下穿沈海高速復線泉州段隧洞工程土洞段圍巖支護施工要點淺析

曾瑜璇

（福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000）

1 工程概況

1.1 工程設計概況

泉州市惠女水庫引調水工程，通過輸水隧洞和輸水管道輸水至惠女水庫，輸水線路總長約為18.081 km。設計輸水流量為12 m3/s。輸水線路羅東管道起點位于羅東鎮靴丘村西北側山麓，與山美～羅東隧洞連接，隨后輸水管道往東南向布置，下穿在建的沈海高速公路復線泉州段。下穿段全長300 m，底坡i=2.06%～0。

1.2 地質概況

隧洞工程圍巖分類分為Ⅱ～Ⅴ類，其中DX0+000～0+110為Ⅱ類圍巖，DX0+110～0+160為Ⅲ類圍巖，DX0+160～0+210為Ⅳ類圍巖，DX0+210～0+300為Ⅴ類圍巖。根據鉆孔資料，該區塊分布的土層自上而下為人工堆積土夾碎塊石、坡殘積砂質粘土、全風化凝灰巖、強風化凝灰巖、弱風化凝灰巖。

2 隧洞圍巖支護施工方法

為確保高速公路的運營安全，隧洞施工遵循“短進尺、弱爆破、強支護、勤觀測”的原則，隧洞穿越全風化、強風化、弱風化三種巖土層，此次施工根據不同的地質條件制定相應的施工方法。

2.1 超前大管棚施工方法

DX0+300～DX0+280段強風化但無出水情況，考慮有塌方風險，采用超前大管棚支護。

管棚的鋼管直徑為108 mm，鋼管環向間距為40 cm，長度為20 m。縱向搭接2.0 m，仰角為3°。施工流程：測量定位-鉆機鉆孔準備-鉆管棚孔-頂第一節管-接管頂進至設計長度-注漿。

2.1.1 測量放樣

（1）第一環大管棚（DX0+300～DX0+280）

①管棚的起始中心里程（DX0+301）測設：用坐標法落點，依據隧道進口布設的控制網；在中心線的垂直方向上分兩邊各布置2個控制樁，確保可以隨時檢查方向的正確性并加以校正。

②在中心線的垂直方向布設一個與大管棚半徑相對應鋼格柵用以定位。測設控制樁以及每根導管的中心線方向，同時落點在鋼格柵上，在點位的兩端焊接長20 cm（φ20）的短鋼筋頭作為導向；同時為了確保鋼格柵的穩固，用工字鋼布設五道支撐在方格柵下邊加固。

③鉆孔的方向和傾斜度控制

1.2 腹膜反折懸吊裝置的設計 自制腹膜反折懸吊裝置由 Hem-o-lok 夾和與之連接的穿刺器、固定裝置及施夾鉗組成，施夾鉗用于將懸吊裝置置入體腔，并將 Hem-o-lok 夾夾閉固定于腹膜反折上；穿刺器及其附屬連接線用于調整腹膜反折懸吊的牽引方向及高度；固定裝置用于固定連接線，保持腹膜反折懸吊的高度和方向（圖1）。

鉆孔方向的控制采用方向樁，為了確保鉆孔方向的精確性，在每個導管的中心軸方向，布置兩個方向樁；

鉆孔傾斜度控制：孔內控制，分別在距孔口2 m處、1/2孔深處、終孔處三處用精密水平陀螺儀進行測量；孔外控制，測設大導管孔口及鉆機中心的高程進行控制；

（2）第二環大管棚（DX0+282～DX0+262）

①測設同第一環大管棚。洞挖至DX0+282 樁號時，每環管棚縱向搭接2 m。在DX0+282 樁號之前的洞身開挖后，防止塌陷，立即初噴混凝土，然后架設鋼拱架作為支撐，掛網同時噴混凝土加以覆蓋。

②由于第二環大管棚在洞內施工，施工空間有限且不能夠影響后續的施工，故需要在鉆機機身正中央上面的初期支護拱部設點用彩色油漆標記，可以通過標記來推算鉆機中心的高度,同時鉆孔時的傾斜度也可以通過孔口及鉆機中心兩點的高程得以控制。

2.1.2 鉆孔

在施工開挖工作面處安設受力拱架，并在其上正確標明管棚位置；在鋼架上沿隧道開挖輪廓線縱向鉆設管棚孔；施工參照布設好的孔位、傾斜度、方向，施工中孔深的偏差要控制在10‰以內，孔口位偏差要控制在±5 cm以內。

鉆孔要根據不同的地質相應的調整施工參數。開孔施工初期，確保方向的正確性，要低壓慢轉，然后逐步的提高轉速保持穩定的壓力；遇到堅硬的巖石結構，采用金剛石鉆頭低壓恒定的低速進行；快成孔時，用清水清洗孔內的雜物（泥漿、石渣），掏孔檢查，確認無塌孔和探頭石時，才可安設鋼管。大管棚施工完成后見圖1。

圖1 大管棚施工完成后示意圖

確保大管棚的整體受力效果更好，接長管棚鋼管時鋼管接頭在隧道縱斷面上錯開2 m。由于大導管（φ108×8 mm）得長度規格是4 m～6 m的不等，無法達到設計長度，因此必須將管子連接起來。此工程連接管子的方法采用了外套管法和絲扣法。

絲扣法：在管子的兩端分別車出長度不小于15 cm、深度不大于1/2 壁厚（4 mm）的公、母螺紋。管子兩兩連接時母螺紋與公螺紋套在一起，用力擰緊即可。

外套管法：兩兩管子連接時直接在接頭處套長40 cm的外套管（φ127×4 mm），用電弧焊將縫隙焊滿、焊牢。

2.1.4 送管

第一環大管棚，用PC200 反鏟挖掘機挖斗向前送管。第二環大管棚受施工空間限制無法采用大型送管設備，故送管采用鉆機。成孔后，通過異型接頭，用主動鉆桿帶動大導管邊旋轉邊向前推進，直至將全部管子送到位。這樣每環的大管棚都剛好搭在兩個環的襯砌頭上，相當于橫梁，可以更好的起到預支護的作用。

2.1.5 注漿

在鋼管上鉆孔距為50 cm呈梅花型布置的出漿孔（?10 mm）；由于鋼管尾部作為為止漿段，故尾部2 m不鉆孔。

采用單液注漿，水泥漿水灰比（W∶C）為0.5∶1。水泥漿液攪拌在拌合機內進行攪拌，先加水，待水量加足后將水泥投入，攪拌時間大于3 min，防止水泥凝固，在注漿過程需要不停攪拌漿液；注漿過程中先難后易原則，有水孔注漿放在最后，先注無水孔；從拱頂依次排序對稱向下進行；注漿過程遇到跑漿問題，采用間隔的方法灌注；注漿結束后，利用止漿閥保持孔內壓力，直至漿液完全凝固。

2.2 超前小導管施工方法

在破碎圍巖隧洞段(即斷層帶處)采用超前小導管注漿施工技術，注漿小導管在超前大管棚施工完成后開始。小導管外徑選擇?42 mm的熱軋鋼管，厚4.0 mm，長度4 m，鋼管前端做成尖錐狀，尾部焊上箍筋，便于超前小導管插入圍巖內。

（1）鉆孔

沿隧洞縱向開挖輪廓線向外以5°的外插角鉆孔，將小導管打入圍巖。方便導管的的打入圍巖，孔徑要比導管直徑大3 mm～5 mm；縱向兩組小導管間亦有不小于2 m的水平搭接長度。小導管環向間距為40 cm；利用鉆機將鋼管頂進鋼架腹板孔，鋼管內的砂石用高壓風吹出；小導管安裝完成后，防止工作面坍塌，孔口用塑膠泥封，附近及工作面噴射砼。

（2）注漿

注漿采用水泥砂漿，水泥砂漿水灰比：0.5～1.0（重量比）；注漿壓力：0.5 MPa～1.0 MPa，對于有涌水量的松散破碎帶采用水泥水玻璃雙漿液；各種地層條件下圍巖孔隙率參考消息值：粘土25%，全風化15%，弱風化10%。

為了確保機械設備和管路的正常，注漿前要先進行壓水實驗，灌漿采用群管灌漿，每次3～5 根，這樣可以充分發揮設備效率且加快施工速度。

2.3 止水注漿小導管施工方法

D0+235～D0+265 段在全風化巖與強風化巖交界處屬地下水富水區，隧洞開挖過程中是地下水出露的匯集處，根據交界面的走向和傾角分析確定超前小導管在邊墻上布設范圍的下限，通過小導管灌漿起到有效的阻水的作用。并在核心去鉆設鋼花管進行引排水，以降低外水壓力，保證開挖掌子面穩定。除此之外，通過止水注漿小導管預防隧洞在開挖過程中地下水對開挖圍巖的影響，避免圍巖因軟化而坍塌冒頂，帷幕注漿范圍為開挖輪廓線外2 m。此段開挖采用上部導坑超前開挖法對掌子面前方的地質情況進行超前預報，故確定采用止水注漿小導管施工。

注漿小導管長度為4.0 m，間距為40 cm，呈環形布置，每一循環搭接長度不小于1.0 m。注漿小導管見圖2。

圖2 止水注漿小導管布置圖

小導管在尾部預留1.0 m的止漿段，其余管身鉆注漿孔，孔徑10 mm，孔間距15 cm，呈梅花型布置，小導管前端宜做成尖錐狀，尾部焊上箍筋。注漿參數同2.2 超前小導管施工方法”。

2.4 變形監測、及監測數據分析

拱頂下沉量測，在噴砼是，按隧洞縱向間距每5 m～10 m埋設1 個測點；洞內凈空水平收斂測點布設斷面與拱頂下沉測點斷面相一致（即兩者處于同一斷面上），每斷面按兩條測線布設測點，測點在隧洞開挖后噴錨時埋設，初始讀數在每次開挖后12 h內讀取，并做記錄。拱頂下沉和洞內凈空水平收斂量測測線、測點布置見圖3。

圖3 拱頂下沉和洞內凈空水平收斂量測測線、測點布置

拱頂下沉量測和洞內水平凈空收斂量測的測試頻率宜相同，測量第20 天以后，量測斷面距開挖工作面的距離大于5 m,變形速度小于1 mm/d，各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩定。

3 結語

2014 年12 月該段隧洞已經按照本方案順利實施，并順利通車運行，運行至今無明顯沉降問題，表明此方案切實可行。

隧洞位于地下，斷面較小，施工難度本身就大，加之不良的地質，給施工帶來更大的困難。因此在施工過程中，必須要提前制定詳細的施工方案，綜合考慮地質及出水情況采取最佳的施工方法。下穿沈海高速復線泉州段隧洞工程土洞段圍巖支護施工的成功為今后類似的工程提供了相應的經驗參考。

（1）同層臺階避免兩側同時開挖，一側必須在相應的側支護結束后才能開挖另一側，一次性開挖長度要小于兩榀拱架間距。在圍巖松散的施工段，為安全起見必須開挖一榀，支護一榀。

（2）大管棚巖體支護時插入巖石部分要大于3 m，這樣可以避免在山體滑動時，全部荷載集中到初期支護上，分擔一部分荷載，控制隧洞下沉和變形。

（3）大管棚的接頭在同一斷面上比較容易出現安全隱患，因此接頭處必須縱向錯開。