富水軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術

陳偉庚

（廣州鐵路（集團）公司深圳工程建設指揮部，廣東深圳　518001）

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富水軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術

陳偉庚

（廣州鐵路（集團）公司深圳工程建設指揮部，廣東深圳518001）

摘要富水軟弱圍巖隧道施工常規注漿效果欠佳，本文系統地總結了常規的預加固技術，提出適用于該類情況的預加固技術及施工方法。結合廣（州）珠（海）鐵路江門隧道下穿玉龍湖溢洪道段的富水、軟弱圍巖、淺埋等技術難點，介紹水平旋噴樁預支護技術的設計、施工參數及關鍵技術，供類似工程借鑒。

關鍵詞隧道；預加固；富水軟弱圍巖；水平旋噴樁；管棚

1　工程概況

廣珠鐵路江門隧道DK111 + 140—DK111 + 195段上部為溢洪道，寬約20 m，采用暗挖法施工。隧道洞身上部為全風化花崗巖，下部為強～微風化花崗巖，最淺埋深僅3 m。隧道開挖寬度11. 86 m，高度11. 6 m，面積約120 m2。初支采用27 cm厚C25噴射混凝土+ I22鋼（0. 5 m /榀）。二襯采用C35鋼筋混凝土，拱墻厚50 cm，仰拱厚60 cm。Ⅵ級圍巖斷面支護形式見圖1。

圖1　Ⅵ級圍巖斷面支護形式（單位：cm）

該隧道特點為超淺埋，地層富水、上軟下硬，斷面大，因此施工難度大、風險高，需對預加固（支護）技術方案進行比選設計。

2　方案比選

2. 1預加固（支護）技術比選

隧道施工輔助工法據加固結構與圍巖的相互作用可分為預加固與預支護2類。預加固技術側重于提高圍巖強度，保證圍巖在開挖過程中不產生過大變形乃至失穩，如注漿、錨桿支護等。預支護技術側重于支護功能，將加固區物性指標提高至一定程度后，具有超前支護作用，結構的強度及剛度一般大于圍巖，如管棚、水平旋噴樁等。典型預加固（支護）技術對比見表1。

地質資料顯示，花崗巖全風化層開挖時遇水崩解呈泥狀，而該工程的地下水補給充分，排水措施不可行，因此須采取預加固止水措施。

工程實踐表明，花崗巖全風化層若采用傳統注漿技術，漿液難以均勻擴散。若加大注漿壓力或采用劈裂注漿，漿液常呈片狀、脈狀擴散，在隧道施工期內難以將圍巖固結成整體封閉的止水帷幕，止水和地層加固效果欠佳，因此該類地層注漿不能作為單一的措施使用，需要選擇更加有效的加固方法。

水平旋噴樁加固在高壓旋噴條件下切削地層，將被破碎的土體與水泥漿液充分混合，從而形成一種類似混凝土的均勻固結體。嚴格的工藝控制可保證形成均勻的高強度樁體，且樁體間相互咬合形成連續的旋噴樁帷幕體，從而具有加固地層和止水雙重功能。在砂粒土和中細砂地層中，旋噴樁的平均抗壓強度甚至可以達到18～19 MPa［6］，接近于混凝土的強度。

據以上分析，初步選定水平旋噴樁作為預支護方法。在上部全風化花崗巖區隧道輪廓線外施作一圈水平旋噴樁，樁徑為50 cm，孔深30 m，環向間距0. 35 m，外插角為6～8°，相鄰加固體咬合厚度＞10 cm，共計樁體66根。由于目前水平旋噴技術成樁質量控制難度較大，可能出現斷樁，且樁體抗剪強度低。管棚注漿無止水功能，但剛度大，可以克服水平旋噴樁的上述缺點。將管棚注漿和水平旋噴樁相結合，可望取得良好加固效果。水平旋噴樁及管棚復合預支護方案見圖2。

表1　典型預加固（支護）技術對比

圖2　水平旋噴樁及管棚復合預支護方案（單位：cm）

2. 2開挖方案比選

若采用CD法、CRD法以及雙側壁導坑法開挖，因地層上軟下硬（上部遇水軟化，下部仍需爆破），施工難度大、進度慢，不利于隧道穩定。采用臺階法開挖，上部支護拱腳可坐落在下部硬巖上，充分保證其所需的地基承載能力，最大程度適應上軟下硬地層特點，保證施工安全。在地層有效預加固（支護）的基礎上，臺階法施工進度快，可在圍巖遇水完全崩解前完成支護，降低施工風險，因此選用臺階法開挖。

3　工程實施情況及效果

3. 1工程實施情況

做好施工準備后首先測量放線定樁位，然后進行水平旋噴樁加固施工。主要技術參數為：水灰比1∶1；注漿壓力30～35 MPa；護壁壓力1. 0～2. 0 MPa；噴體直徑600～800 mm；固結強度超過C20；鉆桿旋轉速度20 r/min；鉆桿外拔速度15～30 cm/min；每臺鉆機正常進度2～3根/d。施工中保證施工誤差控制在±3‰，方位角誤差±2‰。施工前現場應先進行2根成樁試驗，通過試驗樁掌握鉆進速度、拔鉆速度、旋噴速度、噴漿壓力、單位時間噴漿量等技術參數，確定旋噴的均勻性、最佳施工參數和施工工藝。成樁過程中應做好詳細記錄，出現地面隆起、沉降、冒漿、卡鉆、偏鉆等問題及時解決。成樁后樁體須連續且滿足強度要求。為減小既有樁體受到的影響，在其超過初凝時間達到一定強度后再進行相鄰孔位樁體施工，需采用跳孔加固方法。

水平旋噴樁施作后，按照設計擬定方案于其下方打設管棚并注漿。同時對水平旋噴樁現場取樣進行室內試驗，樁體抗拉、抗壓強度分別達1. 74，26. 55 MPa，表明水平旋噴樁對該地層加固效果良好。

預加固（支護）后，采用臺階法進行開挖。自2010 年11月13日開始開挖，12月25日順利通過泄洪道段。按預支護段30 m計，平均掘進速度達0. 7 m/d，安全、快速通過了超淺埋富水段。

3. 2實施效果

施工中對地表沉降及洞內襯砌變形進行監測，垂直于隧道中線的橫向上每隔10 m布置1個監測斷面。該段受地形所限，于泄洪道岸邊布置7個測點，中心布置3個測點（里程DK111 + 150），見圖3（a）。同時對隧道內拱頂以及上下臺階收斂進行監測，每隔5 m 1個斷面，見圖3（b）。

釀酒過程中稻殼用量為投料量的20%～25%，由于稻殼容重僅為（粉碎）高粱的1/5.4，所以投入酒醅中的體積很大，檢測發現稻殼中含有一定數量的雜質、大量雜菌且帶有不同程度的異雜味，會嚴重影響酒的質量和產量。傳統工藝中，酒廠都采用平房倉儲存稻殼，庫房占地面積大，稻殼出、入庫塵土飛揚，撒漏嚴重，工人操作環境惡劣，勞動強度大、生產效率低，很難實現自動化作業，稻殼使用時只做簡單的清蒸處理，稻殼中的雜物也一并進入到酒醅中，會影響白酒質量。

DK111 + 150斷面地表沉降里程曲線見圖4。A0為拱頂正上方地表測點，于其左右距離5 m處設有A1，A2測點。A0點自2010年10月11日開始出現沉降，此時掌子面距離DK111 + 150斷面13 m，之后1個月內因進行地層預加固，沉降變化很小，2010年12月16日—2011年1月12日期間，地表沉降加速增長，并于2011年2月之后趨于穩定，表明隧道圍巖穩定。

圖3　測點布置

圖4　DK111 + 150斷面地表沉降時程曲線

4　結語

富水全風化花崗巖地層淺埋隧道施工難度大，必須進行有效的預加固，保證施工安全。江門隧道下穿溢洪道段的成功實踐表明，采用水平旋噴樁與管棚注漿復合預加固（支護）方法，并結合三臺階法開挖方案，隧道圍巖穩定，保證了施工安全，證實了水平旋噴樁與管棚預支護方案在該類地層中的適用性，對類似工程有一定借鑒作用。

參考文獻

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［2］石鈺鋒，蔡理平，陽軍生，等.富水軟弱地層隧道水平旋噴與大管棚預支護研究及應用［J］.巖土工程學報，2015，37（增2）：101-106.

［3］石鈺鋒.淺覆軟弱圍巖隧道超前預支護作用機理及工程應用研究［D］.長沙：中南大學，2014.

［4］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.江門隧道暗挖段勘察設計報告［R］.武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2008.

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［6］COULTER S，MARTIN C D. Effect of Jet-grout on Surface Settlements Above the Aescher Tunnel，Switzerland［J］. Tunnelling and Underground Space Technology，2006，21（5）：542-553.

［7］FULVIO T. ADECO Full-face Tunnel Excavation of two 260 m2Tubes in Clays with Sub-horizontal Jet-grouting Under Minimal Urban Cover［J］. Tunnelling and Underground Space Technology，2011，26（2）：253-266.

（責任審編李付軍）

Pre-reinforcement Technology of Railway Tunnel in Water-rich and Weak Surrounding rock

CHEN Weigeng
（Shenzhen Engineering Construction Headquarters of Guangzhou Railway（Group）Corporation，Shenzhen Guangdong 518001，China）

AbstractGiven the insufficient grouting effect of railway tunnel in water-rich and weak surrouding rock area，the paper reviewed the traditional pre-reinforcement technique and identified the technique and approaches applicable to the situation. It targeted the technical difficulties encountered，water-rich，weak surrounding rock and shallow bury，in the construction of Jiangmen T unnel on Guangzhou-Zhuhai Railway in underpassing the spillway of Yulong Lake. T he paper introduced the design，engineering indicators and key techniques of horizontal jet grouting，which is of reference to similar projects.

Key wordsT unnel；Pre-inforcement；W ater-rich and weak surrouding rock；Horizontal jet grouting；Pipe shed

中圖分類號U455. 49

文獻標識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 23

文章編號：1003-1995（2016）05-0104-03

收稿日期：2016-02-23；修回日期：2016-03-27

作者簡介：陳偉庚（1973—），男，高級工程師，工程碩士。