松散巖層偏壓大斷面隧道進洞關鍵技術研究

石滿剛

(中鐵十七局集團有限公司，太原 030006)

1 工程概況

廣州珠江黃埔大橋龍頭山隧道為目前我國最長的雙向分離式八車道公路隧道，設計時速100 km/h。左線隧道長1 010 m，右線隧道長1 002 m。左右線隧道進口最小凈距23 m，洞身最大凈距51 m，出口最小凈距20.8 m。隧道開挖寬度19.0～20.7 m，開挖高度為11～14 m。其中廣州珠江黃埔大橋S04合同段負責施工的龍頭山隧道進口段起迄里程為 K5+765—K6+265，全長500 m。其地質條件如表1所示。

表1 龍頭山隧道進口段地質條件概況

右線洞口段地形左側比右側高19 m左右，進洞段15 m以內拱頂埋深僅有1.5～5.0 m，造成隧道進口段淺埋偏壓。且洞頂覆土均為回填碎石土，屬Ⅴ級圍巖，其自穩(wěn)能力差，進洞施工困難。地形條件如圖1所示。

圖1 右線洞口周邊環(huán)境

隧道區(qū)地下水類型主要有孔隙潛水和基巖裂隙水。隧道溝谷中有地下水出露，基巖裂隙富水性不均勻，局部透水性較好，在淺埋地段開挖時可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，其他地段隧道開挖存在滴水現(xiàn)象。本合同段的地下水及地表水對混凝土無侵蝕性。

2 偏壓處理技術

1)明洞先行，確保洞口安全。隧道右線進口段偏壓淺埋，土體結構松散，自穩(wěn)能力差。洞口右側邊坡高達17.5 m，當地雨季較長，降水量大，為確保洞口段安全及右側邊坡穩(wěn)定，先進行明洞施工并及時進行兩側回填，以策安全。在修筑明洞結構的同時進行地面排水系統(tǒng)的施工，完善洞頂天溝、兩側排水溝，使地面排水通暢，避免地表徑流沖刷邊、仰坡。

2)地表注漿，增強洞口地層自穩(wěn)能力。針對隧道偏壓設計采取了地表預注漿加固措施，加固范圍為隧道左右各5 m內，縱向長度20 m。為進一步減弱偏壓對隧道的影響，在隧道右側K5+850處增設縱向的重力式擋土墻，并進行反壓回填。地表注漿采用φ50小導管豎向布孔進行，小導管間距1.0 m×1.0 m，小導管長度視地形條件具體確定，平均長度為5.0 m。注漿漿液為1∶1水泥漿液，注漿壓力為0.5 MPa。

3)由于洞口段主要為坡殘積土，施工中對洞口仰坡至洞頂截水溝范圍內地表噴射C25混凝土15 cm，防止地表水繼續(xù)浸入洞內，軟化圍巖。

3 進洞開挖技術

3.1 大管棚超前預支護技術

為有效控制進洞開挖引起的地層變位，避免由于地表過度變形造成左側仰坡失穩(wěn)而無法進洞，施工中采取大管棚預支護技術以確保進洞安全。管棚安設在隧道頂部輪廓線外0.3 m處，與型鋼鋼架組合成預支護系統(tǒng)。它在加固地層中的作用主要表現(xiàn)在:一是提高地層的剛度和水平承載能力，二是改善地面沉降曲線分布規(guī)律，它對防止軟弱圍巖下沉、松弛和坍塌等有顯著的效果。

3.1.1 大管棚設計參數

大管棚采用φ108 mm帶花孔鋼管，長40 m，環(huán)向間距40 cm，施作范圍為拱部 140°，外插角 1°，注漿材料為1∶1水泥漿。為減少管棚施工對地層的擾動，洞口段長管棚一次施作。

3.1.2 大管棚施工技術

1)護拱施工?；炷磷o拱作為長管棚的導向墻，在開挖輪廓線以外拱部140°范圍內施作，斷面尺寸為1.0 m(厚)×2.0 m(長)。護拱內埋設鋼支撐，鋼支撐與管棚孔口管連接成整體。

2)導向管定位。確定導向管在工字鋼架上的平面位置、傾角、外插角，并將其焊接在工字鋼架上，防止?jié)仓炷習r產生位移。

3)鉆孔。鉆頭的直徑比管棚鋼管直徑大20～30 mm，為保證管棚施作精度，采用非開挖引孔及精度導向技術，即GBS-30型非開挖鉆機鉆孔、RCG型自動導向儀鉆孔精確導向。

4)清孔驗孔。

5)安裝管棚鋼管。相鄰鋼管接頭至少錯開1 m，同一橫斷面內的接頭數不大于50%。

6)注漿。注漿初壓0.5～1.0 MPa，終壓2 MPa，保持壓力15 min后停止注漿。注漿量為鉆孔圓柱體的1.5倍，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。

3.2 進洞開挖技術

右線洞口存在明顯的淺埋偏壓現(xiàn)象，為確保進洞安全，施工中采用雙側壁導坑法:隧道開挖采用人工風鎬配合CAT320挖掘機開挖或小型松動爆破開挖。拱部采用40 m長管棚超前支護(一次施作)，上部臨時隔壁側采用φ50超前小導管預注漿超前支護，小導管環(huán)向間距40 cm，長3.5 m，外插角12°，注漿材料為1∶1水泥漿，小導管縱向搭接長度1.0 m。具體開挖分部如圖2所示。

1)左、右側導坑開挖(①、②、③、④):采用上下臺階分步開挖施工，上臺階高度7.0 m，循環(huán)進尺70 cm。導坑初期支護和臨時支撐緊跟開挖，初期支護墻腳設鎖腳錨桿，同時設臨時仰拱以有效控制施工變形。下臺階開挖時，初期支護、臨時壁墻支撐錯間落底，循環(huán)進尺控制在200 cm以內。左、右導坑開挖掌子面前后間距30 m。根據圍巖變形情況及時施工仰拱，并注意襯砌鋼筋的預留。

圖2 進洞開挖分部示意

2)主洞上弧導坑開挖(⑤):采用人工機械開挖，嚴禁爆破開挖。開挖高度2.6 m，循環(huán)進尺為70 cm，然后施作拱頂初期支護。

3)核心土的開挖(⑥、⑦):分兩部開挖，每次開挖循環(huán)進尺200 cm，完畢后及時對仰拱進行封閉，臨時支護待澆注拱墻襯砌時進行拆除。

4)仰拱襯砌分段澆筑，應緊跟開挖，原則上距核心土底部的距離不大于10 m。

3.3 支護結構施工技術

1)中空注漿錨桿施工。地表注漿范圍之內隧道拱頂不設錨桿，通過加固區(qū)后隧道拱頂范圍采用中空注漿錨桿。注漿錨桿采用多功能臺架配合手持鑿巖機鉆孔，專用注漿泵注水泥漿，砂漿隨拌隨用。具體工藝流程如下:鑿巖成孔并清孔→錨桿安裝錨頭插入錨孔→安裝止?jié){塞、墊板及螺母→連接好快速止?jié){接頭、注漿→待砂漿達到設計強度，擰緊螺母。

2)砂漿錨桿施工。砂漿錨桿采用 φ22螺紋鋼筋現(xiàn)場制做，手持鑿巖機沿開挖輪廓線鉆孔，鉆孔直徑大于錨桿直徑15 mm，鉆孔完畢用高壓風清孔。壓注砂漿采用早強水泥砂漿，注漿管應插至孔底5～10 cm處，隨水泥漿的注入緩慢勻速拔出，隨即迅速將桿體插入，錨桿桿體插入孔內的長度不得短于設計長度的95%。若孔口無砂漿溢出，要將桿體拔出重新注漿。砂漿未達到設計強度的70%時，不得隨意碰撞，規(guī)定3 d內不得懸掛重物。

3)噴射鋼纖維混凝土施工。鋼纖維采用冷拉型纖維，最小抗拉強度為1 200 N/mm2，長度為40 mm，直徑為0.5 mm，摻量為40 kg/m3?；炷潦┕づ浜媳雀鶕F(xiàn)場試驗數據確定。

噴射采用濕噴工藝，噴射料由洞外的混凝土拌合站拌合。先將水泥、砂子、碎石、硅粉、高效減水劑等按配合比拌合均勻，再摻入鋼纖維拌合均勻后，裝入攪拌輸送車運至洞內，送入噴射機中。在噴射機噴頭處加入液態(tài)4% ～7%速凝劑，施噴壓力取0.45～0.70 MPa。噴射混凝土分段、分片、分層進行，由下向上，從無水、少水向有水、多水地段集中，多水處安放導管將水排出。初噴厚度不小于5 cm，及早封閉圍巖，再逐層噴射至設計厚度。噴射混凝土終凝2 h后，應噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間一般不小于7 d。

4)鋼筋網。鋼筋網采用洞外加工成方格網片，縱橫鋼筋相交處點焊或用鐵絲綁扎成一體。掛設時與鋼支撐或錨桿焊接固定在一起，且隨巖面起伏鋪設。

5)型鋼拱架。型鋼拱架在洞外加工場采用冷彎機加工成型，架立鋼架時在鋼架基腳設剛性墊板或打設鎖腳錨桿，以增加其承載力。按設計位置垂直隧道中線安設，鋼架與錨桿焊接在一起，同時利用錨桿定位。鋼架安設后盡快施作噴混凝土作業(yè)，并將其全部覆蓋，使鋼架與噴混凝土共同受力。

3.4 施工注意事項

1)為保證土體穩(wěn)定，做到盡量減少每道工序時間，縮短工序間時距，及時施作初期支護，減少開挖面暴露時間和對圍巖的擾動。

2)施工中鋼架與系統(tǒng)錨桿固定在一起，兩榀鋼架之間縱向連接采用鋼筋，環(huán)向間距1.0 m。采用2根長4.0 m的φ50鎖腳錨管鎖定鋼架，加強對鋼架的鎖腳固定措施，以防止鋼架下沉或兩底腳回收。必要時，在拱部鋼架底腳增設連接縱梁，縱梁采用 32槽鋼，與鋼架底腳采用焊接連接，以增加鋼架底腳的承力面積。鋼架安裝完成后，及時進行噴射混凝土，用噴射混凝土將鋼架覆蓋，保護層厚度不小于40 mm。

3)為有效控制地表沉降，仰拱施工時暫不拆除臨時隔壁，待澆注拱墻襯砌時再拆除仰拱以上外露部分臨時隔壁結構。把一次拆除臨時隔壁長度控制在10 m以內，并盡可能減少縱向拆除長度。如果拆除過程中拱頂下沉量變化速度持續(xù)大于5.0 mm/d時，在拆除臨時隔壁的部位，增設臨時豎向支撐。

4)安全第一，特別注意工作面施工、仰拱開挖與襯砌、二次襯砌等交叉作業(yè)的施工安全。

4 施工監(jiān)測及施工效果分析

圍巖量測項目主要包括:①洞周水平收斂;②拱頂下沉;③地表沉降。水平收斂、拱頂下沉、地表沉降測點布置在同一斷面上，監(jiān)測斷面間距5 m。洞內測點的布置如圖3所示。

圖3 洞周位移測點布置示意

典型斷面監(jiān)測結果見表3，監(jiān)測數據顯示，進洞施工過程中洞室穩(wěn)定，洞周及地表變形可控，地表坡體無明顯滑動，說明所采用技術措施合理，施工安全。

表3 典型斷面變形監(jiān)測結果mm

5 結論

1)針對淺埋偏壓松散巖層的工程特點，采用超前地表預注漿技術，提高了洞口地層的總體穩(wěn)定性和抵抗側向變形的能力，為進洞開挖創(chuàng)造了有力條件;

2)超長大管棚一次施作，減少了管棚施工對地層的擾動，同時確保了暗挖進洞施工的安全性;

3)采用CRD法進洞開挖技術，實現(xiàn)了初期支護的及早閉合，有效地控制了進洞施工變形。

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