070～D1K684+028段洞身采用三臺階法+臨時(shí)仰拱法施工，整個(gè)開挖面共劃分成三個(gè)臺階和仰拱部分采用平行跟進(jìn)的施工方法，各臺階長5 m左右，相錯(cuò)5 m左右。后續(xù)仰拱和二次襯砌緊跟，距下臺階掌子面分別為30～35 m。循環(huán)進(jìn)尺控制為一榀鋼架的距離。

（2）三臺階法+臨時(shí)仰拱法采用弱爆破控制及配合人工機(jī)械開挖，下臺階開挖后必須及時(shí)施作下臺階邊墻的初期支護(hù)，后面仰拱與下臺階的距離滿足規(guī)范要求，并及時(shí)施做二襯以便盡早閉合成環(huán)。采用裝載機(jī)裝渣，運(yùn)碴采用15 t以上自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場。

3 結(jié)語

當(dāng)隧道洞口位于不良地質(zhì)及邊仰坡陡峭地段，從加強(qiáng)技術(shù)手段，通過變更設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工方案，加強(qiáng)與參建各方溝通協(xié)調(diào)，確保了在隧道洞口場地狹窄、洞頂上方為不良地質(zhì)及邊仰坡陡峭地段安全進(jìn)洞施工技術(shù)方案，在其他類似工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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