淺埋軟弱圍巖隧道下穿巖堆體進洞施工技術(shù)

閆志剛

（中國鐵建十二局集團第二工程有限公司， 山西　太原　030032）

引言

隨著經(jīng)濟的快速增長，高速鐵路逐步向西部山嶺重丘區(qū)延伸，為了適應(yīng)地形，克服高差、縮短里程、保護生態(tài)環(huán)境等原因而無法避免選址在不良地段。不僅極大地增加了施工難度，而且影響施工安全、延誤工期，增加工程造價、影響隧道工程的運營質(zhì)量和耐久性。本文以實際工程為依托，講述淺埋偏壓軟弱地段進洞施工技術(shù)。

為了降低隧道開挖時軟弱圍巖的位移變形機率，在隧道進洞前一般需要采取必要的措施保證進洞施工的安全。隨著隧道建設(shè)水平的不斷發(fā)展，國內(nèi)外在隧道進洞施工方面所采取的技術(shù)也日漸成熟先進?，F(xiàn)在大部分隧道進洞施工采用的是超前管棚支護、超前小導(dǎo)管注漿等支護措施[1，2]。

1　工程概況

1.1　地形

本隧道位于湖北省襄陽市保康縣后橋鎮(zhèn)和馬橋鎮(zhèn)境內(nèi)，隧址區(qū)處于荊山山脈北段，主山體呈北西～南東向延展，連綿起伏，地形切割較深、峰谷相間，隧道出口位于馬橋鎮(zhèn)塘兒河村。

1.2　地質(zhì)

?？邓淼繢1K504+550—DK513+980里程段穿越地層為志留系下統(tǒng)新灘組頁巖夾砂巖，灰色、灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理清晰，薄-中厚層狀，質(zhì)軟。強風(fēng)化帶厚5～10 m，以下為弱風(fēng)化帶，屬軟石。松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水主要受大氣降水和地表水補給，以潛水位主，局部具承壓性。出口段位于唐兒埡斷層?xùn)|側(cè)，間距約200 m，隧道走向與斷層走向垂直，隧道未與該斷層相交，線路于DK514+145附近與斷層相交，線路與斷層走向夾角75°。

1.3　氣象

?？悼h屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，四季分明，降水集中。保康縣年平均氣溫低山15℃，半高山12℃，高山7℃，極端最高氣溫為41.5℃，極端最低氣溫為-8℃。保康縣年降水量為710～1 000 mm。

1.3　周邊環(huán)境

隧道洞口上方有省級公路，車流量大。坡面上覆土層較厚，地表局部被墾為旱地，坡面植被發(fā)育灌木為主，部分坡麓地帶發(fā)育巖堆。斜坡上民房零星分布，有鄉(xiāng)村公路自坡麓地帶經(jīng)過，交通較為便利。

2　進洞施工方案

隧道出口巖堆體穩(wěn)定性較差，洞口失穩(wěn)風(fēng)險等級為高級，為降低施工風(fēng)險，采用截水天溝、抗滑樁、地表鋼花管、袖閥管注漿加固及超前大管棚對隧道洞口堆積體進行先期加固處理再施工，同時在隧道內(nèi)部從開挖到支護采用一系列的處理措施來減弱巖堆體對隧道的各種不良影響。

2.1　抗滑樁施工

隧道出口段位于塘兒山巖堆中部，工程施工開挖將使巖堆體中產(chǎn)生臨空面，上部巖堆體極易失穩(wěn)滑動，且洞口左側(cè)邊坡順層，經(jīng)過研究采用抗滑樁加固，與其它抗滑擋墻、錨桿等相比，其具有抗滑能力強、適用條件廣泛、不易惡化滑坡狀態(tài)、施工安全簡便,并能進一步核實地質(zhì)條件等突出優(yōu)點。施工中在 DK513+920—DK513+965段距隧道中線兩側(cè)14 m位置設(shè)置兩排抗滑樁加固。樁身采用人孔挖孔，隔樁開挖，開挖一節(jié)支護一節(jié)，待上一節(jié)護壁混凝土終凝后方可進行下一節(jié)施工。綁扎鋼筋籠時應(yīng)同時于4個角上的主筋或架立筋處各綁扎一根直徑為40 mm的金屬檢測管，作成樁檢測用。

2.2　地表注漿加固

保康隧道出口DK513+925—DK513+965段主要為細角礫土地層，整體性差，為確保施工安全，該段隧道中心線左右各13.0 m范圍地表采用注漿加固。在注漿范圍內(nèi)澆筑30 cm厚的C15鋼筋混凝土止?jié){盤，目的在于對地層注漿時防止?jié){液外流而影響到注漿的效果[3]。隧道開挖范圍內(nèi)采用Ф75袖閥管注漿加固，開挖輪廓線外采用Ф76鋼花管注漿加固，加固深度至 W2以下 0.5 m。DK513+965—DK513+980出口明洞段基礎(chǔ)采用Ф75袖閥管注漿加固。單向袖閥管示意圖如圖1所示。

圖1　單向袖閥管示意圖

2.3　洞口截排水溝

本著早進晚出，減少刷方、減少對原地層擾動，同時加強邊仰坡防護的原則進行洞口段施工。按設(shè)計要求，于邊仰坡開挖邊緣線外5～8 m設(shè)截水天溝，人工開挖并施作洞頂截水天溝，作好洞口地表防排水。建筑材料采用C25混凝土。天溝應(yīng)避開不良地質(zhì)，不穩(wěn)定地質(zhì)體，應(yīng)以較短途徑引排到自然穩(wěn)定的溝渠中。

2.4　洞口導(dǎo)向墻及大管棚施工

導(dǎo)向墻采用C20混凝土，截面尺寸1 m×1 m，為保證其基礎(chǔ)穩(wěn)定于拱腳處設(shè)置寬度為1.5 m的大拱腳。導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)3榀I22工字鋼架，鋼架間距0.3 m，鋼架外緣設(shè)Ф146 mm、壁厚5 mm的導(dǎo)向鋼管，鋼管與鋼架焊接，鋼架各單元由連接板焊接成型。

大管棚采用Ф108、壁厚6 mm熱軋無縫鋼管制成。大管棚環(huán)向間距0.4 m，外插角1～3°[4]。在鋼花管的周壁鉆注漿孔，孔徑10～16 mm,孔縱向間距15～20 cm，呈梅花形布置，尾部留不小于150 cm的不鉆孔止?jié){段。注漿壓力一般為1.0～2.0 MPa，具體漿液配合比、注漿壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體施工情況適當(dāng)調(diào)整。大管棚施作長度應(yīng)根據(jù)施工機具、地層巖性及導(dǎo)管安裝偏差等綜合確定。

2.5　隧道洞內(nèi)加固措施

隧道進洞開挖方式采用三臺階預(yù)留核心土非爆破開挖，邊開挖邊支護，盡早成環(huán)[5]。同時根據(jù)保康隧道正洞的地質(zhì)情況和圍巖變形情況，為控制圍巖大變形，施工過程中根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)變化及圍巖監(jiān)控量測等情況進行支護參數(shù)調(diào)整。著重對洞身拱架安設(shè)部位、拱架規(guī)格及間距進行加強，拱腳鎖腳錨管數(shù)量、長度增強，結(jié)構(gòu)物尺寸加強。具體加強為設(shè)計拱墻型鋼鋼架調(diào)整為全環(huán)型鋼鋼架，拱架規(guī)格提高，間距加密，拱架間縱向螺紋鋼連接調(diào)整為型鋼鋼架連接，交叉口段應(yīng)力集中部位設(shè)置雙層型鋼拱架；每處拱腳鎖腳數(shù)量加倍、長度增加；隧底增設(shè)鋼筋混凝土仰拱，交叉口襯砌厚度加厚。

2.6　監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是指導(dǎo)施工和確保安全的重要手段。通過施工中大量的量測收集數(shù)據(jù)，及時預(yù)測變形的發(fā)展趨勢，預(yù)報險情，以指導(dǎo)安全施工。監(jiān)控量測的項目有以下幾項：一是隧道進洞前在正洞上方每間隔5 m布設(shè)了6排5列地表沉降觀測點。二是洞內(nèi)施工過程中在洞身拱頂及邊墻部位布設(shè)了沉降、收斂監(jiān)控量測點，沿隧道走向每間隔5 m布設(shè)一組。三是襯砌澆筑完成后對隧道二次襯砌進行了拱頂沉降和邊墻收斂監(jiān)測，沿隧道走向每間隔5 m布設(shè)一組。四是隧道開挖、爆破以及襯砌澆筑完成全過程對抗滑樁級巖堆體進行了監(jiān)控量測。

3　結(jié)語

實踐證明，經(jīng)過對?？邓淼莱隹诙蔚目够瑯?、地表注漿加固、超前管棚成型、臺階法預(yù)留核心土開挖和洞內(nèi)拱部超前注漿小導(dǎo)管及鎖腳小導(dǎo)管注漿等技術(shù)，并且注意加強超前支護，堅持短進尺、非爆破開挖、強支護、盡早閉合成環(huán)，加大監(jiān)控量測的密度,實現(xiàn)了安全進洞，保證了施工安全，確保了工期，同時也節(jié)約了項目開支。

[1]韓劍.小康高速公路隧道進洞技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2009：87.

[2]張向東，李慶文，李桂秀，等.淺埋松軟地層管棚注漿施工引起地表沉降分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2013（S2）：4 091-4 097.

[3]孟亞凡.武隆隧道進口段淺埋軟弱圍巖的處理技術(shù)[J].西部探礦工程，2003（1）：99-101.

[4]高懷鵬，毛海東.長管棚預(yù)注漿超前支護技術(shù)在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應(yīng)用[J].公路，2005（10）：214-217.

[5]劉會.偏壓淺埋隧道洞口施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008（4）：44-47.