淺埋偏壓隧道洞口施工技術
2018-04-29 00:00:00袁健生
河南科技 2018年10期
摘 要：洞口段施工是隧道施工的關鍵環節。本文結合國省干線橫九線何家陂隧道進洞方案的成功工程實例，采用反壓護拱、大管棚超前支護、砂漿錨桿、超前小導管及錨噴聯合支護加固洞口巖體，利用監控量測技術指導施工，保證洞口淺埋段的施工安全。
關鍵詞：淺埋偏壓隧道；洞口；施工技術
中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0129-03
Construction Technology of Tunnel Opening with
Shallow Buried Partial Pressure
YUAN Jiansheng
（Fujian Minxi Transportation Engineering Co.， Ltd.，Longyan Fujian 364000）
Abstract： the construction of Dongkou section is the key link of tunnel construction. In this paper， combined with the successful project example of the project of the ho Jibei tunnel in the nine line of the trunk line of the provincial trunk line， this paper adopted the anti pressure arch， the front support of the large pipe shed， the mortar bolt， the advanced small catheter and the bolt and shotcrete support to reinforce the rock mass in the tunnel， and guided the construction by monitoring and measuring technology. The construction safety of the shallow buried section of the hole was ensured.
Keywords： shallow buried bias tunnel；portal；construction technology
1 工程概況
何家陂隧道位于福建省龍巖市小池鎮境內，全長1 432.5m。該隧道進口采用削竹式洞門，出口采用端墻式洞門；采用單端掘進，由進口端（小樁號側）進洞。何家陂隧道右洞，拱頂以上覆土層厚約4.5m，隧道洞口橫斷面方向山體呈左側高右側低走向，屬淺埋偏壓洞口。根據地質調繪可知，有一條F10斷層破碎帶，該破碎帶與隧道軸線相交，傾角77°，圍巖為粉砂巖，巖體破碎，裂隙發育，呈碎塊狀、泥狀。詳見圖1。
根據地勘報告，隧道正常涌水量達3 500m3/d。隧道區地下水主要為基巖裂隙水，地下水位高于設計行車標高。
2 洞口段施工難點及處理措施
2.1 洞口段施工難點
本洞口進洞施工困難，具體施工難點包括以下幾方面。
①地下水處理。基巖高壓裂隙水的治理是隧道工程施工中的一大難題，雖積累了一定的經驗，但困擾施工的一系列關鍵技術依然存在。
②洞口右側偏壓處理。該洞口地形不對稱造成隧道結構兩面荷載應力不對稱，影響結構的受力及邊仰坡的穩定性，施工時易引起地表側移，偏壓是引發隧道襯砌裂縫的主要原因。
2.2 處理措施
2.2.1 隧道基巖高壓裂隙水問題的處理措施?；鶐r高壓裂隙水可能會引起隧道涌、突水，依靠地質預報資料并采用“防、排、截、堵”的施工輔助措施，可確保進洞安全，方案如下。①采用以排為主、排堵結合的防治方案，沿縱向設排水導洞，將基巖高壓裂隙水引出洞外，有效釋放基巖地下水的高壓應力，以避免產生涌、突水情況發生。②斷裂破碎帶采用超前帷幕注漿（水玻璃）堵水可阻止斷裂帶地下水進入隧道區，避免涌突水進一步發育。
2.2.2 洞口偏壓的處理措施。洞口偏壓對隧道的影響通常體現在隧道襯砌結構的受力、洞口邊仰坡的穩定性及隧道進洞施工這幾個方面。針對該工程的洞口偏壓現象，充分調查原地形后采取以下具體措施[1]。
①為了盡量降低洞頂邊、仰坡刷坡高度，根據明洞洞身及邊仰坡所處圍巖特性，確定在YK1+630作為明暗交接處樁號，減小對原地形的破壞。
②在拱頂原地表明暗交界處YK1+635-YK1+645段布設反壓護，其中錨桿采用Φ25砂漿錨桿，長4m，間距為1m×1m呈梅花型布置。護拱采用C20泵送砼，隨原地自然坡度起伏布置，平均厚度為1.6m；護拱中設置兩層Φ12鋼筋網片，網眼尺寸為20cm×20m。反壓護拱布設示意圖見圖2。
反壓護拱是通過錨桿孔中的水泥砂漿將錨桿和松散土石固結形成整體，再將錨桿與砼護拱連接起來，將松散的軟弱巖體與剛性的砼護拱密實地連接在一起。在偏壓側修建護拱解決了洞口段開挖后形成的偏壓問題，使應力得到平衡，解決了淺埋引起的難以進洞的問題。
護拱施工前應確保周邊排水順暢。錨桿施工過程中應驗證錨桿的拉拔力是否達到設計要求，若不合格，應返工重新施工。
3 施工方案及主要施工工藝
3.1 施工方案
針對該工程隧道洞口存在斷裂帶且淺埋偏壓等難點，經多方討論，采用以下進洞方案。
①保證山體穩定，避免地下水徑流至洞口施工范圍，進洞前先完善洞頂環狀截水溝，保證地表水通暢引流至附近河流或山凹處[1]。
②采用長管棚注漿加固洞口段，在管棚內注入水泥漿，使管棚與其周圍的圍巖體形成一個整體，從而極大地增強圍巖的自穩能力。
③洞內初期支護采用每榀間距為0.5m的I20b鋼架，噴層厚度為28cm的C25混凝土；遵循短進尺、弱爆破的原則，采用人工配合機械開挖，每循環進尺控制在0.5m以內。
④沿初支輪廓設Φ50mm（壁厚5mm）、L=5m的超前注水玻璃漿液小導管，環向間距0.5m，排距3m，小導管尾端與初支鋼拱架焊接牢固，以增強整體剛度；開挖輪廓初噴后徑向設置Φ25中空注漿錨桿，L=3.5m，環向間距1m，排距1m，待砂漿強度達到設計強度時上緊墊板和螺母，錨桿墊板與噴層必需密貼[1]。
3.2 主要施工工藝
3.2.1 邊仰坡加固。洞口邊仰坡和成洞面圍巖為碎石土，整體穩定性差。洞口施工前需用錨噴支護對坡面進行封閉加固處理，避免雨水沖刷山體及預防邊坡滾石滑落，保證洞口施工安全。仰坡、邊坡、成洞面施工遵循邊開挖邊支護的原則。
按已確定的施工方案，邊坡、仰坡、成洞面采用Φ22mm、L=5m的砂漿錨桿進行加固防護，錨桿按間距1m×1m梅花狀布置。整體坡面采用Φ8mm的鋼筋網，網格20cm×20cm，網片與錨桿綁扎連接，采用C20噴射砼封閉坡面，混凝土厚度為10cm。
3.2.2 洞口段加固。由于拱頂覆蓋層較淺，僅為4.5m。根據地質調繪可知，淺層洞口段圍巖受F10斷裂構造帶影響較破碎，直接開挖進洞易造成坍塌，給施工帶來極大安全隱患。經論證后，采用38m長管棚支護技術可加強支護，用以加固和支護圍巖，以確保安全進洞和順利掘進。
3.2.2.1 施工套拱。為確保管棚鉆孔定位精確，設置3榀I18的工字鋼架，固定好Φ127mm鋼套管（壁厚6mm，長2m），并模筑60cm厚C30砼作為管棚的導向墻。
套拱施工時嚴格按照隧道設計輪廓線進行放樣，套拱砼達到一定強度才能施作管棚頂進，且必須注意導向管向上傾斜的埋設角度[2]。
3.2.2.2 管棚注漿加固。管棚注漿加固作為超前支護的一部分，通過高壓水泥漿液使松散圍巖板結并與大鋼花管形成鋼性整體，為開挖施工提供有效的安全屏障。
管棚采用Φ108mm（壁厚6mm）熱軋無縫鋼管，長38m，環向間距50cm，外插角3°。管棚通過安裝在套拱上的導向管進行頂進，有效保證了頂進方向。
因管棚長度為38m，無法一次性頂進，所以在施工過程中將管棚加工成4m、6m，每節分段頂進，最先頂入的一段管棚頭部做成錐形以利于頂進。分段頂進施工的關鍵是鋼管之間的連接問題，對接焊的鋼管頂進易造成接頭斷裂，幫條焊接的鋼筋則易造成頂進過程中卡管無法繼續頂進。因此，可采用絲扣進行套接，不易出現斷管和卡管現象。
注：①表示開挖左側導坑上臺階；②表示左側導坑上臺階初期支護；③表示開挖左側導坑下臺階；④表示左側導坑下臺階初期支護；⑤表示開挖右側導坑上臺階；⑥表示右側導坑上臺階初期支護；⑦表示開挖右側導坑下臺階；⑧表示施工下臺階初期支護；⑨表示拆除中隔壁臨時支護；⑩表示分步施工防排水系統和仰拱、邊墻、拱部二襯。
管棚鉆設時應先安排鋼花管，注漿凝固后再鉆設無孔鋼管。為保證管棚的注漿質量，管棚上的注漿孔要按梅花形布置，間距15cm×15cm，并由專人記錄壓力表，達到1.5MPa時可停止注漿，觀察是否有跑漿、冒漿、漏漿現象，10min后再進行補漿。
3.2.3 中隔壁法進行淺埋段開挖。管棚注漿強度達到85%后，方可進行洞身開挖，針對地質圍巖條件、淺埋偏壓特點，在管棚棚架結構的保護下，采用中隔壁法開挖施工（即將開挖斷面分為4部分），先施工左側導坑上臺階并進行支護，再開挖左側導坑下臺階，然后再開挖右側導坑上臺階，最后開挖右側導坑下臺階，閉合成環后再除中隔壁臨時支護。見圖3。
4 監控量測及超前地質預報
進洞前施工做好監測點，在淺埋段洞頂沿襯砌中線每2～3m布設，做好地表沉降及位移監測；同時地下洞室內做好拱頂下沉及水平位移收斂監測，在施工過程中對量測數據進行整理分析，判斷圍巖是否處于穩定狀態，對可能出現的變形進行預測，以指導開挖及支護作業方案。
5 結語
隧道施工中嚴格遵循“短進尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的原則，通過對何家坡隧道洞口淺埋偏壓段的施工技術總結和分析，做好洞頂護拱及洞外長管棚施工輔助措施是順利完成洞口段施工的關鍵，確保了洞口圍巖穩定與安全進洞，以利指導今后類似工程施工。
參考文獻：
[1]王建華.淺埋隧道洞口段施工技術[J].現代交通技術，2007（2）：62-65.
[2]趙文軍.隧道洞口淺埋偏壓段施工技術[J].筑路機械與施工機械化，2009（4）：73-75.
