偏压、浅埋、破碎、软弱夹层围岩隧道施工的技术处理2.doc

浅埋、软弱围岩隧道施工的技术处理中铁十七局第六工程有限公司 闫晓峰、杨家卫摘要：介绍在青荣城际铁路QRZH-标韩家隧道的施工过程中，针对浅埋、破碎围岩段施工等采取的技术处理措施。关键词：隧道施工；浅埋；围岩；中管棚；处理1.工程概述荣城际铁路QRZH-标段韩家隧道位于荣成市境内低山丘陵区，沟谷发育，海拔高度一般为86.5185.7m，最高山峰为隧址区北部的立架山，海拔185.7m，隧道最大埋深85.5m，最浅埋深4.42m。区内植被发育，以灌木为主。本区属暖温带亚湿润季风气候区，降水集中于夏秋，年平均气温11.1，年平均降水量805mm。隧道区除进口沟谷地段发育有第四系全新统冲洪积层粉质粘土层外，其余洞身范围穿越地层主要为中生代燕山期石英二长岩。本隧道起迄里程为DK298+110DK300+555，全长2445m。隧道位于半径为4500m的左偏曲线上；纵向上坡，进口至DK299+100段坡度为3，DK299+100至出口段坡度为25。本隧道为单洞双线隧道，内轮廓为曲墙带仰拱衬砌，净高9.2m，净空面积为92，毛洞最大开挖跨度为14.58m。本隧道在DK298+875DK299+040段为隧道浅埋段，埋深最大为17.3m，埋深最小仅4.42m，且在DK298+930处（最低点）穿越地表水塘，该处设计围岩等级为级，巨斑角闪石英二长岩，强风化，岩体极破碎，裂隙水丰富，容易发生坍塌、冒顶，存在极大安全隐患，严重威胁到工程的质量和安全。2.隧道浅埋段的支护衬砌设计及主要处理措施本隧道DK298+875DK299+040段浅埋段采用级围岩加强复合式衬砌。初期支护以喷射混凝土、型钢架、锚杆、喷锚钢筋网为主要支护手段；当隧道仰拱及仰拱填充施工完毕，且二衬距掌子面距离不大于规范要求的隧道施工安全距离时，根据量测反馈沉降、收敛信息，若洞内围岩稳定，及时施作二衬混凝土，以确保已施工完成的初期支护洞段安全牢固，具体支护参数见表1。表1 隧道支护参数表衬砌类型喷射砼(C25)钢筋网锚杆参数钢架二次衬砌部位厚度cm部位网格间距cm钢筋规格部位环距*纵距m长度（m）部位类型纵距（m）拱墙cm仰拱cm级加强全环28拱墙20*208拱墙1.2*14全环I20a型钢0.65060为确保浅埋、软弱围岩段开挖的安全，在DK298+875DK299+040浅埋段设长165m的89中管棚进行超前支护，管棚设在拱部144范围内，环向间距40cm，外插角35，管棚长度10m一环，两环之间搭接长度不小于3m。中管棚之间设42超前小导管支护，纵向每1.8m设一环，纵向相邻两排的水平投影搭接2.7m。如图1、2所示。图1 洞身段中管棚正面布置图图2 洞身段中管棚纵向布置图同时，为了确保隧道施工期间安全，在该浅埋段施工前对DK298+930处（最低点）地表水塘进行排水处理，排干水塘内的积水，并确保隧道施工该段落时水塘处于干涸状态。3.中管棚施工工艺3.1施工作业面设置当上导开挖至DK298+870位置时，按拱顶160范围环向开挖至DK298+875掌子面，预留核心土平台长5m，作为中管棚的工作平台。紧挨掌子面往小里程方向2m隧道拱顶采取扩挖施工，拱顶160范围超挖40cm，以保证钻机移动的灵活性。3.2施工准备施工作业面加固：施作隧道已开挖段的初期支护，包括喷射混凝土、型钢架、锚杆、喷锚钢筋网支护手段；拱顶超挖段先按超挖轮廓施作初期支护，中管棚施工完成后再按设计断面补平初期支护。同时喷射混凝土封闭掌子面。制作导向架：导向架采用20a工字钢制作，导向架由3榀钢架组成，制作尺寸按照管棚设置位置尺寸分别缩小30cm，40cm，50cm。利用全站仪定位安装导向架，导向钢架设置混凝土落底基础并施作锁脚锚杆，基础断面尺寸为50cm*50cm，基础设置在稳定地基上，3榀导向钢架之间按环向1.0m设置I18工字钢纵向连接。管棚施工放线：测量放样采用全站仪进行测设，三维坐标进行中管棚钻孔处定位。钻机就位加固：钻机操作平台固定在导向钢架上，与预先加工好的导向架工字钢进行焊接连接。潜孔钻采用U形螺栓与工字钢导向架固定，每个u形螺栓采用20 mm圆钢制作，在钻机前部、中部及后部左右各设置一道。为了避免钻机在钻孔过程中产生后坐力，导致导向架向后倾覆，导向架必须与初期支护钢拱架连接。3.3钻孔钻孔由高孔位向低孔位进行，为了便于安装钢管，钻头直径采用100mm。管棚采用潜孔钻钻孔，钻进开始时选用低挡，待钻到一定深度后开始增加钻机钻孔速度及钻孔的压力，每钻进5m要复核钻孔的角度是否正确，以保障钻孔方向的准确。钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进，并经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。用钻杆配合钻头进行反复扫孔，并用高压风从孔底向孔口清理钻渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。3.5安装管棚钢管管棚钢管制作：中管棚采用89mm，壁厚5mm热轧无缝钢管及花钢管。花钢管上钻注浆孔，孔径10-16mm，孔间距140mm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm。对钢管进行编号，编号为双号的钢管不开注浆孔。每节钢管两端均预加工成外丝扣，采用30cm长的95mm6mm的热轧无缝钢管做连接接头。每次钻孔施工完毕后，立即进行送管施工，并用高压风将钢管内的砂石吹出。由于本隧道地质情况差，因此在钻孔完毕后及时、快速进行下管，保证钻孔在稳定情况下将钢管全部插入孔内。棚管用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，相邻钢管的接头应前后错开，同一横断面内的接头数不大于50%。3.6管棚注浆施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。注浆材料采用纯水泥浆，配比为水泥：水=1：1(重量比)，浆液用ZJ-400高速制浆机拌制。采用注浆机将水泥浆注入管棚内，注浆时从拱顶向下对称进行注浆，注浆过程中如遇见邻孔跑浆，可间隔进行注浆。注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆时必须要以注浆的时间和注浆量进行判定，当在注浆过程中，注浆压力慢慢上升到设计压力的时候才可停止注浆，压力一般控制在0.8MPa1.0MPa，注浆压力达到1.0MPa，持压15min后，可停止注浆，并及时封堵注浆口。注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆效果检查。注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，则说明浆液未填充满钢管，需采取补注或重注；如响声低哑，则说明浆液已填充满钢管。开挖后及时观察岩壁面，钢管周围20cm范围岩隙应被基本填密实，并作好记录。3.7注意事项由于岩层的裂隙及岩层的软硬不等，导致钻孔过程中发生弯曲，因此施工前钻机加固要牢靠，同时钻机钻杆刚度较高，钻头质量较好，防止钻机自身原因发生偏孔。钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号，确保管棚不侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。钻孔应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹砂层时，应控制钻进速度，避免夹钻现象。钻孔面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙, 并确保钻孔面不出现坍塌。管棚施作前，人、机、料必须按要求到达施工场地。施工过程中必须配备通风设施，减少洞内烟尘，作业人员施工过程中采用轮换钻孔，同时注浆作业人员必须按要求佩戴防护用品，不得直接接触浆液。4.浅埋隧道开挖方法4.1浅埋隧道开挖应根据底层情况、地表情况及机械配备情况，选择对底层扰动小、经济、快速的开挖方法，工序安排要突出及时性，地层差时，应严格执行“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。4.2本隧道在开挖DK298+875DK299+040浅埋段时，采用了“三台阶临时仰拱法”进行开挖。三台阶临时仰拱法工序横断面示意图见图3。图3 三台阶临时仰拱工法工序横断面示意图三台阶临时仰拱法施工工序说明：a：利用上一循环架立的钢架施作隧道超前锚杆（小导管）支护及临时仰拱，临时仰拱每两榀钢架加设一榀。分部开挖部。分部施作部导坑周边的初期支护。施作锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。b：在滞后于部一段距离（23m）后，开挖部。导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，施作钢架及临时仰拱，并设锁脚钢管，临时仰拱每两榀钢架加设一榀。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。c：在滞后于部一段距离（23m）后，开挖部。导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，架立型钢钢架。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。d：灌筑部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充分两次施作）。e：根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌台车一次性浇筑部二衬。5、结束语隧道浅埋软弱围岩段应严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则施工。超前管棚支护利用钢管作为纵向支撑、钢拱架作为横向环形支撑，构成纵、横整体