花崗巖全風(fēng)化富水地層開挖技術(shù)研究

中鐵五局一公司贛龍指揮部

摘要：花崗巖全風(fēng)化富水地層淺埋隧道施工，開挖后巖體遇水呈散粒及流塑狀，松散，施工中擾動后易崩塌分解，易形成流砂，支護(hù)困難；支護(hù)后，支護(hù)結(jié)構(gòu)易變形、沉降、開裂甚至坍塌。本文擬通過對石筍山隧道進(jìn)口DK230+040～DK230+100段60mⅥ級圍巖施工過程工程措施介紹，總結(jié)通過花崗巖全風(fēng)化富水地層淺埋隧道的工程處理措施。

關(guān)鍵詞：花崗巖；全風(fēng)化；富水地層；石筍山隧道；開挖技術(shù)

1 工程概況

新建石筍山隧道為贛州至龍巖復(fù)線鐵路一座雙線隧道，起訖樁號：DK229+945～DK234+757，全長4812米。隧道進(jìn)口端地質(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)條件差。洞身圍巖設(shè)計為粉質(zhì)粘土，粗角礫土和全風(fēng)化的二長花崗巖。開挖揭示的地層為全風(fēng)化二長花崗巖和硅鈣質(zhì)粉砂巖的接觸帶，巖性不均變化大，遇水軟化，承載力低，地層穩(wěn)定性差。

隧道進(jìn)口DK229+945～DK229+990采用明挖法施工，DK229+990～DK230+040采用護(hù)拱+鉆孔樁整體支護(hù)體系后進(jìn)行暗挖法施工；95m明洞基底均采取了注漿處理。DK230+040～DK230+100段埋深12～18米，采用淺埋暗挖法施工。在導(dǎo)向墻、洞口長管棚施工過程中，出現(xiàn)大量涌水、涌砂現(xiàn)象，已支護(hù)完善邊仰坡、上方地表下沉開裂嚴(yán)重，山體局部失穩(wěn)，危及洞口上方小村莊。

參建四方研討決定：DK230+040～DK230+100段圍巖級別由Ⅴ級調(diào)整為Ⅵ級，采取地表袖閥管注漿加固地層及封閉地下水，加強(qiáng)洞內(nèi)施工工程處理措施。

2 隧道支護(hù)措施

石筍山隧道進(jìn)口DK230+040～DK230+100段Ⅵ級圍巖，分別采用地表袖閥管注漿、地表井點降水；超前支護(hù)采用30mφ159洞口管棚和30m φ108洞身管棚、填充面以上全環(huán)設(shè)置φ42TSS注漿小導(dǎo)管；臨時支護(hù)采用掌子面φ42中空玻璃纖維錨桿、掌子面網(wǎng)噴混凝土封閉、三臺階臨時仰拱；初期支護(hù)采用HW175型鋼（設(shè)擴(kuò)大拱腳）、網(wǎng)噴混凝土、φ42系統(tǒng)錨管并進(jìn)行徑向注漿；基底φ108鋼管注漿等措施。采用三臺階九步開挖法安全通過，并且地表沉降、拱頂下沉、凈空收斂等限差均在預(yù)留變形量范圍之內(nèi)。Ⅵ級圍巖支護(hù)措施如圖1所示：

圖1 Ⅵ級圍巖支護(hù)措施

2.1 地表袖閥管注漿

采用地表袖閥管后退式注漿，以達(dá)到控制地表下沉、加固地層土體及封閉地下水的效果。見圖2《地表袖閥管注漿斷面圖》。

注漿采用規(guī)格為φ48mm×3.3mm袖閥管后退式注漿，鉆孔間距1.5m×1.5m，梅花型布置，注漿范圍為拱頂以上5米及仰拱基底以下5米。注漿采用水泥-水玻璃雙液漿。水泥漿配比為：水泥∶水=1：0.8～1∶1（質(zhì)量比），水玻璃與水=1：3.27（質(zhì)量比），水玻璃漿液與水泥漿按照1：1體積比注漿。注漿順序按照先外圈后內(nèi)圈，間隔跳孔施作。

注漿效果：全風(fēng)化花崗巖自密性較好，注漿漿脈隨著構(gòu)造節(jié)理、裂隙呈樹枝狀，只能達(dá)到滲透注漿的效果，對注漿體的壓密效果較小。

圖2 地表袖閥管注漿斷面圖

2.2 開挖方法

三臺階臨時仰拱九步開挖法是以弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法為基本模式，分上、中、下三個臺階九個開挖面。各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯開，平行推進(jìn)的施工方法。與三臺階七步開挖法區(qū)別在于開挖步驟分臺階先分臺階施作完成臨時仰拱后，在開挖下一臺階。

三臺階臨時仰拱九步開挖法施工步驟及注意事項：

（1）上臺階核心土頂面距離拱頂保持在1.8m左右，保證掌子面穩(wěn)定及作為上臺階立架的作業(yè)平臺。由于該隧道為全風(fēng)化花崗巖，偶有硅鈣質(zhì)砂巖俘虜體，全部采用人工施工，各級臺階預(yù)留長度宜3～5m為宜，縮短人工運渣距離。

（2）三臺階臨時仰拱九步開挖法中、下臺階左右兩側(cè)超前導(dǎo)坑小斷面施工，既確保掌子面穩(wěn)定，又作為超前排水坑道，確保了后續(xù)核心土的開挖。

（4）上臺階核心土在確保掌子面穩(wěn)定前提下，盡量縮短核心土長度，及時施作臨時仰拱，保證拱頂下沉及水平收斂。

（5）中、下臺階左右兩側(cè)超前導(dǎo)坑不得超過上、中臺階臨時仰拱，且長度不得小于2榀臨時仰拱（1m）。

（6）超前導(dǎo)坑水源直接用軟管引排至已成型中心水溝，減小對仰拱及墻腳的浸泡。

圖3 三臺階九步開挖法步序圖

2.3 控制掌子面先行位移和擠出位移

設(shè)計Ⅴ級圍巖采用三臺階臨時仰拱法。實際開挖后，掌子面不能自穩(wěn)，發(fā)生擠出及拱頂崩塌現(xiàn)象。

2.3.1 超前支護(hù)

隧道DK230+040～+100段Ⅵ級圍巖，由于全風(fēng)化花崗巖遇水軟化，呈流塑狀，超前管棚施作后成拱效應(yīng)較差，調(diào)整為管棚+Ⅱ型超前小導(dǎo)管，內(nèi)軌頂面以上拱墻設(shè)Ⅱ型超前小導(dǎo)管注漿加固，環(huán)向間距0.40m，小導(dǎo)管長3m，縱向間距1m/環(huán)。洞口Φ159管棚施作30m，DK230+067、DK230+074、DK230+081三處洞身采用Φ108管棚，管棚每環(huán)長度10m、10m、20m，環(huán)向40根。采用管棚+Ⅱ型超前小導(dǎo)管施作后，超前小導(dǎo)管鉆設(shè)角度控制到位，成拱效應(yīng)特點明顯突出，并且控制了超欠挖。

2.3.2 掌子面錨桿及掌子面噴混凝土

施工過程中，掌子面不能自穩(wěn)，發(fā)生擠出及拱頂崩塌現(xiàn)象，掌子面采用φ42中空玻璃纖維錨桿注漿加固。玻璃纖維錨桿長6m，每4m一環(huán)，搭接2m，間距1.5m×1.5m，梅花型布設(shè)；玻璃纖維錨桿鉆孔過程如有出水，出水錨桿不進(jìn)行注漿封堵，可采用濾管引排至已施作仰拱地段。

掌子面開挖進(jìn)尺0.5m，開挖后及時網(wǎng)噴C25混凝土封閉掌子面，噴射混凝土厚度10cm。

2.4 初期支護(hù)措施

初期支護(hù)采用HW175型鋼鋼架，間距0.5m/榀，各臺階連接處設(shè)置擴(kuò)大拱腳，鋼架每個連接處設(shè)置兩對4根4m長φ42注漿鎖腳錨管，基底邊墻腳每榀鋼支撐設(shè)置4根4m長注漿鎖腳錨管，鎖腳錨管應(yīng)與鋼架有效連接。有效控制拱腳下沉。

開挖進(jìn)尺每循環(huán)0.5m，開挖后視巖體穩(wěn)定情況，是否采取初噴工序，初期支護(hù)拱墻噴射C30混凝土，厚度26cm，φ6鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格間距25cm×25cm）。

系統(tǒng)錨桿采用φ42注漿錨管，長度4m/根，縱環(huán)向間距1m×1m，注漿錨管應(yīng)與鋼架有效連接。噴射混凝土完成后施作，待監(jiān)控量測穩(wěn)定后采取徑向注漿。

3 監(jiān)控量測的應(yīng)用

監(jiān)控量測是一項系統(tǒng)工程，監(jiān)測工作的成敗與監(jiān)測方法的選取及測點的布置直接相關(guān)。石筍山隧道進(jìn)口DK230+040～+100段Ⅵ級圍巖，采用三臺階臨時仰拱九步開挖法施工。

3.1 拱頂下沉及凈空變化測點布置

《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》監(jiān)控量測測點斷面間距布置Ⅵ級圍巖為5～10m，施工過程中實際布置斷面間距為3m。拱頂下沉測點和凈空變化測點布置于同一斷面，三臺階臨時仰拱法測點布置為拱頂下沉每段面一個，凈空變化每臺階一條水平側(cè)線。測點采用Φ20鋼筋埋設(shè)，采用全站儀+反光貼片非接觸量測法。

3.2 地表沉降測點布置

地表沉降測點布置前，首先放樣布置測點里程及布點范圍，然后對測點布點處地表注漿止?jié){板進(jìn)行鑿除，確保沉降測點布置到原地層，真實反映沉降數(shù)據(jù)。地表沉降測點和隧道內(nèi)測點布置在同一斷面里程。縱向間距3m，橫向間距3m（45°角范圍）。

3.3 拱頂下沉及凈空變化規(guī)律

圖4 工序施工監(jiān)控量測變化規(guī)律

（1）上、中、下臺階初期支護(hù)鋼支撐未重合之前

上臺階拱頂下沉及水平收斂，中、下臺階左右兩側(cè)超前導(dǎo)坑未與上臺階初期支護(hù)鋼支撐重合之前，拱頂下沉及凈空收斂值均在允許范圍之內(nèi)。

（2）中、下臺階開挖

中、下臺階左右兩側(cè)超前導(dǎo)坑一旦開挖，拱頂下沉立即加大，甚至超限，施工過程中，必須嚴(yán)格控制各級臺階核心土長度，及時施作臨時仰拱，確保各級臺階閉合成環(huán)。

（3）仰拱開挖

仰拱開挖過程中，監(jiān)控量測頻率改為30分鐘/次，監(jiān)控量測控制仰拱施工過程。鋼支撐每個連接處縮腳錨管、臨時仰拱、斜撐等設(shè)置后，仰拱開挖沉降變形值在允許范圍之內(nèi)。

4 施工注意事項

（1）隧道施工中，應(yīng)嚴(yán)格按照監(jiān)控量測實施要求及時進(jìn)行量測工作，施工過程中嚴(yán)格堅持以量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

（2）嚴(yán)格控制隧道安全步距，按照規(guī)范要求及監(jiān)控量測分析結(jié)果，組織仰拱、二次襯砌封閉成環(huán)。

（3）預(yù)留核心土長度依據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)超限時，及時施作臨時仰拱。

（4）臨時仰拱的安裝與拆除必須依據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)實施，不得為了確保施工操作便利等隨意拆除臨時仰拱。

5 結(jié)束語

隧道通過花崗巖全風(fēng)化富水地層，特別是洞口淺埋地段，地層加固注漿極其重要。為了達(dá)到控制地表沉降、加固地層及封閉地下水的效果，石筍山隧道采用水泥-水玻璃雙液注漿，較好的控制了注漿冒漿的現(xiàn)象；高度重視監(jiān)控量測在軟弱圍巖隧道施工的重要性，嚴(yán)格依據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，特別是核心土的預(yù)留長度，臨時仰拱的安裝、拆除時間控制方面；采用三臺階臨時仰拱九步開挖法較好的控制了掌子面穩(wěn)定，超前坑道對掌子面地下水源的超前引排等。

參考文獻(xiàn)：

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[3]關(guān)寶樹，趙勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù).人民交通出版社，2011年.

作者簡介：

陳庚，性別：男，年齡：35歲，技術(shù)職稱：工程師，工作單位：中鐵五局一公司贛龍指揮部，聯(lián)系電話（手機(jī)）：15185051799，通信地址：福建省龍巖市古田鎮(zhèn)上郭車村中鐵五局贛龍鐵路GL-5標(biāo)工程指揮部。