巖地層大斷面暗挖車站主動(dòng)支護(hù)施工技術(shù)研究

寧凱飛

（中國(guó)鐵建昆侖投資集團(tuán)有限公司，四川成都 610041）

0 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)的施工單位在隧道施工時(shí)，都是以巖體力學(xué)研究理論作為依據(jù)，將圍巖自身的承受性能作為前提基礎(chǔ)。利用預(yù)應(yīng)力錨桿以及噴射混凝土，對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)，嚴(yán)格把控圍巖的變形狀況，通過(guò)監(jiān)測(cè)變形量指導(dǎo)施工。錨桿支護(hù)會(huì)對(duì)隧道施工的安全性造成巨大的影響，利用錨桿對(duì)圍巖進(jìn)行加固，促使圍巖形成良好的拱形支撐結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

以錦江路車站施工項(xiàng)目作為研究案例。該項(xiàng)目隧道圍巖級(jí)別為V 級(jí)，屬于特大斷面暗挖隧道。車站主體采用雙層初支拱蓋法施工，站臺(tái)設(shè)計(jì)為地下兩層島式站臺(tái)。該項(xiàng)目起止樁號(hào)設(shè)計(jì)為YDK37+101.0—YDK37+317.0，標(biāo)準(zhǔn)段的寬度設(shè)計(jì)為19.90m，車站總建設(shè)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為216m，總建筑面積設(shè)計(jì)為15619m2。車站兩側(cè)多為多層或高層房屋，房屋結(jié)構(gòu)主要為磚混和混凝土框架結(jié)構(gòu)，到主體結(jié)構(gòu)的最小凈距約為5.7m。黃河路與錦江路交叉口設(shè)天橋，天橋樁基到主體結(jié)構(gòu)的最小凈距約為2.4m。站址范圍內(nèi)的管線大多分布于主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)，拱頂上方覆土較淺，施工期間對(duì)上部管線影響較大。拱部基本位于全風(fēng)化泥巖地層，上覆地層較為軟弱，巖層走向與線路中線近乎平行，傾向線路右側(cè)?；娱_挖后，線路左側(cè)（基坑西側(cè)）存在順層問(wèn)題，施工時(shí)易產(chǎn)生順層滑動(dòng)、坍塌、掉塊等現(xiàn)象。

2 施工方案

該項(xiàng)目主要由一站兩區(qū)間隧道構(gòu)成，其中錦江路車站設(shè)計(jì)采用暗挖作業(yè)方式。錦江路車站的開挖作業(yè)方式，采用大斷面非爆破開挖形式。具體的開挖方法為：雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖；隧道的支護(hù)形式為大管棚超前支護(hù)形式；蓋挖法進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，鋼拱架噴錨支護(hù)。

3 主動(dòng)支護(hù)施工技術(shù)

3.1 大管棚超前支護(hù)

如若超前小導(dǎo)管無(wú)法對(duì)隧道拱頂部位的圍巖變形狀況進(jìn)行控制，應(yīng)該使用φ159 大管棚替換φ42 注漿小導(dǎo)管。在實(shí)際施工中，可以結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況進(jìn)行確定[1]。

3.1.1 大管棚施工工藝流程

大管棚注漿作業(yè)的具體流程主要是：開挖斷面封閉—鉆孔作業(yè)—插打管棚—注漿作業(yè)—注漿質(zhì)量檢測(cè)等。

3.1.2 大管棚加工與安裝

大管棚使用規(guī)格為φ159 的無(wú)縫鋼管，鋼管的前端需加工為尖錐狀，為施工人員提供施工便利，避免注漿過(guò)程中出現(xiàn)漿液前沖現(xiàn)象。大管棚的中間部位需要設(shè)置注漿孔，注漿孔的孔徑設(shè)置為φ8～12mm，注漿孔應(yīng)該設(shè)置為梅花形，注漿孔的間距設(shè)置為20cm。在大管棚端部1m 范圍內(nèi)，不鉆孔，避免注漿過(guò)程中出現(xiàn)漏漿事故。為了提高大管棚及鋼管樁的抗彎能力，在鋼管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠。鋼筋籠由4 根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為18mm，φ76 固定環(huán)采用短管節(jié)，將其與主筋焊接，按1m 間距設(shè)置。

3.1.3 注漿設(shè)備及注漿材料

為保證注漿作業(yè)順利完成，可以使用FBY 雙液注漿機(jī)，進(jìn)行單液注漿操作。

注漿材料使用普通硅酸鹽水泥。將清水倒入攪拌容器，再將標(biāo)準(zhǔn)比例的水泥加入攪拌容器，攪拌均勻，作為備用。漿液的備制量可以根據(jù)實(shí)際需求確定。

3.1.4 注漿順序

注漿作業(yè)應(yīng)該沿著無(wú)水孔向有水孔注漿，按照間隔進(jìn)行施作。在正式施工過(guò)程中，詳細(xì)記錄每一個(gè)環(huán)節(jié)，記錄的內(nèi)容包括：導(dǎo)管長(zhǎng)度、注漿壓力、注漿持續(xù)時(shí)間、漿液消耗量等，便于對(duì)后續(xù)路段的地質(zhì)條件進(jìn)行分析[2]。

3.1.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔注漿作業(yè)完成的依據(jù)：

（1）注漿壓力不斷提高，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值以后，持續(xù)注漿10min；

（2）進(jìn)漿量至少達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%；

（3）進(jìn)漿速度不超過(guò)初期進(jìn)漿速度的25%。

3.1.6 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

管棚施工質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)可以參照表1 中信息所示。

表1 大管棚驗(yàn)收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.1.7 施工注意事項(xiàng)

（1）施工人員應(yīng)該嚴(yán)格把控漿液的配合比及膠凝時(shí)間。當(dāng)漿液的配合比確定后，可以利用漿液的膠凝時(shí)間對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)檢測(cè)漿液固結(jié)以后的強(qiáng)度，最后確定最佳配合比。

（2）注漿作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)該嚴(yán)格把控注漿壓力，保證注漿作業(yè)的終壓符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)達(dá)到終壓設(shè)計(jì)值以后，持續(xù)穩(wěn)定注漿壓力10min，保證漿液的擴(kuò)散范圍符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。需要注意的是，注漿壓力不得超過(guò)設(shè)計(jì)值，避免出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。在施工過(guò)程中，如若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，可以采取以下有效措施：一是適當(dāng)降低注漿壓力或采用間歇式注漿方法；二是注漿效果：通過(guò)進(jìn)漿量或者揭露法檢驗(yàn)注漿效果[3]。

3.2 初期支護(hù)

3.2.1 施工流程

具體的施工流程為：施工前的準(zhǔn)備工作—布設(shè)注漿孔—鉆孔—插打錨桿—注漿作業(yè)—預(yù)應(yīng)力張拉—施工質(zhì)量驗(yàn)收。

3.2.2 鉆孔

（1）鉆頭選擇。預(yù)應(yīng)力錨桿的桿徑設(shè)計(jì)為44mm，鉆頭使用45mm。結(jié)合實(shí)際情況，部分錨桿的安裝存在較大的難度，需要額外施加外部作用力。實(shí)際施工時(shí)，殼頭膠帶受到損壞，導(dǎo)致殼頭張開，無(wú)法直接安裝，即使安裝也不符合質(zhì)量要求；使用51mm 的鉆頭進(jìn)行鉆孔作業(yè)，成孔的孔徑為53mm，插打錨桿以后，由于孔徑偏大，導(dǎo)致殼頭無(wú)法完全張開；使用48mm 的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，成孔的孔徑大概為50mm，預(yù)應(yīng)力錨桿安裝比較順利。由此可以確定，鉆頭直徑應(yīng)該適當(dāng)?shù)拇笥跉ゎ^直徑3～4mm，孔徑應(yīng)大于殼頭直徑5mm。

（2）鉆孔順序。鉆孔作業(yè)應(yīng)該自上而下進(jìn)行，使用手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)設(shè)備進(jìn)行鉆孔。使用三臂鑿巖機(jī)的1、3 號(hào)臂作業(yè)中，應(yīng)該將孔位的間距設(shè)置為1～2 個(gè)錨桿。

（3）清孔。成孔作業(yè)完成以后，應(yīng)該及時(shí)清孔。使用高壓風(fēng)清孔，保證孔內(nèi)不存在碎屑、雜土等。

3.2.3 錨桿安裝

在插打錨桿之前，可以先組裝錨桿，并檢查錨桿端部的殼頭扎帶是否損壞。如若發(fā)現(xiàn)扎帶損壞，應(yīng)該立即更換，并重新組裝錨桿。

3.2.4 注漿

正式注漿之前，先安裝注漿接頭。使用KBY-50/70 型號(hào)的設(shè)備進(jìn)行注漿，注漿的順序?yàn)橛上孪蛏?。使用攪拌設(shè)備直接攪拌漿液，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求量進(jìn)行攪拌，漿液的水灰比設(shè)置為1∶1。按照注漿效果，不斷對(duì)注漿的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，保證注漿質(zhì)量。注漿壓力控制在0.5～1MPa，在注漿過(guò)程中，需要對(duì)注漿漿液的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.5 錨桿張拉

當(dāng)錨桿安裝就位以后，施工人員旋轉(zhuǎn)錨桿并向外拉，拉出桿件。在這個(gè)過(guò)程中，殼頭會(huì)張開并與巖壁充分咬合。

3.3 拱蓋施工

車站大拱蓋左右導(dǎo)洞采用定制臺(tái)車施工。導(dǎo)洞拱蓋臺(tái)車大樣如圖1 所示。

圖1 導(dǎo)洞拱蓋臺(tái)車大樣圖（單位：mm）

左右中導(dǎo)洞采用拼裝臺(tái)架，其中鋼模體系由長(zhǎng)1000mm 厚50mm 的小鋼模板組成，鋼板內(nèi)側(cè)1000mm均布18#工字鋼，型鋼垂直分布于工字鋼下150mm×150mmH 型鋼。螺桿體系由6 根可調(diào)節(jié)式φ80 螺桿（3 根豎直分布，3 根斜向分布）組成，基座由25b 工字鋼焊接而成。拼裝臺(tái)架大樣如圖2 所示。

圖2 拼裝臺(tái)架大樣圖

3.3.1 施工工藝流程

初支平整（背后注漿）—測(cè)量放樣—安裝臺(tái)車（拼裝臺(tái)架）—安裝拱架—澆筑混凝土。

3.3.2 施工方法

（1）初支平整：拱蓋施工前，首先進(jìn)行初支背后注漿工作，并對(duì)初支表面各滲漏點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)注漿堵水，完成初支背后注漿工作。

（2）測(cè)量放樣：拱蓋施工前，測(cè)量人員對(duì)拱蓋位置進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)左右導(dǎo)洞臺(tái)車進(jìn)行復(fù)核和驗(yàn)收，臺(tái)車中線及輪廓線需符合要求。位置復(fù)核確認(rèn)前，不得進(jìn)行拱蓋施工。

（3）拼裝臺(tái)架

（a）仰拱澆筑或者平整安裝場(chǎng)地，找到隧道中心線，然后按臺(tái)車門架中心尺寸鋪設(shè)枕木，縱向每50～80cm 鋪一個(gè)（枕木型號(hào)根據(jù)設(shè)計(jì)定）；再把軌道放在枕木上，調(diào)直軌道；測(cè)量2 根軌道之間的寬度，必須與設(shè)計(jì)門架寬度符合，誤差不能大于10mm。

（b）把行走輪組吊到現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)整前后距離放好；吊下縱梁放置在行走輪組上，用螺栓連接鉸耳座板；再把下縱梁和行走輪組吊起，放置在軌道上；利用工地上的鋼管、角鋼、槽鋼，支撐下縱梁。以同樣的方法組裝另一邊的下縱梁，在吊車起吊時(shí)，調(diào)整下縱梁的前后方向和左右寬度，使2 根下縱梁在同一斷面上，符合門架中心寬度，然后加固支撐下縱梁。

（c）把門架立柱和門架橫梁組裝好，一起吊起，放在下縱梁上，調(diào)整距離，用螺栓固定。把門架全部組裝完后，組裝門架縱向連接梁，然后組裝剪刀架。把所有門架部件組裝好后，旋緊所有門架上的螺栓。門架上的所有螺栓必須牢固，不能有松動(dòng)。

（d）在門架橫梁上鋪設(shè)模板，繼續(xù)組裝上縱梁。把上縱梁安置在相應(yīng)位置，調(diào)整好尺寸。

（e）把上部小立柱分別組裝在弦梁的相應(yīng)位置，用吊車吊至上縱梁上，采用螺栓連接上縱梁、弦梁。所有上部小立柱和弦梁組裝完畢，調(diào)整弦梁對(duì)角尺寸，控制在10mm 之內(nèi)。固定上縱梁，上部部件組裝完畢。調(diào)整鋪設(shè)木板，采用鐵絲綁扎木板，便于施工人員行走，組裝和調(diào)整模板方便、安全。

（f）組裝頂模板。先吊長(zhǎng)頂模板，至上部對(duì)好，模板連接盒與小立柱、弦梁，采用螺栓連接。然后吊短頂模板，至上部對(duì)好，模板連接盒與小立柱、弦梁，采用螺栓連接。按此方法把所有頂模板組裝完畢后，調(diào)整模板與模板之間連接縫隙。模板調(diào)平后，旋緊連接螺栓固定，旋緊連接盒與小立柱、弦梁之間的螺栓。把所有頂模板調(diào)整好后，準(zhǔn)備組裝邊模板。

（g）組裝邊模板。首先把邊模板按順序吊起，吊至頂模板下，對(duì)好鉸耳位置，采用銷子連接。穿好兩邊銷子，進(jìn)行下一塊邊模板組裝。以此方法組裝好所有邊模板，將邊模板連接梁吊至相應(yīng)位置，用螺栓連接固定好。把所有邊模板連接梁組裝完畢，開始調(diào)整邊模板，按照頂模板的調(diào)整方法調(diào)整邊模板。

（h）邊模板調(diào)整完畢后，將液壓站吊至操作平臺(tái)上，加液壓油，接通臺(tái)車上的電源。然后組裝頂升油缸、平移油缸、邊模油缸、鋪設(shè)油管，連接油管。油管連接完畢后，調(diào)試液壓系統(tǒng)至正常，掛絲桿千斤、基礎(chǔ)千斤，臺(tái)車組裝完畢。

（i）臺(tái)車進(jìn)場(chǎng)需報(bào)檢驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)場(chǎng)安裝。臺(tái)車安裝由廠家專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行。安裝完成后，須進(jìn)行整體驗(yàn)收，包括臺(tái)車中線、輪廓線等。驗(yàn)收合格后，投入拱蓋施工使用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在面對(duì)大斷面暗挖施工項(xiàng)目時(shí)，可以利用大管棚超前支護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨桿施工技術(shù)對(duì)隧道拱頂進(jìn)行試壓，取得良好的應(yīng)用效果。對(duì)大管棚和預(yù)應(yīng)力錨桿的適應(yīng)性進(jìn)行技術(shù)可行性研究，期望能夠提高我國(guó)的隧道建設(shè)水平，促進(jìn)我國(guó)的交通行業(yè)獲得良好的發(fā)展。