鐵路隧道淺埋偏壓施工技術(shù)的應(yīng)用

岳 嶺, 文 亮， 趙 龍

(中國水利水電第十工程局有限公司 ，四川 成都 610072)

1 概 述

老中鐵路芬果村二號隧道位于磨萬線班發(fā)當(dāng)站-萬榮站區(qū)間，設(shè)計速度為160 km/h，為單線隧道，全長1 872 m。DK278+856處隧道頂發(fā)育有沖溝，初始埋深不足2 m，DK278+885～DK278+980段實(shí)測地形與設(shè)計相符，埋深2～27 m，該段采用中管棚夾小導(dǎo)管超前支護(hù)，襯砌類型為VC復(fù)合式。針對所遇到的淺埋偏壓軟弱圍巖等特殊情況，為保證隧道施工安全與質(zhì)量，必須研究并制定相應(yīng)的施工技術(shù)。

2 隧道淺埋段采用的施工技術(shù)

DK278+885～DK278+980淺埋段長95 m,采用“地表處理+隧道內(nèi)處理”結(jié)合的方式處理。

隧道地表的處理：開挖前，對地表發(fā)育沖溝淺埋段進(jìn)行了回填反壓，夯填土石至隧道拱頂以上5 m，其表面夯填0.5 m厚的黏土隔水層，坡底設(shè)置C20混凝土擋墻。

隧道內(nèi)的處理：采用中管棚夾小導(dǎo)管的方式進(jìn)行處理，中管棚單根長6 m，縱向間距4.2 m，環(huán)向間距0.4 m，每環(huán)根數(shù)為27根。

隧道淺埋段通常處于埋深較淺、圍巖破碎、自穩(wěn)時間短、固結(jié)程度低的地層，若所采用的施工方法不妥，極易發(fā)生冒頂塌方或地表沉陷而危及施工安全。遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測、實(shí)回填、嚴(yán)治水”的原則施工[1，2]。

2.1 超前支護(hù)

DK278+885～DK278+980段采用φ60中管棚和φ42小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，環(huán)向每兩根中管棚之間等距設(shè)置兩根小導(dǎo)管，其他部位采用中管棚超前支護(hù)，其技術(shù)參數(shù)如下：

(1)中管棚采用熱軋無縫鋼花管制作，孔徑為8～10 mm，孔間距為10～20 cm,梅花形布置，前端成錐型，對其尾部設(shè)置長度不小于30 cm的無孔止?jié){段；

(2)小導(dǎo)管采用熱軋無縫鋼管，外插角為3°～5°。管口位置設(shè)φ6鋼筋加強(qiáng)環(huán)，防止施工時導(dǎo)管尾端變形；

(3)注漿：注漿采用水泥漿，強(qiáng)度等級不低于M10；注漿壓力一般為0.5～1 MPa。

2.1.1 管棚施工工藝

(1)導(dǎo)管制作。導(dǎo)管集中加工。(2)測量放樣。首先復(fù)核線路中線及高程，根椐復(fù)核后的控制點(diǎn)在掌子面標(biāo)出隧道中線及開挖斷面，在開挖輪廓線外10 cm畫出拱弧，在拱弧上用紅油漆按設(shè)計要求標(biāo)出孔位。(3)鉆孔清孔。采用風(fēng)鉆鉆孔，孔徑72 mm。施工中采用連接套鉆桿。鉆孔前對孔位進(jìn)行編號，按高孔位向低孔位的順序進(jìn)行鉆孔。鉆孔完成后應(yīng)立即清孔，用高壓風(fēng)管清除孔內(nèi)的浮渣，確保孔徑、孔深符合要求。(4)安設(shè)導(dǎo)管與止?jié){塞。清孔后下管，以免因坍孔而無法順利安裝。導(dǎo)管采用頂進(jìn)安裝，以人工頂進(jìn)為主，必要時輔以機(jī)械頂進(jìn)。在管口插入止?jié){塞，管口位置用鋼筋加強(qiáng)環(huán)緊固，檢查無誤后，將中管棚末端焊接在鋼架外緣，與鋼架組合成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)。(5)注 漿。注漿前，應(yīng)采用噴混凝土對開挖工作面進(jìn)行封閉，形成止?jié){墻，防止?jié){液回流影響注漿效果。水泥漿的水灰比為0.8∶1～1∶1，注漿壓力為0.5～1 MPa，全孔采用一次性注漿。注漿時先“單”號，再“雙”號孔。注漿順序按由低到高、由下往上，交錯進(jìn)行。

2.1.2 小導(dǎo)管施工工藝

小導(dǎo)管施工與中管棚施工工藝相同[3]。

2.2 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測作為隧道施工安全的保障，是判斷圍巖、支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性、調(diào)整開挖支護(hù)參數(shù)及確定二襯施作時間的依據(jù)。該淺埋段監(jiān)控量測為地表沉降、拱頂下沉、凈空變化和隧道內(nèi)外觀察。

(1)地表沉降。地表沉降觀測點(diǎn)按普通水準(zhǔn)點(diǎn)于隧道開挖前埋設(shè)，與隧道內(nèi)的觀測點(diǎn)布置在同一斷面。地表沉降采用電子水準(zhǔn)儀或全站儀量測，精度為0.5～1 mm。地表沉降基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)于地表沉降影響范圍之外，觀測點(diǎn)按縱、橫向各3 m布置。地表沉降量測直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止為止。

(2)拱頂下沉和凈空變化。拱頂下沉測點(diǎn)和凈空變化測點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上，監(jiān)控量測斷面按照縱向間距不大于5 m布設(shè)且應(yīng)與地表沉降觀測斷面對應(yīng)。當(dāng)圍巖不穩(wěn)定數(shù)據(jù)變化較大時，結(jié)合施工方法增設(shè)臨時加密觀測點(diǎn)，量測斷面間距可根據(jù)圍巖段落的長度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，但每種巖層至少設(shè)一個量測斷面。每個量測斷面處設(shè)置一個拱頂下沉測點(diǎn)，每個臺階設(shè)置一條水平測線。

(3)監(jiān)控量測頻率。一般情況下，考慮測線位移速率、距工作面距離，按表1中的取值確定地表沉降、拱頂下沉、凈空變化量測頻率。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件變差或量測值出現(xiàn)異常時將量測頻率加大，必要時每2～5 h量測一次。當(dāng)變形穩(wěn)定時，可適當(dāng)降低量測頻率。當(dāng)同一斷面內(nèi)各測線變形速度不同時，以產(chǎn)生最大變形速度的測線確定全斷面的量測頻率。該淺埋段按最少2次/d進(jìn)行量測。

表1 量測頻率控制表

(4)資料整理。形成隧道內(nèi)、外觀察記錄表， 拱頂下沉、凈空變化量測記錄表與地表沉降觀測記錄表，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)異常及出現(xiàn)預(yù)警情況時采取相應(yīng)的措施[4]。

2.3 超前地質(zhì)預(yù)報

由施工圖得知該淺埋段塌方的初始風(fēng)險極“高”，超前地質(zhì)預(yù)報方法為地質(zhì)調(diào)查、WT1(TSP法)、ZT1和加深炮孔(5孔)幾種，隨時掌握前方地質(zhì)情況、地下水賦存情況、巖體破碎程度等，用以指導(dǎo)下一步的開挖方法和支護(hù)措施。

2.4 開挖施工

該淺埋段巖體為V級圍巖，采用挖掘機(jī)開挖，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，開挖后及時施作初期支護(hù)，盡量少擾動圍巖。

(1)開挖采用三臺階法，上臺階在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，開挖時預(yù)留核心土，中臺階長15～20 m，下臺階左右側(cè)錯距(2～3 m)同步開挖，循環(huán)進(jìn)尺為1榀鋼拱架間距(60 cm)，施作初期支護(hù)，即初噴4 cm厚混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立鋼架并設(shè)鎖腳錨管。鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

(2)開挖仰拱，循環(huán)進(jìn)尺不大于2榀鋼拱架間距(120 cm)，開挖完成立即進(jìn)行鋼拱架封閉成環(huán)，施作隧底噴射混凝土[5]。

2.5 初期支護(hù)

初期支護(hù)由錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架和噴射混凝土組成，初期支護(hù)的注意事項為：①初期支護(hù)緊跟開挖，及時施作，縮短圍巖暴露時間；②巖層開挖完成后，先噴射一層混凝土，再施作錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，能及時有效地控制圍巖的變形，防止巖塊墜落的產(chǎn)生，充分發(fā)揮圍巖的自承能力；③鋼拱架必須置于穩(wěn)固基面上，必要時采取墊鋼板的方式加以穩(wěn)固；每榀鋼拱架落底后加設(shè)一組鎖腳錨管，置于其上50 cm位置,鋼拱架與巖面之間必須噴混凝土密實(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)空洞及填充石渣；④對于圍巖軟弱、變形較大及滲水嚴(yán)重等部位適當(dāng)增加系統(tǒng)錨桿；⑤仰拱初期支護(hù)應(yīng)盡早施作，及時封閉成環(huán)。施工前，將虛渣、雜物、積水等清除干凈，超挖部分采用與襯砌同等級的混凝土回填[6]。

2.6 防排水施工

隧道圍巖若有較多的滲水將影響圍巖的自穩(wěn)性，甚至引發(fā)坍塌等安全事故。因此，必須重視并做好防排水工作。由拱頂處開始不斷向邊墻下端敷設(shè)透水管，待其到達(dá)邊墻下端后，按2 m的間距布設(shè)橫向泄水管，通過排水溝將水排出隧道外。

在防水板鋪設(shè)之前，應(yīng)處理好初支結(jié)構(gòu)表面，用細(xì)石混凝土進(jìn)行找平。先在初支結(jié)構(gòu)表面固定熱熔墊片，然后將防水板焊接于墊片上，防水板的鋪設(shè)必須達(dá)到平順且松緊適當(dāng)。鋪設(shè)完成進(jìn)行檢查合格后方能進(jìn)行下道工序施工[6]。

2.7 混凝土襯砌

二襯采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為45 cm且?guī)Ｗ{。二襯施作一般在圍巖和初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定后進(jìn)行，在淺埋段應(yīng)盡早施作二襯[6]。

3 結(jié) 語

截至目前，該隧道淺埋段施工已經(jīng)完成，施工中未發(fā)生安全問題與事故，經(jīng)檢驗(yàn)隧道各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計與規(guī)范要求，說明在淺埋偏壓軟弱圍巖條件下采用以上施工技術(shù)合理可行，能夠在保證安全的基礎(chǔ)上達(dá)到較高的質(zhì)量水平，所取得的經(jīng)驗(yàn)值得同類工程參考借鑒。