鐵路隧道超前以及初期支護(hù)施工技術(shù)

王 巖

（中鐵十九局集團(tuán)第七工程有限公司，廣東珠海 519020）

0 引言

該隧道工程位于重慶市渝北區(qū)統(tǒng)景鎮(zhèn)，為正線雙線隧道，隧道起訖DK100 km+640 m～DK104 km+105 m，全長3465 m，中心里程DK102 km+372.5 m，最大埋深177 m，最小埋深16 m；洞身 DK101 km+736.9 m～DK102 km+911.99 m 段為半徑2000 m的右偏曲線，DHZQ-6標(biāo)東泉隧道為單洞雙線隧道，全長3465 m，Ⅱ級圍巖標(biāo)準(zhǔn)斷面每延米開挖量為101.98 m3，Ⅲ級圍巖標(biāo)準(zhǔn)斷面每延米開挖量為114.22 m3，Ⅳ級圍巖標(biāo)準(zhǔn)斷面每延米開挖量為118.86 m3，Ⅴ級圍巖標(biāo)準(zhǔn)斷面每延米開挖量為124.12 m3；噴射混凝土厚度≥5 cm；初噴混凝土厚度≥4 cm。鋼筋網(wǎng)用鋼筋直徑一般為（6～8）mm。錨桿長度Ⅱ級圍巖≥2.5 m，Ⅲ，Ⅳ級圍巖≥3 m，Ⅴ級圍巖≥3.5 m。以此工程為例，對鐵路隧道超前以及初期支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

2 隧道地質(zhì)情況以及支護(hù)方案

2.1 隧道地質(zhì)情況

隧道施工范圍主要地質(zhì)以Ⅳ，Ⅴ類圍巖為主，巖性為白云巖夾泥質(zhì)白云巖、嘉陵江組石灰?guī)r、灰?guī)r、白云巖、角礫狀灰?guī)r等可溶巖，并且存在采空區(qū)、地下暗河等。隧道進(jìn)口斜坡較緩，自然斜坡基本穩(wěn)定，覆蓋土層不厚，基巖以泥巖為主，巖層陡傾。土層及基巖強風(fēng)化層厚（4～5）m，穩(wěn)定性差，邊仰坡開挖易坍塌。工程地質(zhì)條件一般。隧道出口端斜坡也較緩，覆蓋（0～2）m土層，基巖以角礫狀灰?guī)r為主，溶隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差，左側(cè)上游堆存煤礦棄碴，對洞口開挖有影響。橫洞位于公路坎下，斜坡較陡，拋填約3 m厚的石塊，松散、穩(wěn)定性差，開挖極易坍塌，溶隙較發(fā)育、易掉快。

2.2 隧道支護(hù)方案

（1）應(yīng)用VC形對進(jìn)口及出口段進(jìn)行襯砌，同時應(yīng)用超前小導(dǎo)管以及鋼架加強支護(hù)，為了避免開挖施工完成后，隧道發(fā)生蠕變現(xiàn)象，出口地表位置需要采取注漿施工辦法，達(dá)到圍巖加固的作用。

（2）針對采空區(qū)，需要應(yīng)用大管棚超前支護(hù)或者超前小導(dǎo)管支護(hù)措施進(jìn)行支護(hù)，如果采空區(qū)域為填充性的，那么盡量采取加固的方式進(jìn)行注漿。

（3）為了保證洞內(nèi)情況穩(wěn)定，需要應(yīng)用型鋼進(jìn)行支護(hù)，充分考察現(xiàn)場施工情況，報送至監(jiān)理與設(shè)計單位，完成施工現(xiàn)場紀(jì)要的核實工作，然后對鋼拱架型號及其間距進(jìn)行調(diào)整。

（4）嚴(yán)格按施工順序組織施工。

（5）在開始施工之前，為了避免涌水以及塌方的現(xiàn)象發(fā)生，根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，對開挖尺寸以及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整。

（6）為了減少巖層暴露和松動，最終造成地壓增加，盡可能縮短施工工序之間的間隔，完成施工后，應(yīng)用全斷面進(jìn)行襯砌封閉。

（7）圍巖沉降一旦發(fā)生異常，為了及時掌握圍巖的動態(tài)，適當(dāng)增加監(jiān)控測量的頻率，保證下一工序施工時，可以按可靠的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，進(jìn)一步保證整個斷層地段可以平穩(wěn)的施工。

3 超前支護(hù)施工方法及工藝

3.1 超前大管棚

隧道口段地質(zhì)條件較差，暗洞進(jìn)洞的位置應(yīng)用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，暗洞洞身淺埋地段應(yīng)用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)。

（1）管棚布置（圖1）。應(yīng)用長35 m，壁厚為6 mm的熱軋無縫鋼花管制作隧道進(jìn)出口超前大管棚，橫洞洞口大管棚需要設(shè)置在隧道拱部，應(yīng)用長為31 m無縫鋼花管進(jìn)行制作?？刂乒芘锿獠褰窃?°～3°。管棚需要設(shè)置應(yīng)用C20混凝土澆筑的導(dǎo)向墻。

圖1 大管棚導(dǎo)管施工

（2）管棚制作和安裝。充分考慮施工設(shè)備情況，開挖施工至管棚段時，預(yù)留下臺階不進(jìn)行開挖施工，充當(dāng)混凝土導(dǎo)向墻和管棚的施工平臺。平臺兩側(cè)寬度為1.5 m，寬度為2.5 m，平臺高度為2 m。管棚導(dǎo)向墻應(yīng)用C20混凝土護(hù)拱充當(dāng)，導(dǎo)向墻需要緊貼仰坡面，設(shè)置在隧道開挖輪廓線以外。為了保證導(dǎo)向墻穩(wěn)定，導(dǎo)向墻內(nèi)部需要設(shè)置鋼拱架充當(dāng)環(huán)向支撐，采取焊接的方式將導(dǎo)向管焊接在鋼拱架上。應(yīng)用鋼管制作管棚，管壁需要進(jìn)行打孔處理,設(shè)置時按梅花形進(jìn)行布置，設(shè)置孔徑在（10～16）mm，孔間距設(shè)置在（150～200）mm范圍內(nèi)，鋼管尾部需要預(yù)留100 cm的止?jié){段，該段不需要進(jìn)行鉆孔處理[1]。

鉆孔施工時，按照先兩邊后中間，先上面后下面的施工順序進(jìn)行施工。為了避免鉆工施工過程中，鉆機出現(xiàn)擺動或者傾斜的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致鉆孔質(zhì)量受到影響，方木間以扒釘連接牢固。鉆孔施工的過程中，需要應(yīng)用到的設(shè)備為液壓鉆機鉆孔。選擇鉆機時，必須充分考慮孔深以及孔徑的相關(guān)要求，施工要求鉆機必須平穩(wěn)靈活，可以在360°范圍內(nèi)完成鉆孔。為了降低鉆機以為造成鉆孔出現(xiàn)偏差，精準(zhǔn)的控制鉆具立軸方向，在鉆進(jìn)施工過程中，應(yīng)用測斜儀對鉆桿鉆進(jìn)的偏斜度進(jìn)行測量，一旦發(fā)生偏斜超過相關(guān)要求，及時進(jìn)行糾正?？刂乒芘锃h(huán)向間距為40 cm，控制頸向誤差不能超過20 cm，控制相鄰鋼管之間環(huán)向誤差不能超過5 cm。

（3）下管、清孔、放鋼筋籠。對鉆孔進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果合格，適當(dāng)接長鋼管，應(yīng)用鉆機旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)將其頂進(jìn)孔內(nèi)，頂進(jìn)的過程中，一旦遇到故障，立即進(jìn)行清孔，然后再次插入鋼管。為了不斷改善管棚的受力條件，需要將接頭錯開，鋼管接頭要錯開連接，控制接頭數(shù)量不能超過鋼管數(shù)量的一半，控制相鄰鋼管接頭錯開距離必須超過1 m。

（4）注漿。應(yīng)用注漿泵進(jìn)行管棚內(nèi)水泥漿的壓注施工。在注漿開始前，為了確定外加劑的參入量以及相關(guān)注漿參數(shù)，需要對現(xiàn)場的注漿條件進(jìn)行試驗。控制注漿壓力在（0.5～1）MPa，注漿施工的過程中，按先稀后濃的施工原則進(jìn)行。

3.2 超前小導(dǎo)管及預(yù)注漿施工

（1）小導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。超前小導(dǎo)管直徑42 mm。為了方便插入操作，避免漿液出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，需要將小導(dǎo)管的前段加工成為錐形。小導(dǎo)管中間部位需要鉆注漿孔，注漿孔直徑約為7 mm的注漿孔，為了防止注漿出現(xiàn)死角，注漿孔需要呈梅花形進(jìn)行布置，控制相鄰注漿孔之間的間距為（10～20）cm，為了避免漏漿的現(xiàn)象發(fā)生，尾部1 m范圍內(nèi)不能進(jìn)行鉆孔施工，為了防止打設(shè)小導(dǎo)管過程中端部出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，小導(dǎo)管末端設(shè)置環(huán)形箍筋。

（2）鉆孔。應(yīng)用紅漆將小導(dǎo)管的孔位進(jìn)行標(biāo)識，沿著垂直于開挖面進(jìn)行鉆孔，嚴(yán)格按設(shè)計圖紙進(jìn)行仰角設(shè)置。成孔方式為風(fēng)槍成孔。在鉆孔施工過程中，為了保證孔位順直，避免鉆桿出現(xiàn)擺動的現(xiàn)象。當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計深度后，為了防止塌孔現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)用吹管將碎渣吹出。

（3）頂管。鉆孔內(nèi)部插入鋼花管，管尾后段30 cm的位置，應(yīng)用麻絲纏繞在管壁上，為了保證穩(wěn)固密實，應(yīng)用膠帶纏緊。開始鉆進(jìn)，將鋼花管頂入圍巖中，控制鋼管的頂進(jìn)長度必須超過90%管長[2]。

（4）固定。頂管深度達(dá)到設(shè)計孔深后，孔口位置應(yīng)用水泥水玻璃膠泥進(jìn)行封堵。孔口盡量超過噴射混凝土面15 cm，完成鋼拱架的安裝后，需要和鋼拱架進(jìn)行焊接。

（5）壓水。完成管路的連接，為了保證管路沒有滲漏的現(xiàn)象發(fā)生，需要進(jìn)行壓水試驗。

（6）小導(dǎo)管注漿（圖2）。應(yīng)用注漿泵進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿。選擇水泥砂漿作為漿液，水灰比控制在1∶1，施工過程中，水灰比通過試驗室進(jìn)行確定，水泥強度如果低于42.5，不能投入施工。

圖2 小導(dǎo)管注漿施工

為了保證固結(jié)效果，必須注入充足的注漿液，同時保證注漿液可以在一定范圍內(nèi)擴散。在注漿施工過程中，控制注漿壓力在（0.5～1）MPa，施工過程中，嚴(yán)格按試驗確定的參數(shù)進(jìn)行注漿。工程應(yīng)用低壓加固注漿的方式，為了避免跑漿現(xiàn)象發(fā)生，注漿盤要用噴射混凝土進(jìn)行封閉。

注漿施工前要格外注意，為了避免降壓漿液沖出對工作人員造成危害，仔細(xì)檢查注漿泵以及接頭的牢固程度。必須注意壓力變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即采取有效措施進(jìn)行處理。隨時對串漿以及跑漿現(xiàn)象進(jìn)行觀察，一旦發(fā)生，立即停止注漿施工，采取有效措施進(jìn)行解決后，方可繼續(xù)注漿。

4 結(jié)束語

通過對上述施工工序進(jìn)行嚴(yán)格控制后，順利完成了隧道支護(hù)施工，隧道超前支護(hù)和隧道初期支護(hù)均達(dá)到設(shè)計要求，取得良好施工效果。