淺埋土石堆積體富水地段隧道進洞施工技術(shù)

馬彥博

(中鐵十二局集團鐵路養(yǎng)護工程有限公司)

1 工程概況

漳永高速公路官田隧道設(shè)計為分離式雙向四車道隧道，右洞全長超過6300m，為特長高速公路隧道，進口段115m 地處山坳之中，裂隙水、地表水較發(fā)育，且被當(dāng)?shù)仄渌咚俟匪淼蓝丛钇?，洞渣主要為松散土石堆積體及殘積粘性土，深度4～28m，寬度30～65m。圍巖自穩(wěn)能力差。若采用刷坡、卸載施工明洞或?qū)Χ纯诙握w注漿加固后采用CD（或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法）法暗挖等常規(guī)方法施工，存在洞口征地數(shù)量多，土方開挖及邊坡防護工程量大、排水困難，施工工序復(fù)雜、進度緩慢等問題。為解決淺埋、富水、松散地層中的進洞施工難題，施工中采用井點降水、地表垂直注漿及套拱三向加固等方法，工程效果良好。

2 施工工藝流程

施工工藝流程為：施工準備→井點降水→地表垂直注漿→套拱拱部開挖及邊仰坡防護→套拱拱部鋼架安裝、三向加固及混凝土澆筑→大管棚施工→正洞開挖支護。

3 施工操作要點

3.1 施工準備

⑴對洞口場地做好測量放樣，準備設(shè)備材料、平整場地確定洞口段施工范圍。

⑵進口段隧道圍巖主要為淺埋松散的土石堆積體及殘積粘性土，洞口段施工前進行地表截排水施工，防止因地表水進入洞口段隧道圍巖導(dǎo)致圍巖受浸泡后自穩(wěn)能力降低，施工難度增大。

3.2 井點降水

進口段為山坳棄土區(qū)，主要地質(zhì)為松散土石堆積體及殘積粘性土，地表水通過山坳匯水下滲至洞身范圍，且地下水豐富，據(jù)設(shè)計、實際勘探及當(dāng)?shù)赝杲涤炅拷y(tǒng)計等資料分析，計算出進口段最大涌水量330m3/h，在隧道進口115m 段開挖邊線外5m 的位置布設(shè)8 口降水井進行降水，管井為φ200mm×厚4.9mmPVC 管，左右各4口，縱向間距30m，管井底部低于隧道仰拱底4m。降水井布置縱斷面圖見圖1。

圖1 降水井布置縱斷面圖

在隧道進口115m 段左右側(cè)布設(shè)的8 口降水井施工完成后放入抽水泵（抽水功率為55m3/h 以上），通過高壓抽水泵抽排的方式將地下水排到地面排水系統(tǒng)，隧道開挖支護作業(yè)的同時降水井正常有效地運行工作。通過降水井降水措施，有效地降低了地下水位，也確保了后續(xù)施工中地表向下注漿的效果。后面一系列的開挖支護施工中，避免了地下水浸泡圍巖，減少了圍巖的隨機流動性，防止了開挖過程中圍巖含水量較大，出現(xiàn)淤泥、水流、坍塌，初期支護極不易達到穩(wěn)定等不良現(xiàn)象發(fā)生，較大地提高了作業(yè)效率，確保了現(xiàn)場施工安全。

3.3 地表垂直注漿

洞口段穿越山坳土石堆積區(qū)（松散煤矸石及殘積粘性土），埋深5～25m，山坳匯水由地表下滲至洞身范圍，且地下水豐富，為了封閉止水及加固松散圍巖，防止開挖坍塌，采用地表垂直注漿，將隧道開挖輪廓周邊圍巖加固成“門型”整體結(jié)構(gòu)[1-3]。

3.3.1 止?jié){盤施工

地表垂直注漿前，施作止?jié){盤以避免跑漿。止?jié){盤施工區(qū)域為進口段（139m）隧道開挖邊線外4.5m 范圍內(nèi)。止?jié){盤施工采用單層φ10mm（網(wǎng)格間距20cm×20cm）鋼筋網(wǎng)+25cm 厚C25 混凝土。

3.3.2 鉆孔、下管

止?jié){盤強度達到設(shè)計的85%后，采用ZGYX-451 履帶鉆機鉆孔下管，鉆孔直徑為89mm，隧道開挖邊線內(nèi)注漿孔間距1.5m，梅花型布置，漿液擴散半徑1m。注漿管采用φ50mm（厚度4mm）無縫鋼管，鋼管注漿花孔直徑10mm，間距40㎝，梅花型布置，注漿管尾端50㎝為預(yù)留止?jié){段。注漿管長度深入隧道初期支護結(jié)構(gòu)，開挖支護過程中將注漿管與初支鋼拱架焊接牢固，提高結(jié)構(gòu)整體承載性能，同時也可以分擔(dān)鋼拱架所承受的荷載。隧道開挖邊線兩側(cè)3m 范圍內(nèi)注漿孔加密，間距0.75m，梅花型布置，下管長度要深入仰拱底1m，一是起到帷幕注漿止水的作用，二是增加隧道兩側(cè)圍巖自穩(wěn)能力，確保中下導(dǎo)圍巖開挖支護安全。圖2 為地表注漿孔平面布置圖。

圖2 地表注漿孔平面布置圖

3.3.3 注漿

本次注漿施工采用水泥單液漿，注漿施工前進行多次注漿試驗，確定合理的注漿參數(shù)：水灰比0.5～1.0，前期注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，后期注漿壓力控制在1.2～2.0MPa。注漿過程中，由于土石堆積體過于松散，串漿嚴重，所以先對周邊孔注漿，形成一個相對封閉的注漿環(huán)境，再進行中間孔的注漿。單個注漿達到孔口冒漿時，進行換孔注漿施工，注漿壓力達到終壓且進漿量小于30L/min，穩(wěn)壓20～25min 可結(jié)束注漿，以保證漿液的擴散范圍可以滿足規(guī)范要求。

經(jīng)過漿體的填充、壓密、滲透、劈裂等作用，使松散圍巖裂隙被填充，增強了圍巖強度、穩(wěn)定性及防水性。通過地表垂直注漿，將隧道周圍松散圍巖加固形成“門型”整體結(jié)構(gòu)，確保了圍巖穩(wěn)定及施工安全。

3.4 套拱拱部開挖及邊仰坡支護

進口段（縱向長度7m）埋深為1～2m，拱頂120～140°范圍內(nèi)根據(jù)實際情況明挖施工施作套拱，其余部分暗挖施工。明挖部分進行邊仰開挖防護，坡率1:1.25～1:1.5，邊仰坡施工長6mφ32mm 錨桿，呈等邊三角形布置，掛φ6.5mm 鋼筋網(wǎng)后噴射10～15㎝厚C25混凝土。按設(shè)計要求，挖機+人工的方式開挖出套拱底胎膜。采用M7.5 砂漿抹平開挖后不平整的地方。

3.5 套拱拱部鋼架安裝、三向加固及混凝土澆筑

3.5.1 套拱三向加固

套拱施作大拱腳，拱腳的側(cè)向和正向兩個方向采用φ22mm 砂漿錨桿錨固，豎向（開挖輪廓線外）施作兩排φ108mm×6mm 無縫鋼管到隧底以下1m 處，縱向間距1m，橫向間距50cm。砂漿錨桿及φ108mm 鋼管末端均深入到鋼筋混凝土套拱中，并與套拱鋼筋焊接，加強套拱與隧道周圍圍巖的整體性及洞口的穩(wěn)定性。

3.5.2 套拱鋼架、鋼筋安裝及混凝土澆筑

套拱鋼架、鋼筋安裝如圖3 所示，鋼架I20b 型鋼，縱向間距0.7m，采用φ22mmU 型鋼筋縱向連接，導(dǎo)向管采用φ127mm 鋼管。鋼筋骨架按照如下間距設(shè)置：主筋間距為0.30m、縱向鋼筋間距為0.30m、箍筋間距為0.55m。鋼筋骨架安裝加固之后澆筑套拱C30 混凝土，澆筑前防護好鋼拱架接頭部位，確保澆筑時鋼拱架接頭位置不被混凝土包裹，以便于隧道暗挖過程中套拱邊墻鋼拱架連接。

圖3 套拱鋼架、鋼筋安裝及混凝土澆筑示意圖

3.6 大管棚施工

施做YK162+111～YK162+151 段（40m）大管棚，大管棚選用用φ108mm×6mm 熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距控制在55cm，外插角控制在1°～2°，節(jié)長4m、8m，采用89mm×6mm 內(nèi)套管焊接連接，內(nèi)套管長18cm，隧道同一斷面處的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管的管棚管的接頭至少需要錯開1m，管棚管徑向施工誤差不大于15cm[4-5]。

管棚應(yīng)至少5㎝外露于套拱，并于外露的管棚上焊接環(huán)向φ32mm 鋼筋作為接地母線樁，接地母線應(yīng)延至內(nèi)外側(cè)電纜溝。接地母線樁要求雙面焊接，焊縫不小于4mm。

不打孔鋼管與打孔鋼花管間隔布設(shè)，奇數(shù)號孔使用打孔鋼花管，偶數(shù)號孔使用不打孔鋼管，注漿孔孔徑10mm，孔距10㎝，上下左右錯開梅花型布置，管尾4m 不設(shè)注漿孔。本次注漿采用水泥單液漿，注漿施工前進行多次注漿試驗，確定合理的注漿參數(shù)：水灰比為0.5～1.0，前期注漿壓力控制在0.5～1.0Pa，后期注漿壓力控制在1.0～1.5MPa。注漿壓力達到設(shè)計注漿終壓且孔口有漿液冒出后，持續(xù)注漿10～20min 后停止注漿。

3.7 正洞開挖支護

待完成大管棚注漿施工以后，采用三臺階法開挖支護進口段，短開挖、早支護、勤量測、閉合成環(huán)。加強圍巖量測，局部地段支護臨時仰拱。按規(guī)范要求及時施做排水系統(tǒng)、二次襯砌。

4 結(jié)語

綜上所述，通過在隧道開挖邊線外5m 的位置布設(shè)8 口（左右各4 口）φ160mm 孔徑的降水井，降低了地下水位至仰拱底4m 以下，確保地表注漿的效果良好；通過地表垂直注漿加固隧道周圍松散土石堆積體，使松散圍巖形成“門型”整體結(jié)構(gòu)，提高土體自穩(wěn)能力，減少周邊土體變形和地表沉降；通過優(yōu)化套拱施工，使套拱與圍巖（正向、側(cè)向、豎向）的充分連接成整體，提高洞口穩(wěn)定性。井點降水、地表垂直注漿及套拱三向加固等技術(shù)施工工序簡單，工期短，安全性高具有較好的經(jīng)濟社會效益，適用于淺埋、富水、圍巖松散地層公路、鐵路隧道進洞施工，也可用于洞身淺埋、富水段隧道施工。