淺談廈深鐵路蓮花山隧道超前支護施工

李世毅

摘要：本文結合廈深鐵路蓮花山隧道施工實踐，就長大隧道超前支護施工的關鍵工序的技術控制進行了簡要闡述。

關鍵詞：長大隧道；超前支護；關鍵工序；技術控制

中鐵十九局集團第三工程有限公司施工的廈深鐵路蓮花山隧道全長7648m，最大埋深245m，屬低山丘陵地貌，地表起伏較大。隧道圍巖總體較好，在斷層破碎帶及其影響帶范圍內節理裂隙發育，為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖。隧區地表水常年有水，水質對混凝土具弱硫酸型酸性侵蝕，隧區地下水較發育，溝槽中地下水穩定水位1～5m。

1 超前大管棚施工

超前長管棚施工工藝流：準確工作→鉆孔→頂進鋼管棚→清孔→放置鋼筋籠→注漿管路檢查→注 漿→壓力流量達到要求→結束

1.1 施工準備

護拱施工：采用C20混凝土護拱作為管棚的導向墻、止漿墻，護拱在明洞的外輪廓線以外，緊貼洞口仰坡面。護拱內設兩榀Ⅰ20號工字鋼制作的鋼拱架為環向支撐，管棚的導向管焊接固定在鋼拱架上。

管棚制作：管棚采用Ф108鋼管制作，管壁打孔， 布孔采用梅花型，孔徑為10～16mm，孔間距為15cm，鋼管尾留110cm不鉆孔的止漿段，鋼管加工成4m和6m長的兩種規格。編號為單號的采用鉆孔的鋼花管，施工時先打設鋼花管并注漿，然后，在打設鋼管的同時檢查鋼花管的注漿質量。

1.2 鉆孔

鉆孔采用液壓鉆機鉆孔。選用的鉆機應適合鉆孔深度和孔徑要求，鉆機平穩靈活，能在360度范圍內鉆孔。鉆孔直徑：Ф127mm；鉆孔平面誤差：徑向不大于20cm。

1.3 頂管、清孔、放鋼筋籠

將鋼管連續接長，用鉆機旋轉頂進將其裝入孔內，鋼管采用Φ140mm絲扣。為使鋼管接頭錯開，第一節管采用4m和6m交替布置，搭接長度為3m，編號為奇數的第一節管采用4m長鋼管，編號為偶數的第一節采用6m長鋼管，以后每節均采用6m長鋼管。同一斷面內的接頭數量不得超過鋼管總數的50%，相鄰鋼管接頭錯開1m，鋼管用鉆機頂進，雙號孔頂進無孔花鋼管，單號孔頂進有孔鋼管。鋼管中增設鋼筋籠，增強鋼管的抗彎能力，鋼筋籠由4格Φ22主筋和固定環組成。

1.4 注漿

采用全孔壓入式向大管棚內壓注水泥漿，選用KBY50/70型注漿泵注漿。注漿前先進行現場注漿試驗，確定注漿參數及外加劑摻入量后再用于實際施工。注漿按先下后上，先稀后濃的原則注漿。注漿量由壓力控制，達到結束標注后，停止注漿。注漿完成后及時清除管內漿液，并用水泥沙漿緊密充填，增強管棚的剛度和強度。

2 超前小導管施工

本標段超前注漿小導管根據地質條件不同布置形式有兩種：一種是單層超前注漿小導管，另一種是雙層超前注漿小導管。

2.1 小導管結構

小導管前端加工成錐形，以便插打。小導管中間部位鉆φ10mm的注漿孔，注漿孔呈梅花形布置，間距為150mm，尾部1m范圍內不鉆孔以防漏漿，末端焊直徑為6mm的環形箍筋，以防打設小導管時端部

開裂。

2.2 小導管布置

單層小導管：單層超前注漿小單管采用φ42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長度為4.5m；縱向水平搭接長度為2.1m，外插角為5～10°，每環39根。

雙層小導管：雙層超前注漿小單管采用φ42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長度為5m；縱向水平搭接長度為2.1m，鋼管分別采用為40°和10°的外插角交錯布置，每環39根。

2.3 小導管安裝方法

在預定的位置用風動鑿巖機鉆孔。把管子插入孔內，帶好絲扣保護帽，專用頂頭頂入到要求的深度，使麻絲柱塞與孔壁充分擠壓緊。然后再用CS膠泥填充孔口。注漿管的外露長度為30cm。

2.4 小導管注漿

漿液的選擇：漿液采用水泥砂漿，水灰比0.5：1，使用不低于42.5強度的水泥。

注漿量：注漿范圍按開挖輪廓線外0.3～0.5m設計并且漿液在地層中均勻擴散。

漿液單孔注入量Q和圍巖的孔隙率有關，根據擴散半徑及巖層的裂隙進行估算，其值為：Q=ΠR2L（m³）

式中：R—漿液擴散半徑（m）；L—壓漿段長度（m）；η—巖層孔隙率，砂土取40%，粘土20%，斷層破碎帶5%。

注漿壓力：注漿壓力為0.5～1.0Mpa。

止漿盤：止漿盤為5～10cm厚噴射混凝土封閉，防止跑漿。

3 超前錨桿施工

工藝流程：施工準備→錨桿孔位放樣→鉆孔設備就位→鉆孔外插角確定→鉆孔→清孔→成孔檢查→填塞錨固劑→安裝錨桿→格柵鋼架與錨桿連

錨桿按設計的環向間距10°～20°外插角插入拱部圍巖。縱向按3m/環施作，搭接長度不少于1.0m。

超前錨桿以緊靠開挖面的格柵鋼架為支點，通過錨固劑將錨桿與圍巖固結，并與格柵鋼架連接形成柔性支護環。現場加工鋼筋錨桿，噴射混凝土封閉巖面，用錨桿鉆機鉆孔，以高強錨固劑填塞孔眼，再將鋼筋頂入錨桿孔。

4 超前帷幕注漿

隧道一段90米外為水庫，開挖可能引起突水涌水，故采過帷幕注漿控制地下水流量。施工中，采用孔口管和小導管注漿，鉆孔長30m，孔口管采用直徑89mm，壁厚5.5mm，作為止漿和孔口保護。注漿加固厚度控制在5.0m，全斷面注漿則注漿孔全斷面布置。

4.1 帷幕注漿參數

斷層破碎帶注漿范圍開挖輪廓線外4m，每一循環注漿長30m，開挖25m，并保留5m的注漿巖盤；采用多功能液壓鉆機施鉆，注漿孔直徑φ75；漿液擴散半徑2m，每環孔底間距不大于3m，每一循環設6環125個注漿孔；正常注漿壓力為靜水壓力加0.5Mpa，注漿終壓力不大于2.5倍的靜水壓力。

4.2 注漿材料選擇

水泥：42.5普通硅酸鹽水泥；水玻璃：40Be；水灰比：0.5：1～0.8：1

當裂隙發育，水量及水壓大時，需根據具體情況選用有快凝、早強、抗流失性能的水反應型漿材。止漿塞止漿，漿塞膠圈尺寸應與注漿孔徑相配。

4.3 帷幕注漿施工工藝

根據超前探水孔的出水量情況進行注漿設計，注漿孔布置中第一、二、三環孔對隧道周壁地下水封堵，采用前進式注漿；第四、五、六環孔及中心孔對每循環注漿的最后5m巖體進行加固，以封堵正面水，并為下一循環注漿加固止漿巖盤，采用后退式注漿。

4.3.1前進式注漿

前進式注漿是注漿鉆孔鉆進一段，注漿一段，由外向里依次推進。流程為：澆注止漿墻→鉆機就位并定孔位→鉆孔安裝孔口管→孔口管內重新鉆孔→前進式分段注漿→注漿效果檢查→開挖→二襯。

從外圈向里圈注漿。每環注漿孔先施工奇數編號注漿孔，然后施工偶數編號注漿孔同時作為檢查孔。

成孔注漿采用前進式分段注漿，套管安裝完成后，每鉆進5～7米即開始注漿，注漿達到設計要求后開始下一階段鉆孔注漿。

注漿效果檢查采用鉆檢查孔法，根據注漿狀況，確定檢查孔位置。對檢查孔進行鉆孔檢查，檢查孔鉆深為開挖段長度以內并預留3m段。根據檢查孔涌水量來決定是否需補設注漿孔。如果每孔每延米涌水量大于0.15L/min或局部孔涌水量大于3L/min的追加鉆孔注漿，再次壓注直到達到設計要求為止。

4.3.2后退式注漿

后退式注漿是將注漿鉆孔一次鉆完，由孔底向外分段注漿。流程為：鉆機就位并定孔位→鉆孔安裝孔口管→跟管鉆進、套管跟至設計深度→套管內插入袖閥管→拔出鋼套管。

每環注漿先注奇數編號的注漿孔，再注偶數編號的注漿孔，并以偶數編號的注漿孔作為檢查孔。待本環所有注漿孔注完后，根據壓漿孔的出水量確定局部是否需要補設注漿孔。一般每孔延米的出水量大于0.5L/min或局部孔出水量大于3L/min時，追加鉆孔注漿。

注漿采用反復壓注，稀漿與濃漿交替，壓力與注入漿量相結合的方式進行。注漿壓力從低到高逐步增壓，起始壓力取1.7MPa左右。

4.4 注漿質量檢測

全部注漿結束后，采用施鉆檢查孔進行效果檢測。當孔內出水量小于每延米0.15L/min，巖體的物理力學指標有明顯提高時，即可進入下一輪注漿的止漿段。

5 結語

通過對以上關鍵環節進行了嚴格的技術控制，廈深鐵路蓮花山隧道超前支護施工合格率100%，完全滿足設計要求。