巖地層大斷面暗挖車站主動支護施工技術(shù)研究

寧凱飛

（中國鐵建昆侖投資集團有限公司，四川成都 610041）

0 引言

現(xiàn)階段，我國的施工單位在隧道施工時，都是以巖體力學研究理論作為依據(jù)，將圍巖自身的承受性能作為前提基礎(chǔ)。利用預應(yīng)力錨桿以及噴射混凝土，對圍巖進行支護，嚴格把控圍巖的變形狀況，通過監(jiān)測變形量指導施工。錨桿支護會對隧道施工的安全性造成巨大的影響，利用錨桿對圍巖進行加固，促使圍巖形成良好的拱形支撐結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

以錦江路車站施工項目作為研究案例。該項目隧道圍巖級別為V 級，屬于特大斷面暗挖隧道。車站主體采用雙層初支拱蓋法施工，站臺設(shè)計為地下兩層島式站臺。該項目起止樁號設(shè)計為YDK37+101.0—YDK37+317.0，標準段的寬度設(shè)計為19.90m，車站總建設(shè)長度設(shè)計為216m，總建筑面積設(shè)計為15619m2。車站兩側(cè)多為多層或高層房屋，房屋結(jié)構(gòu)主要為磚混和混凝土框架結(jié)構(gòu)，到主體結(jié)構(gòu)的最小凈距約為5.7m。黃河路與錦江路交叉口設(shè)天橋，天橋樁基到主體結(jié)構(gòu)的最小凈距約為2.4m。站址范圍內(nèi)的管線大多分布于主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)，拱頂上方覆土較淺，施工期間對上部管線影響較大。拱部基本位于全風化泥巖地層，上覆地層較為軟弱，巖層走向與線路中線近乎平行，傾向線路右側(cè)。基坑開挖后，線路左側(cè)（基坑西側(cè)）存在順層問題，施工時易產(chǎn)生順層滑動、坍塌、掉塊等現(xiàn)象。

2 施工方案

該項目主要由一站兩區(qū)間隧道構(gòu)成，其中錦江路車站設(shè)計采用暗挖作業(yè)方式。錦江路車站的開挖作業(yè)方式，采用大斷面非爆破開挖形式。具體的開挖方法為：雙側(cè)壁導坑開挖；隧道的支護形式為大管棚超前支護形式；蓋挖法進行強化支護，鋼拱架噴錨支護。

3 主動支護施工技術(shù)

3.1 大管棚超前支護

如若超前小導管無法對隧道拱頂部位的圍巖變形狀況進行控制，應(yīng)該使用φ159 大管棚替換φ42 注漿小導管。在實際施工中，可以結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況進行確定[1]。

3.1.1 大管棚施工工藝流程

大管棚注漿作業(yè)的具體流程主要是：開挖斷面封閉—鉆孔作業(yè)—插打管棚—注漿作業(yè)—注漿質(zhì)量檢測等。

3.1.2 大管棚加工與安裝

大管棚使用規(guī)格為φ159 的無縫鋼管，鋼管的前端需加工為尖錐狀，為施工人員提供施工便利，避免注漿過程中出現(xiàn)漿液前沖現(xiàn)象。大管棚的中間部位需要設(shè)置注漿孔，注漿孔的孔徑設(shè)置為φ8～12mm，注漿孔應(yīng)該設(shè)置為梅花形，注漿孔的間距設(shè)置為20cm。在大管棚端部1m 范圍內(nèi)，不鉆孔，避免注漿過程中出現(xiàn)漏漿事故。為了提高大管棚及鋼管樁的抗彎能力，在鋼管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠。鋼筋籠由4 根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為18mm，φ76 固定環(huán)采用短管節(jié)，將其與主筋焊接，按1m 間距設(shè)置。

3.1.3 注漿設(shè)備及注漿材料

為保證注漿作業(yè)順利完成，可以使用FBY 雙液注漿機，進行單液注漿操作。

注漿材料使用普通硅酸鹽水泥。將清水倒入攪拌容器，再將標準比例的水泥加入攪拌容器，攪拌均勻，作為備用。漿液的備制量可以根據(jù)實際需求確定。

3.1.4 注漿順序

注漿作業(yè)應(yīng)該沿著無水孔向有水孔注漿，按照間隔進行施作。在正式施工過程中，詳細記錄每一個環(huán)節(jié)，記錄的內(nèi)容包括：導管長度、注漿壓力、注漿持續(xù)時間、漿液消耗量等，便于對后續(xù)路段的地質(zhì)條件進行分析[2]。

3.1.5 注漿結(jié)束標準

單孔注漿作業(yè)完成的依據(jù)：

（1）注漿壓力不斷提高，當注漿壓力達到設(shè)計值以后，持續(xù)注漿10min；

（2）進漿量至少達到設(shè)計值的80%；

（3）進漿速度不超過初期進漿速度的25%。

3.1.6 質(zhì)量標準

管棚施工質(zhì)量管理標準可以參照表1 中信息所示。

表1 大管棚驗收質(zhì)量標準

3.1.7 施工注意事項

（1）施工人員應(yīng)該嚴格把控漿液的配合比及膠凝時間。當漿液的配合比確定后，可以利用漿液的膠凝時間對配合比進行調(diào)整，同時檢測漿液固結(jié)以后的強度，最后確定最佳配合比。

（2）注漿作業(yè)時，施工人員應(yīng)該嚴格把控注漿壓力，保證注漿作業(yè)的終壓符合設(shè)計要求。當達到終壓設(shè)計值以后，持續(xù)穩(wěn)定注漿壓力10min，保證漿液的擴散范圍符合設(shè)計及規(guī)范要求。需要注意的是，注漿壓力不得超過設(shè)計值，避免出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。在施工過程中，如若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可以采取以下有效措施：一是適當降低注漿壓力或采用間歇式注漿方法；二是注漿效果：通過進漿量或者揭露法檢驗注漿效果[3]。

3.2 初期支護

3.2.1 施工流程

具體的施工流程為：施工前的準備工作—布設(shè)注漿孔—鉆孔—插打錨桿—注漿作業(yè)—預應(yīng)力張拉—施工質(zhì)量驗收。

3.2.2 鉆孔

（1）鉆頭選擇。預應(yīng)力錨桿的桿徑設(shè)計為44mm，鉆頭使用45mm。結(jié)合實際情況，部分錨桿的安裝存在較大的難度，需要額外施加外部作用力。實際施工時，殼頭膠帶受到損壞，導致殼頭張開，無法直接安裝，即使安裝也不符合質(zhì)量要求；使用51mm 的鉆頭進行鉆孔作業(yè)，成孔的孔徑為53mm，插打錨桿以后，由于孔徑偏大，導致殼頭無法完全張開；使用48mm 的鉆頭進行鉆進作業(yè)，成孔的孔徑大概為50mm，預應(yīng)力錨桿安裝比較順利。由此可以確定，鉆頭直徑應(yīng)該適當?shù)拇笥跉ゎ^直徑3～4mm，孔徑應(yīng)大于殼頭直徑5mm。

（2）鉆孔順序。鉆孔作業(yè)應(yīng)該自上而下進行，使用手持風動鑿巖機設(shè)備進行鉆孔。使用三臂鑿巖機的1、3 號臂作業(yè)中，應(yīng)該將孔位的間距設(shè)置為1～2 個錨桿。

（3）清孔。成孔作業(yè)完成以后，應(yīng)該及時清孔。使用高壓風清孔，保證孔內(nèi)不存在碎屑、雜土等。

3.2.3 錨桿安裝

在插打錨桿之前，可以先組裝錨桿，并檢查錨桿端部的殼頭扎帶是否損壞。如若發(fā)現(xiàn)扎帶損壞，應(yīng)該立即更換，并重新組裝錨桿。

3.2.4 注漿

正式注漿之前，先安裝注漿接頭。使用KBY-50/70 型號的設(shè)備進行注漿，注漿的順序為由下向上。使用攪拌設(shè)備直接攪拌漿液，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際需求量進行攪拌，漿液的水灰比設(shè)置為1∶1。按照注漿效果，不斷對注漿的技術(shù)參數(shù)進行合理調(diào)整，保證注漿質(zhì)量。注漿壓力控制在0.5～1MPa，在注漿過程中，需要對注漿漿液的抗壓強度進行檢測。

3.2.5 錨桿張拉

當錨桿安裝就位以后，施工人員旋轉(zhuǎn)錨桿并向外拉，拉出桿件。在這個過程中，殼頭會張開并與巖壁充分咬合。

3.3 拱蓋施工

車站大拱蓋左右導洞采用定制臺車施工。導洞拱蓋臺車大樣如圖1 所示。

圖1 導洞拱蓋臺車大樣圖（單位：mm）

左右中導洞采用拼裝臺架，其中鋼模體系由長1000mm 厚50mm 的小鋼模板組成，鋼板內(nèi)側(cè)1000mm均布18#工字鋼，型鋼垂直分布于工字鋼下150mm×150mmH 型鋼。螺桿體系由6 根可調(diào)節(jié)式φ80 螺桿（3 根豎直分布，3 根斜向分布）組成，基座由25b 工字鋼焊接而成。拼裝臺架大樣如圖2 所示。

圖2 拼裝臺架大樣圖

3.3.1 施工工藝流程

初支平整（背后注漿）—測量放樣—安裝臺車（拼裝臺架）—安裝拱架—澆筑混凝土。

3.3.2 施工方法

（1）初支平整：拱蓋施工前，首先進行初支背后注漿工作，并對初支表面各滲漏點進行重點注漿堵水，完成初支背后注漿工作。

（2）測量放樣：拱蓋施工前，測量人員對拱蓋位置進行復核，并對左右導洞臺車進行復核和驗收，臺車中線及輪廓線需符合要求。位置復核確認前，不得進行拱蓋施工。

（3）拼裝臺架

（a）仰拱澆筑或者平整安裝場地，找到隧道中心線，然后按臺車門架中心尺寸鋪設(shè)枕木，縱向每50～80cm 鋪一個（枕木型號根據(jù)設(shè)計定）；再把軌道放在枕木上，調(diào)直軌道；測量2 根軌道之間的寬度，必須與設(shè)計門架寬度符合，誤差不能大于10mm。

（b）把行走輪組吊到現(xiàn)場，調(diào)整前后距離放好；吊下縱梁放置在行走輪組上，用螺栓連接鉸耳座板；再把下縱梁和行走輪組吊起，放置在軌道上；利用工地上的鋼管、角鋼、槽鋼，支撐下縱梁。以同樣的方法組裝另一邊的下縱梁，在吊車起吊時，調(diào)整下縱梁的前后方向和左右寬度，使2 根下縱梁在同一斷面上，符合門架中心寬度，然后加固支撐下縱梁。

（c）把門架立柱和門架橫梁組裝好，一起吊起，放在下縱梁上，調(diào)整距離，用螺栓固定。把門架全部組裝完后，組裝門架縱向連接梁，然后組裝剪刀架。把所有門架部件組裝好后，旋緊所有門架上的螺栓。門架上的所有螺栓必須牢固，不能有松動。

（d）在門架橫梁上鋪設(shè)模板，繼續(xù)組裝上縱梁。把上縱梁安置在相應(yīng)位置，調(diào)整好尺寸。

（e）把上部小立柱分別組裝在弦梁的相應(yīng)位置，用吊車吊至上縱梁上，采用螺栓連接上縱梁、弦梁。所有上部小立柱和弦梁組裝完畢，調(diào)整弦梁對角尺寸，控制在10mm 之內(nèi)。固定上縱梁，上部部件組裝完畢。調(diào)整鋪設(shè)木板，采用鐵絲綁扎木板，便于施工人員行走，組裝和調(diào)整模板方便、安全。

（f）組裝頂模板。先吊長頂模板，至上部對好，模板連接盒與小立柱、弦梁，采用螺栓連接。然后吊短頂模板，至上部對好，模板連接盒與小立柱、弦梁，采用螺栓連接。按此方法把所有頂模板組裝完畢后，調(diào)整模板與模板之間連接縫隙。模板調(diào)平后，旋緊連接螺栓固定，旋緊連接盒與小立柱、弦梁之間的螺栓。把所有頂模板調(diào)整好后，準備組裝邊模板。

（g）組裝邊模板。首先把邊模板按順序吊起，吊至頂模板下，對好鉸耳位置，采用銷子連接。穿好兩邊銷子，進行下一塊邊模板組裝。以此方法組裝好所有邊模板，將邊模板連接梁吊至相應(yīng)位置，用螺栓連接固定好。把所有邊模板連接梁組裝完畢，開始調(diào)整邊模板，按照頂模板的調(diào)整方法調(diào)整邊模板。

（h）邊模板調(diào)整完畢后，將液壓站吊至操作平臺上，加液壓油，接通臺車上的電源。然后組裝頂升油缸、平移油缸、邊模油缸、鋪設(shè)油管，連接油管。油管連接完畢后，調(diào)試液壓系統(tǒng)至正常，掛絲桿千斤、基礎(chǔ)千斤，臺車組裝完畢。

（i）臺車進場需報檢驗收，驗收合格后方可進場安裝。臺車安裝由廠家專業(yè)技術(shù)人員進行。安裝完成后，須進行整體驗收，包括臺車中線、輪廓線等。驗收合格后，投入拱蓋施工使用。

4 結(jié)語

綜上所述，在面對大斷面暗挖施工項目時，可以利用大管棚超前支護和預應(yīng)力錨桿施工技術(shù)對隧道拱頂進行試壓，取得良好的應(yīng)用效果。對大管棚和預應(yīng)力錨桿的適應(yīng)性進行技術(shù)可行性研究，期望能夠提高我國的隧道建設(shè)水平，促進我國的交通行業(yè)獲得良好的發(fā)展。