鐘公隧道煤系地層段的施工措施

摘要通過對(duì)鐘公隧道煤系地層段在施工過程中的所遇到的各種問題的分析，針對(duì)這些問題提出具體施工方案和措施，使得施工得以順利進(jìn)行，很好的解決了煤系地層段隧道的施工難題。同時(shí)總結(jié)出的各種行之有效的施工經(jīng)驗(yàn)，為以后類似煤系地層隧道施工提供幫助。

關(guān)鍵詞煤系地層 隧道 施工措施

中圖分類號(hào):U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

隨著我國對(duì)高速公路建設(shè)的加大投入，有些公路隧道不可避免的穿過煤系地層和采空區(qū)，但我國在類似的工程地質(zhì)條件下建成的隧道實(shí)例較少，缺乏可借鑒的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)。因此，針對(duì)穿越煤系地層隧道在施工過程中所遇到的一些問題，找出針對(duì)性的整治措施和解決方法，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。

1 工程概括

廈門至成都國家高速公路是國家規(guī)劃的“7918”國家高速公路網(wǎng)的“第十六橫”，瑞金至贛州高速公路是廈蓉高速在江西境內(nèi)的一段，位于江西省南部，它同時(shí)是江西省“三縱四橫”公路主骨架網(wǎng)中“第四橫”的一部分。鐘公隧道所在的第AS6標(biāo)段起訖樁號(hào)為K69+700～K72+712.696，起于會(huì)昌縣白鵝鄉(xiāng)鐘公山，途經(jīng)于都縣禾豐鎮(zhèn)石逕村、黃竹村和黃泥村。鐘公隧道被譽(yù)為瑞贛高速公路全線的“咽喉要道”、“主控工程”，是江西省在建高速公路第三長隧。鐘公隧道起點(diǎn)位于會(huì)昌縣白鵝鄉(xiāng)九嶺村附近，為上下行分體式隧道，按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD70-2004分類[39]，該隧道屬于公路特長隧道。

鐘公隧道處于贛中南低山丘陵區(qū)，穿過4條斷層破碎帶，圍巖破碎，節(jié)理發(fā)育，隧道區(qū)水文地質(zhì)條件較差，地下有裂隙水和第四系孔隙水，區(qū)域地震基本烈度為Ⅵ度，且存在活動(dòng)斷裂，此外該地段還具有流沙段、涌水、巖爆等隧道施工忌點(diǎn)，總體施工難度很大。路線段K71+260～K73+680穿越煤系地層，巖層非常松軟，而且富水偏壓，存在小煤窯采空區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度相當(dāng)大，初期支護(hù)在施工的過程中多次開裂。鐘公隧道參數(shù)見表1。

2 隧道煤系地層段開挖后出現(xiàn)的地下水問題

2.1 開挖后滴水、股水

鐘公隧道在煤系地層中施工時(shí)，地下水豐富，滴水、股水隨掌子面掘進(jìn)一直存在，給開挖作業(yè)和支護(hù)作業(yè)帶來的極大的困難和不安全因素。同時(shí)開挖過后進(jìn)行了初期支護(hù)工作，但是仍有局部滲水嚴(yán)重。

2.2 開挖后滴水、股水和初期支護(hù)滲水的施工措施

在距掌子面5m處，離拱腳1.5m外較低處開挖一集水坑，將掌子面滲水引到集水坑中，采用水15m揚(yáng)程水泵通過PVC管引出洞外(或者洞內(nèi)襯砌水溝內(nèi));掌子面涌水處采用打入42*5mm小導(dǎo)管將水引出，用PVC管直接引出洞外，避免直接浸泡掌子面圍巖及初期支護(hù)拱腳。待隨后洞身掘進(jìn)，水流減小或沒有時(shí)采用注漿密實(shí)初期支護(hù)背后水道。對(duì)于拱頂處滲水采用超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固的方法，封閉掌子面拱頂處的滲水，防止長時(shí)間滲水浸泡，導(dǎo)致掌子面垮塌。超前小導(dǎo)管采用42*5mm無縫鋼管，長4m，環(huán)向間距0.5m，縱向間距2m;前端呈尖錐狀，尾端50cm不打眼，中間部位按10*10cm梅花型打眼，孔徑10mm;注漿壓力0.5～2.0Mpa，水灰比1:0.8～1.2，水泥采用普通硅酸鹽水泥和超細(xì)水泥配合使用。

對(duì)于初期支護(hù)滲水嚴(yán)重處，采用打入108*6mm無縫鋼管1～4根，長度4～6m，管身打眼，前端呈尖錐狀，尾端50cm不打眼，中間部位按15*15cm梅花型打眼，孔徑10mm。尾端出水處用PVC管將水引出洞外，待水流減小或沒有時(shí)采用注漿密實(shí)初期支護(hù)背后水道。注漿壓力1.0～2.5Mpa，水灰比1:0.8～1.2，水泥采用普通硅酸鹽水泥和超細(xì)水泥配合使用。

一般滲水部位可打入42*5mm若干根，注漿堵水，采用普通硅酸鹽水泥漿液和水玻璃按1:0.5的體積比注入，波美度35Be，水灰比1:1。

3 初期支護(hù)變形、開裂問題

3.1 初期支護(hù)開裂變形情況

在鐘公隧道煤系地層施工中，由于該地段煤系地層屬于典型的“雞窩煤”，煤層松散，遇水浸泡后極容易發(fā)生坍塌，無自穩(wěn)能力，在部分出水嚴(yán)重地段出現(xiàn)了初期支護(hù)變形速率加快，甚至開裂的現(xiàn)象。2007年11月鐘公隧道右線出口煤系地層由于存在采空區(qū)，小煤窯洞口長期暴露在外，導(dǎo)致采空區(qū)積水，土體長時(shí)間浸泡較為松軟，并且土體原有應(yīng)力結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;洞身開挖后土體應(yīng)力重新分布，巨大的山體應(yīng)力釋放后壓向初期支護(hù)，形成不均衡的壓力，導(dǎo)致初期支護(hù)嚴(yán)重變形扭曲。導(dǎo)致初期支護(hù)出現(xiàn)大面積拱頂下沉及周邊收斂較大，侵入二襯，下沉最大位置達(dá)到1.8m，同時(shí)山體出現(xiàn)2～5cm的延隧道方向的裂縫，造成煤系地層25m(K71+610～K71+585段)初期支護(hù)全部侵限，105m(K71+715～K71+610段)初期支護(hù)局部侵限。

3.2 初期支護(hù)開裂變形的施工措施

在施工中，鐘公隧道極其重視隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測工作，每30m做一次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)測分析未掘進(jìn)圍巖破碎程度、富水情況;每5m一個(gè)斷面設(shè)置監(jiān)控觀測點(diǎn)，每天至少觀測兩次，確保觀測數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，為隧道設(shè)計(jì)和施工提供可靠參考數(shù)據(jù)。

初期支護(hù)變形速率加大時(shí)(拱頂下沉大于6mm/d，周邊收斂大于10mm/d)，采用施作臨時(shí)仰拱，架設(shè)環(huán)形鋼拱架的方式阻止其變形，并采取環(huán)向施作42*5mm小導(dǎo)管注漿加固，待圍巖穩(wěn)定后逐榀拆除臨時(shí)拱架，施作下導(dǎo)坑封閉成環(huán)，澆注二襯仰拱。

(1)臨時(shí)仰拱采用I18工字鋼橫向布設(shè)，縱向間距50cm，兩側(cè)拱腳與原初期支護(hù)拱架緊貼，焊接牢固，縱向采用4根I18工字鋼貫通連接，噴射C25砼40cm厚封閉整個(gè)臨時(shí)仰拱，使原初期支護(hù)與臨時(shí)仰拱形成一個(gè)封閉受力體系;

(2)臨時(shí)環(huán)向拱架采用I18工字鋼，縱向間距50cm，與原初期支護(hù)工字鋼錯(cuò)開布置，拱架背后緊貼初期支護(hù)，可采用鋼楔等方式擠塞緊密，并噴射6cm厚砼封閉臨時(shí)拱架與初期支護(hù)的縫隙;

(3)42*5mm小導(dǎo)管注漿加固時(shí)，縱向間距1m，環(huán)向間距2m，長度大于原設(shè)計(jì)錨桿(原設(shè)計(jì)為3.5m砂漿錨桿)2m為宜，導(dǎo)管加工同前文所述，注漿采用普通硅酸鹽水泥漿液和水玻璃按1:0.5的體積比注入，波美度35Be，水灰比1:1。

初期支護(hù)完成后由于復(fù)雜的地質(zhì)原因，造成某些部位產(chǎn)生應(yīng)力突變，造成初期支護(hù)開裂，嚴(yán)重處甚至侵入襯砌界限。對(duì)于變形較小未侵入二次襯砌的初期支護(hù)開裂部位采用鑿除其裂縫兩邊50cm范圍的噴混凝土，重新掛網(wǎng)噴射混凝土;對(duì)于侵入二次襯砌的初期支護(hù)，為保證二襯厚度及后期正常運(yùn)營，需要對(duì)部分初期支護(hù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抽換，即通常所說的換拱。

鐘公隧道換拱后的初期支護(hù)參數(shù)如下:I22a工字鋼，縱向間距50cm;鎖腳錨桿采用42*5mm小導(dǎo)管，長5m，在鋼拱架鋼板聯(lián)接處布設(shè)4根，系統(tǒng)錨桿采用28螺紋鋼，長4m，環(huán)向間距90cm;雙層8鋼筋網(wǎng)片;C25噴射砼。

3.3 局部換拱施工方案

(1)局部換拱總體施工方案。①換拱范圍根據(jù)項(xiàng)目部和試驗(yàn)檢測中心、高駐辦聯(lián)合進(jìn)行端面掃描結(jié)果確定具體部位。②換拱前先施作線路左側(cè)65mm注漿管，注漿管長度為10m，注漿管縱向間距1.5米，位于拱腳處斜向下30度，與初期支護(hù)焊接牢固，以保證落底的施工安全。③65mm注漿管施工完畢后，在隧道內(nèi)沿線路左側(cè)起拱線附近施工42€?mm環(huán)向注漿小導(dǎo)管，環(huán)向注漿小導(dǎo)管每榀工字鋼3根，每根長度3.5米，環(huán)向間距90cm，梅花型布置。④進(jìn)行上導(dǎo)坑侵限工字鋼的更換。⑤上導(dǎo)坑更換侵限的4-6榀工字鋼后，進(jìn)行下導(dǎo)坑的落底封閉施工，及時(shí)施作仰拱及仰拱回填。⑥換拱時(shí)盡量不要影響上導(dǎo)掘進(jìn)。

(2)施工工藝流程:布設(shè)觀測點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測——施工65mm注漿管和42€?mm環(huán)向注漿小導(dǎo)管——標(biāo)注更換序號(hào)——拆除第一榀侵限工字鋼——安裝I18工字鋼——布設(shè)鎖腳錨桿、縱向連接筋和鋼筋網(wǎng)片——噴射混凝土——進(jìn)行第二榀工字鋼的更換——……——進(jìn)行第三榀工字鋼的更換——……——下一個(gè)循環(huán)……待上導(dǎo)坑4-6榀工字鋼的更換后——下導(dǎo)坑的封閉成環(huán)封閉施工——施工仰拱和仰拱回填。

圖1換拱施工圖

4 煤系地層段的塌方問題

4.1 塌方的情況

由于鐘公隧道煤系地層結(jié)構(gòu)松散，類似膨脹性黏土，無自穩(wěn)能力，在施工中曾多次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，采取了及時(shí)處理，盡早封閉，先控制周邊變形，然后塌方范圍內(nèi)回填密實(shí)等方式。其中個(gè)某次隧道塌方體環(huán)向長8m，縱向3m，深度6～10m。

4.2 煤系地層段的塌方的施工措施

采用6m42*5mm小導(dǎo)管管棚架，環(huán)向間距30cm，入巖深度為2m，并預(yù)留4根150鋼管，長度為5m的混凝土泵送管。小導(dǎo)管管棚架施作完畢后，噴射C25砼30cm厚，封閉塌腔口。視具體情況，在塌腔體周邊布設(shè)42*5mm小導(dǎo)管注漿加固圍巖，確保塌方不在擴(kuò)大。然后利用混凝土泵將C25砼泵送入塌腔體，大約有4m高度即可，封閉孔口，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后即可施作鋼拱架(可適當(dāng)加密)，掛網(wǎng)噴漿形成新的支護(hù)體系。

5 結(jié)束語

鐘公隧道在施工中，充分利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測等手段密切關(guān)注隧道地質(zhì)、水文及應(yīng)力變化，通過分析所得到的數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)施工實(shí)踐，根據(jù)不同的圍巖結(jié)構(gòu)及初期支護(hù)變化情況調(diào)整施工參數(shù)，并采取一系列的整治措施，從而保證隧道施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度以及工程造價(jià)。開挖支護(hù)施工中的防排水措施，初期支護(hù)變形的整治措施，隧道塌方的處理等方法都取得了良好的效果，得到業(yè)主及設(shè)計(jì)代表的肯定，為以后類似隧道施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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