淺談全風化花崗巖淺埋富水隧道開挖施工技術

（中鐵五局機械化公司衡茶吉鐵路項目部，湖南 株洲 412500）

淺談全風化花崗巖淺埋富水隧道開挖施工技術

蘇桂杰

（中鐵五局機械化公司衡茶吉鐵路項目部，湖南 株洲 412500）

本文介紹了下關隧道通過全風化花崗巖淺埋富水隧道開挖采取的施工方法和措施，隧道安全順利的通過淺埋段施工，施工進度明顯改善，施工成本有效減少。通過洞外井點降水，變洞內為洞外施工，加快了全風化花崗巖淺埋段富水隧道開挖的施工進度。

全風化花崗巖；淺埋富水；井點降水；隧道開挖；監控量測

1 工程概況

下關隧道全長1880m，單線鐵路隧道，隧道范圍內山坡表面覆蓋第四系全新統殘積粉質粘土，谷地內分布粉質粘土，淤泥質粉質粘土，基層為加里東期花崗巖。隧道所處山體沖溝發育，無常年性流水，溝內平時斷續有小股水流，雨季水量較大。地下水主要為基巖裂隙水，接受大氣降水補給，在補給過程中，由于地面坡度較大，大氣降水多以面流形式流走。

隧道在DK53+740～DK53+895段隧道埋深較淺，設計采用徑向注漿加固措施，在DK53+765～DK53+845段并采用Φ80大管棚+Φ42注漿小導管超前預支護，管棚長度10m一環，兩環之間搭接長度不小于3m，管棚環向間距40cm，外插角不大于12度，采用水泥漿或水泥+水玻璃等雙液漿，注漿壓力0.5～2.0Mpa。

2 工程施工難點

2.1 地下水豐富，圍巖軟弱自穩能力差

隧道洞身位于淺埋沖溝內，拱頂最小埋深7.0m，地表為淤泥質粉質黏土，厚3～4.5m，以下為全風化、強風化、弱風化花崗巖。全、強風化花崗巖主要由石英、長石和云母組成。石英通常呈圓形粒狀、無色透明。長石有肉紅色的鉀長石和灰白色的斜長石，長石強度低，遇水易軟化。云母為片狀的黑云母，有時也有白云母。在掌子面開挖過程中，圍巖表面有面狀滲水，局部地方有股狀流水，隨著時間的延續，圍巖表面滲水逐漸加大，在水的作用下，圍巖易軟化，圍巖由硬塑變為軟塑狀態，甚至變為流塑狀態，造成掌子面易溜坍，施工極其困難。在DK53+750處，在掌子面開挖完成后，準備對掌子面噴射砼時，由于水的作用，掌子面出現了溜坍現象。

2.2 管棚，超前小導管及噴射砼施工難

鉆機鉆孔完成后，在清孔過程中，由于地下水的作用，孔壁表面的花崗巖顆粒脫落或塌孔，鉆孔難于清理干凈，導致管棚鋼管或小導管頂進困難，注漿時，水泥漿也易被水流帶走，注漿效果差。噴射砼時，圍巖表面滲水，表面軟化，噴射砼難于粘附在圍巖上，噴上的噴漿料與表面的圍巖一起滑落，噴砼難度大。

2.3 沉降變形大

隧道開挖采用三臺階七步法施工，雖然每臺階開挖在每側拱腳增加了2組斜向45度的鎖腳錨桿，拱頂下沉及收斂較大仍然較大，尤其是下臺階和仰拱開挖時，變形更大，仰拱施工完成后，拱頂下沉及收斂逐漸穩定。部份地段因變形過大，導致初期支護侵限，還需進行換拱等作業。

3 施工方案確定

全風化、強風化花崗巖在干燥狀態下，較為密實，自穩能力好，常采用環形開挖預留核心土法或三臺階法施工，每天可掘進2個循環。該隧道淺埋段位于沖溝內，三面為山，凹地內地勢平坦，為當地村民農田，地下水豐富，在隧道超前預支護施工中，管棚、超前小導管和徑向注漿不能對隧道開挖斷面形成帷幕，完全阻斷地下水的滲出，圍巖表面及裂隙滲、流水現象仍然明顯，而且隨著時間推移，滲水現象不斷加大。在小導管施做過程中，常常會有積水從小導管內流出，圍巖滲水明顯。

由于注漿效果不好，圍巖遇水軟化，自穩能力差，初期支護變形大，隧道施工相當困難。根據隧道施工情況，結合地表地形地貌，確定了采用地表井點降水的施工方案，隧道開挖采用三臺階法或環形開挖預留核心土法施工。隧道開挖后及時落底，封閉成環，施工仰拱砼，待初支穩定后，施工二襯砼。

4 井點降水施工

井點降水點的設置：在洞外地表沿線路前進方向左右側設置井點降水井，以降低地下水位線，井點降水井直徑為40cm，沿線路方向左右兩側交錯設置，井點降水井距隧道最外側開挖線2m，降水井底在仰拱以下2m，間距4m，可根據現場降水效果進行調整。

施工工藝流程：井點測量定位→挖井口→安護筒→鉆機就位→鉆孔→回填井底砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間的礫石過濾層→洗井→井管內下設水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水完畢拔井管→封井

井管采用200mm厚5mm的 PVC塑料管，塑料管接頭采用直接頭。塑料管徑上間距10cm，環向交錯設置5mm的濾水孔，管壁外纏繞12號螺旋形鐵絲，間距10cm，外包80目鍍鋅鐵絲網一層。上下管之間用直接頭連接好。管底用鐵絲網封底。井管下入后，及時在井管與土壁間用鐵鍬分層填充砂礫濾料，粒徑大于濾網的孔徑，一般為3～8mm細礫石。填濾料一次連續完成，從底填到井口下1m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。每井一臺深井專用泵，外徑比井管小50mm，每臺泵單獨設一個控制開關，在井口安裝閥門，以便調節流量的大小，閥門用夾板固定。

5 隧道開挖及初期支護

井點降水實施后，洞內滲水現象明顯減弱，掌子面較為干爽，隧道為單線鐵路隧道，開挖斷面小，采用環形開挖預留核心土方施工。環形開挖預留核心土法是在上部斷面以弧形導坑領先，其次開挖下半部兩側，再開挖中部核心土的方法。 在施工時環形開挖預留核心土每部開挖進0.6m（即按設計鋼架間距為一榀），開挖完成后及時施作噴錨支護、安裝鋼架支撐，每兩榀鋼架之間采用鋼筋連接，并加鎖腳錨桿。上部弧形，左、右側墻部，中部核心土開挖各錯開3～5m進行平行作業。

5.1 上臺階開挖及支護

上臺階開挖時，每三榀鋼拱架施工一環長3.5m的φ42超前小導管，間距30cm，外插角5～10度，并進行超前注漿，單液水泥漿，注漿壓力0.5～1.0mpa。注漿完成后，對隧道進行開挖修邊，復核開挖輪廓線后，對圍巖表面進行初噴4cm的噴射砼，施做徑向中空注漿錨桿或砂漿錨桿，掛設鋼筋網片，安裝I18工字鋼架支撐，鋼架間采用Φ22縱向鋼筋連接，并用鎖腳錨管固定并注漿。

5.2 下臺階開挖及支護

上臺階開挖3～5m后，施工下臺階，每次1榀，左右兩側錯開，每榀鋼拱架增設一對鎖腳錨桿，以減小仰拱開挖時圍巖下沉過大。

5.3 仰拱開挖及支護

仰拱開挖長度控制在3m左右，開挖后噴射10cm厚的噴射砼，然后連接仰拱鋼拱架及縱向連接筋，復噴砼，綁扎仰拱鋼筋，澆筑仰拱砼。

6 圍巖監控量測

隧道設計為按新奧法設計的復合式襯砌，依據《鐵路隧道監控量測技術規程》的規定，為保證施工階段和運營階段結構安全，確保隧道工程的安全性，經濟性，隧道修建過程中必須進行監控量測。通過監控量測，能為隧道開挖，初期支護，二次襯砌施工等提供信息，指導現場施工。

6.1 淺埋段地表下沉量測

地表下沉量測斷面宜與洞內水平凈空變化和拱頂下沉在同一橫斷面內，橫斷面方向在隧道中心及兩側間距2～5m施設下沉點，每斷面施設9個測點，監測范圍在隧道開挖影響范圍以外。地表下沉量測在開挖面前方隧道埋置深度與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結構封閉，下沉基本停止時為止。地表下沉量測頻率和拱頂下沉和水平凈空變化的量測頻率相同。

6.2 凈空水平收斂量測

隧道最大跨處及以上，左右兩側3m對稱布置量測樁，每個量測斷面設7個收斂樁，量測斷面間距10m。采用收斂計進行量測，開挖后按要求迅速安裝收斂樁并編號，初始計數在開挖后12h內讀取，最遲不得大于24h，而且在下一循環開挖前獲取初始讀數，測點應牢固可靠，易于識別并妥為保護。

6.3 拱頂下沉量測

正洞拱頂設一個下沉樁，量測斷面間距10m。噴射砼在測點處設固定樁，采用精密水準儀和收斂計鋼尺進行量測，在兩端洞口處各設一水準基點供洞內拱頂下沉量測用，量測頻率及其它要求同凈空水平收斂量測要求。

6.4 量測頻率

凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同的頻率，如表1。

6.5 二次襯砌施工條件

在隧道周邊變形速率有明顯減緩趨勢，初期支護表面裂縫不再繼續發展，拱頂位移速度小于0.1mm/d或收斂速度小于0.15mm/d，累計位移值不超過極限位移值的80～90%的可施工二次襯砌。

結語

在全風化花崗巖淺埋富水的隧道施工中，通過地表井點降水措施，解決了洞內全風化花崗巖遇水軟化的問題，保證了隧道開挖的正常施工。隧道開挖施工進度達到每天2個循環，施工進度接近正常段隧道開挖進度，施工進度大大提高，為今后類似地質情況隧道開挖提供了經驗。

[1]TBG108292，鐵路隧道噴錨構筑法技術規則[S].

[2]GB50299—1999，地下鐵道工程施工及驗收規范[S].

U455 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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