隧道過淺埋段Ⅴ級圍巖超前支護(hù)、初期支護(hù)施工過程控制

■郭 建，毛永強(qiáng) ■中交二航局五分公司，湖北 武漢 430000

1 工程概況

大秦嶺隧道位于西安市戶縣澇峪鄉(xiāng)和安康市寧陜縣新場鄉(xiāng)，為高風(fēng)險隧道。工點內(nèi)發(fā)育有區(qū)域斷裂F3 及f23、f24 斷裂帶。

大秦嶺隧道DgK85 +910-DgK86 +060 段為桃園溝淺埋段，洞頂埋深僅約20m 左右，下穿西澇河，地層巖性主要為輝長巖，青灰色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育;中等富水區(qū)。設(shè)計襯砌類型為Vb，施工方法為三臺階七步法。

支護(hù)參數(shù)為:拱墻、仰拱噴射C30 混凝土厚度皆為28cm，設(shè)φ8 鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距為20 ×20cm;拱部設(shè)置Φ25 的中空錨桿，邊墻設(shè)置Φ22 砂漿錨桿，錨桿長度4.0m，間距1.2m* 1.0m，梅花形布置;全環(huán)采用I20b 鋼架，縱向間距0.6m/榀;仰拱C35 砼厚度為60cm，拱墻模筑襯砌C35 砼厚度為50cm。超前支護(hù)采用φ89 管棚及φ42 超前小導(dǎo)管，正洞大里程DgK85 +910～DgK86 +060 處打設(shè)φ89 長管棚+超前小導(dǎo)管，打設(shè)范圍為抑部144 度。管棚縱向10m 一環(huán)，管棚設(shè)計長度15m，長管棚內(nèi)采用M10 水泥砂漿充填;小導(dǎo)管縱向2m 一環(huán)。

2 淺埋段施工方法

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報

根據(jù)圍巖情況，先采用TSP 超前地質(zhì)預(yù)報對淺埋段進(jìn)行探測，根據(jù)TSP 超前地質(zhì)預(yù)報報表顯示，DgK85 +896-DgK85 +929 段圍巖節(jié)理發(fā)育，圍巖較破碎、DgK85 +929-DgK85 +954 段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整性一般，圍巖工程地質(zhì)條件較上一段變好、DgK85 +954-DgK85+998 段為一節(jié)理密集帶，裂隙水發(fā)育，巖體破碎，圍巖工程地質(zhì)條件比上一段變差，此三段在施工時注意加強(qiáng)防護(hù)措施，以防塌方、突涌水等現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)計要求Dgk85 +790-Dgk86 +060 段應(yīng)用超前水平鉆長度200 米，Dgk85 +910-Dgk85 +940 段超前水平鉆已實施，結(jié)果顯示DgK85 +910～DgK85 +930 巖體穩(wěn)定性較好，局部較破碎;DgK85 +930～DgK85 +940 巖體穩(wěn)定性較差，節(jié)理較發(fā)育，巖體破碎。綜合分析，以超前水平鉆探結(jié)果為準(zhǔn)。

2.2 隧道洞外施工

由于淺埋段上方西澇河內(nèi)長年有水流流過，埋深又淺，故須對溝內(nèi)水進(jìn)行疏導(dǎo)，并用漿砌片石進(jìn)行鋪砌，厚度30cm，防止地表水下滲。

2.2.1 疏導(dǎo)河道

通過施工放樣，定出漿砌片石鋪砌區(qū)，先用挖機(jī)將河道改線，并清理出河道內(nèi)虛石及雜物以滿足漿砌片石施工要求。

2.2.2 片石的采集及使用

片石就地取材，河道內(nèi)清理出的虛石統(tǒng)一堆放，選取適合的用于片石回填。

2.2.3 砂漿的拌制及運輸

砂漿采用M10 砂漿，砂漿配合比根據(jù)試驗室提供，由攪拌站統(tǒng)一拌制，采用砼運輸車運輸。進(jìn)入施工現(xiàn)場后人工配合挖機(jī)進(jìn)行砂漿填充。

2.3 隧道洞內(nèi)施工

2.3.1 超前支護(hù)

(1)管棚施工工藝。管棚施工主要工序有搭建鉆孔平臺、安裝鉆機(jī);鉆孔、清孔、驗孔;安裝管棚鋼管;注漿。工序技術(shù)要求高，工藝復(fù)雜，施工工藝流程如下:準(zhǔn)備工作制作鋼花管→鉆孔→清孔→鉆孔驗收→頂進(jìn)鋼管棚→清孔→注漿管路檢查→注漿→封孔。搭鉆孔平臺安裝鉆機(jī)。a.先用方木或鋼管腳手架搭設(shè)鉆孔平臺，鉆孔順序按鉆機(jī)從低位孔位向高位孔位進(jìn)行。b.平臺支撐要落于實地，連接要穩(wěn)固，防止在施鉆時產(chǎn)生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔施作質(zhì)量。c.鉆機(jī)定位:必須精確核定調(diào)整鉆機(jī)位置。用全站儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)調(diào)整，確保鉆機(jī)鉆孔方向正確。鉆孔。a.為了便于安裝鋼管，φ89 管棚采用大一號鉆頭，鉆頭直徑φ108mm。b.地質(zhì)較好的情況下一次成空;若地質(zhì)不好導(dǎo)致鉆進(jìn)時塌孔、卡鉆，需補(bǔ)注漿后再鉆進(jìn)。c.鉆機(jī)開鉆時，可低速低壓，待成孔1.0m 深后可根據(jù)地質(zhì)情況逐步調(diào)整轉(zhuǎn)速及風(fēng)壓。d.鉆進(jìn)過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，防止鉆斜，特別注意在鉆孔過程中由于重力作用鉆桿可能往下偏。e.鉆進(jìn)過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同一軸線方向鉆進(jìn)。f.做好鉆進(jìn)過程的原始記錄，及時對孔口巖性進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述。作為開挖洞身的地質(zhì)預(yù)探預(yù)報之一，用于指導(dǎo)洞身開挖的依據(jù)。清孔驗孔。a.成孔后用鉆頭(φ108mm)進(jìn)行來回掃孔，清除浮渣至孔低，確保孔徑、孔深符合要求、防止堵孔。b.用風(fēng)機(jī)高壓風(fēng)吹孔清理孔口鉆渣。用鋼管、卷尺、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。

安裝管棚鋼管。a.鋼管采用車絲機(jī)車好絲扣，管頭切開后再焊成圓錐頭，便于入孔。b.管棚頂進(jìn)利用管棚鉆機(jī)的沖擊力和推力低速頂進(jìn)鋼管。c.接長鋼管時，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯開。接頭數(shù)同一橫斷面內(nèi)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。注漿。a.安裝好有孔鋼管、并放入鋼筋籠后即對孔內(nèi)注漿，漿液由ZJ-400 高速制漿機(jī)拌制。b.注漿材料:注漿材料為1∶1 水泥凈漿，封孔采用M10 砂漿。c.采用注漿機(jī)將砂漿注入管棚鋼管內(nèi)，注漿壓力一般為0.5～1MPa，漿液配合比和注漿壓力由現(xiàn)場試驗室確定，當(dāng)注漿再無進(jìn)量的情況下，持壓15min 后停止注漿。d.注漿量應(yīng)滿足設(shè)計要求，一般為鉆孔體積的1.5倍;若是注漿量超過預(yù)計值，還未達(dá)到壓力要求時，應(yīng)繼續(xù)注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。e.注漿時先注“單”號孔，再注“雙”號孔，防止注漿竄孔。

(2)徑向注漿止水施工工藝。徑向注漿施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→布設(shè)注漿點→鑿巖機(jī)開孔→擴(kuò)孔→埋注漿孔→注漿機(jī)注漿→下一注漿孔注漿→檢查注漿效果。注漿施工方法。a.在洞身周邊按140cm 間距進(jìn)行鉆孔，沿隧道縱向間距2.2m，鉆孔度深4.0m，鉆孔要求90%以上的鉆孔出水，由此出水可以判斷出水深度。b.使用快凝混凝土等錨固性材料粘結(jié)鋼管與孔壁，利用噴混凝土作止?jié){墻。c.實驗壓漿，壓漿按隔孔壓漿，采取擠密型注漿措施。d.注漿過程中若發(fā)生串漿，應(yīng)關(guān)閉孔口閥門或堵塞孔口，待其它孔注漿完成后再打開閥門，若發(fā)生流水，則繼續(xù)注漿，直至每個孔達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。e.孔口管應(yīng)安設(shè)牢靠，并有止?jié){閥等止?jié){措施。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):壓力達(dá)到設(shè)計值并繼續(xù)注漿10min 以上，單孔進(jìn)漿量小于初始進(jìn)漿量的1/4，檢查孔涌水量小于0.2L/min。全程結(jié)束注漿標(biāo)準(zhǔn):所有注漿單孔達(dá)到結(jié)束條件，且無漏漿現(xiàn)象。注漿后段落內(nèi)涌水量不大于1m3/m.d。進(jìn)行1.0MPa 壓力的壓水試驗，進(jìn)水量小于2L/m.min。

(3)超前小導(dǎo)管施工工藝。施工工藝流程如下:地質(zhì)調(diào)查→現(xiàn)場試驗→效果檢查→制定施工方案進(jìn)行施工→噴砼封閉掌子面→拱部放樣布孔→風(fēng)槍成孔→清孔→插入小導(dǎo)管→注漿→隧道開挖。制作鋼花管。小導(dǎo)管前端加工成錐形，尾部焊接φ6mm 鋼筋加勁箍，在管身設(shè)注漿孔，孔徑6～8mm 孔間距15cm，呈梅花形布置，尾部長度不小于100cm 作為不鉆孔的止?jié){段。注漿。必要時在小導(dǎo)管附近及工作面噴射混凝土，以防止工作面坍塌。注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)注漿試驗結(jié)果及現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整。注漿參數(shù)參照以下數(shù)據(jù)選擇。注漿壓力:一般為0.5～1.0Mpa;漿液初凝時間:1～2min;水泥:P.O32.5 普通硅酸鹽水泥;砂:中細(xì)砂。注漿異?，F(xiàn)象處理。a.發(fā)現(xiàn)串漿時及時堵塞串漿孔。b.泵壓突升時，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查。c.進(jìn)漿量很大，壓力長時間不升長，應(yīng)調(diào)整砂濃度及配合比，縮短膠凝時間。

2.3.2 開挖

本淺埋段采用三臺階七步開挖法施工和臨時橫撐。

2.3.3 初期支護(hù)

本淺埋段按照時速250 公里客運專線《雙線隧道復(fù)合式襯砌》(西成客專施隧參101)圖中的V 級圍巖Vb 型復(fù)合式襯砌施工。初期支護(hù)施工工藝流程如下:施工準(zhǔn)備→清理危石→沖洗巖面→初噴砼4cm→布設(shè)錨桿→安裝錨桿→布設(shè)鋼筋網(wǎng)→安設(shè)型鋼鋼架→檢查→噴砼至設(shè)計厚度→噴射砼效果檢查→下道工序。

2.4 監(jiān)控量測

2.4.1 監(jiān)控量測項目

隧道監(jiān)控量測必測項目主要包括拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降。

監(jiān)控量測要緊跟開挖、支護(hù)作業(yè)。按設(shè)計要求布設(shè)測點，并根據(jù)現(xiàn)場情況及時調(diào)整或增加量測的內(nèi)容。量測數(shù)據(jù)及時分析處理，實現(xiàn)動態(tài)管理、動態(tài)施工。

2.4.2 隧道量測項目、量測儀器及量測方法

(1)地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)信息的觀察。①觀察記錄掌子面的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，作為地質(zhì)素描。觀察掌子面附近初支狀況，判斷圍巖、初砌支護(hù)的穩(wěn)定性和可靠性。②范圍:工作面及初期支護(hù)后的地段進(jìn)行觀察。③監(jiān)測儀器:地質(zhì)羅盤儀、鋼卷尺、放大鏡等。

(2)淺埋地表沉降觀測。DgK85 +910-DgK86 +060 段屬隧道淺埋段，覆蓋層薄，開挖后圍巖難以自穩(wěn)成拱，地表易沉陷，為了確保淺埋段的施工安全，進(jìn)行地表沉降觀測?；c布設(shè):a.隧道淺埋段地表沉降測點應(yīng)在洞內(nèi)相應(yīng)斷面開挖前布設(shè)。b.地表沉降測點和隧道內(nèi)測點應(yīng)對應(yīng)斷面布置程。c.淺埋段DgK85 +910～DgK86 +060 地表沉降斷面縱向布置:斷面縱向間距10 米;共16 個斷面。d.淺埋段DgK85 +910～DgK86 +060 地表沉降測點橫向布置:每一斷面有13 個測點;2 個基準(zhǔn)點。測點布設(shè):在測點位置挖200* 200* 200mm 的坑，然后放入地表測點自制的預(yù)埋件。測點周邊用混凝土澆筑，待混凝土固結(jié)后即可量測。量測:用全站儀進(jìn)行觀測。數(shù)據(jù)分析:繪制時間-位移與距離-位移圖，曲線正常則說明位移隨施工的進(jìn)行逐漸穩(wěn)定。如果出現(xiàn)異常，例如出現(xiàn)反彎點，說明地表下沉出現(xiàn)點驟增加現(xiàn)象，表明圍巖或支護(hù)已出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，應(yīng)馬上采取措施。

(3)拱頂下沉量測。①測點布設(shè):拱頂下沉主要用于判斷圍巖是否穩(wěn)定。在各量測斷面的拱頂中心處埋設(shè)一自制的鋼筋預(yù)埋件。②量測。采用高精度全站儀采集數(shù)據(jù)。

(4)凈空收斂量測。①測點布設(shè):須與拱頂下沉點斷面布置相對應(yīng)。②量測。采用高精度全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，初測應(yīng)在開挖后12h讀取，最遲不得超過24h，且在下一循環(huán)開挖前，必須完成初期變形值的讀取。

(5)量測數(shù)據(jù)整理、分析。量測后的數(shù)據(jù)分析是隧道監(jiān)控量測最核心的環(huán)節(jié)，須繪制量測數(shù)據(jù)與時間的關(guān)系曲線及與開挖掌子面距離間的關(guān)系曲線。并對量測數(shù)據(jù)作如下一系列的處理、分析及反饋:據(jù)回歸分析、預(yù)測位移、收斂、拱頂下沉及鋼筋力的最終值。②以位移～時間曲線為基礎(chǔ)，根據(jù)位移、位移速率等綜合分析及評定圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性。③當(dāng)位移急驟增加，相對凈空變化超過10mm/d 時，重點加強(qiáng)觀測，并密切注意支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化。④當(dāng)位移～時間曲線出現(xiàn)反彎點時，同時發(fā)現(xiàn)初支有開裂或掉塊，應(yīng)盡快采取補(bǔ)強(qiáng)措施，謹(jǐn)防塌方。⑤當(dāng)位移、周邊收斂、拱頂下沉達(dá)到預(yù)測最終值的80～90%，收斂速度小于0.2mm/d，拱頂下沉速率小于0.15mm/d 時，判斷圍巖基本穩(wěn)定，可進(jìn)行防排水、二襯等施工。

3 結(jié)束語

大秦嶺隧道由于是高風(fēng)險隧道，其地質(zhì)情況復(fù)雜，軟弱圍巖較多，且一處在淺埋帶上，經(jīng)過兩處斷裂帶，因此在施工前期，我們就對隧道施工預(yù)以高度重視，并且加強(qiáng)了施工過程控制環(huán)節(jié)，從而使這座隧道在圍巖較差，難度較大的情況下，質(zhì)量得到了有力的保證。