浅埋隧道偏压进洞技术.doc

浅埋偏压隧道进洞施工技术王延民 王毅中铁隧道集团有限公司第一工程处摘要：本文介绍了广西平乐至钟山高速公路贺州支线上木冲隧道的浅埋偏压进洞技术，为今后类似隧道工程施工提供一点借鉴。关键词：浅埋偏压 注浆 超前支护 半自钻式管式锚杆 1. 工程概况1.1地理位置木冲隧道处于平乐至钟山高速公路贺州支线上，位于钟山县凤翔镇木冲村南约1公里处，横穿红花岭和犁头山，木冲隧道是全线的重点控制工程之一，并且是目前广西境内最长的的公路隧道。1.2工程地质木冲隧道位于两岩溶侵蚀盆地之间的低山区，处于地面较明显的东西分水岭地带。隧道通过段主要为浅切割的低山地形，地面起伏较大。隧道区受地质构造的影响较严重，受两条较大的区域性断层影响，形成数米至十多米的挤压破碎带。隧道洞口段（贺州端）主要有坡残积层的粘土混碎石和已风化成碎石混粘土状的强风化页岩组成，局部夹灰岩，受地下水及降雨入渗形成的地下水影响较大，并且左右线洞口段还存在着不同程度的偏压现象。1.3结构型式隧道设计为两座独立的分离式隧道，两座独立隧道的轴线间距为50米，其中右线长3695米，左线长3670米。左右线路面纵坡均为1.165%，横坡为2%。隧道建筑限界为10.25米，紧急停车带处断面加宽2.5米，高为5米，采用单心圆断面，半径为R=5.65米。2.洞口段原设计概况木冲隧道洞身结构按新奥法原理进行设计，采用洞口加强衬砌，初期支护为锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢拱架，二次衬砌及仰拱采用模筑混凝土，以确保洞口段安全稳定。洞口段40米采用长大管棚超前支护，管棚规格外径为89mm壁厚为8mm的热轧无缝钢尖管，钢管前端呈尖锥状，在尾部焊接10mm加劲箍，管壁四周钻二排20mm压浆孔。施工时钢管沿隧道周边以 1外插角打入围岩，再灌注30号水泥砂浆，其环向布置间距为50cm，管棚长度为40米。管棚的固定端采25号砼套拱，拱内设两榀20b型钢，在其中布33个110孔口管，孔口管与20b型钢焊为整体。边仰坡支护采用锚网喷的支护体系，锚杆采用22的砂浆锚杆，L=3.0米，间距为1.0m1.0m。3.进洞方案的确定因洞口类围岩段工程地质条件差，岩体易失稳，对开挖施工及洞脸安全极为不利，原设计的支护体系不能有效保证施工期隧道洞口稳定、施工安全。根据现场实际地质及开挖洞脸过程中所掌握的情况，经研究决定，对原设计的进洞支护体系进行优化，优化方案如下： 31填土加载由于左右线洞口段均存在着不同程度的偏压现象，为了保证在洞门边仰坡开挖及进洞后隧道的结构安全。在边仰坡开挖之前，对左右线洞门偏压侧进行填土加压，每填高50cm用压路机或夯实机夯实，填至隧道两侧土压力相近为止，完成后再开始进行洞门边仰坡施工。3.2边仰坡支护加强填土加载完成后，就可以开始开挖边仰坡。针对洞门段的工程地质，边仰坡不能一次性开挖至设计标高，宜台阶式开挖。由上至下每开挖23米后，及时进行支护。首先将坡面虚渣清理干净，便于喷射混凝土能与坡面连接牢固，然后初喷3cm厚混凝土，挂钢筋网，再喷56cm厚的混凝土。原设计的锚杆为22的砂浆锚杆，L=3.0米，间距为1.0m1.0m，考虑到洞门边仰坡地质为碎石混粘土，开挖暴露后开裂，受雨水入渗后容易造成坍塌。鉴于安全，将22的砂浆锚杆改为半自钻式管式锚杆，锚杆长度及间距不变。半自钻式管式锚杆采用42X5mm的无缝钢管。钢管前端加工成尖锥形，前段1.5米管壁上每隔1020cm交错钻眼，眼孔直径宜采用68mm。注浆采用水泥浆，配比为水泥：水=1：10.8，注浆压力不低于3kg。采用半自钻式管式锚杆，通过高压注浆，可以对边仰坡的破碎岩体进行固结，提高边仰坡的整体稳定性。施工工艺如下：3.3超前支护原设计洞口段采用40米的大管棚超前支护，但由于长大管棚太长，且所注浆液为30号水泥砂浆，注浆效果差，浆液对破碎岩体不能很好的固结，不能很好的改善围岩的自稳能力，在施工中易出现坍孔漏碴现象，甚至引发围岩坍塌事故；同时长管棚的角度和方向的精度要求高，且长管棚的钻孔深度长，施工难度比较大，钻孔时钻杆有下倾现象，易侵入开挖净空。对开挖造成不利影响；爆破时，长管棚又有传导冲击波作用，对围岩造成频繁扰动影响。由于长管棚注浆效果差，且成排的长管棚对围岩形成一个切割圈，圈内围岩，即大管棚圈内和开挖线以外的部分围岩易坍塌。不仅造成喷砼等支护工程量的增加，还影响到工程质量和安全。另外，长管棚钻孔施作需要套拱定位定向，需要一定的时间，且钻孔需要较长的时间，若出现坍孔现象，对安装造成很大的难度。综合利弊，采用小导管代替长大管棚。小导管采用425mm的无缝钢管，长度为5米。钢管前端加工成尖锥形，前段管壁上每隔1020cm交错钻眼，眼孔直径宜采用68mm。施工时钢管沿隧道周边以一定外插角（不超过15）打入围岩，再灌注水泥浆或水泥-水玻璃双液浆，其环向布置间距为30cm。洞口采用双排小导管锁口和预注浆超前支护，内排小导管距设计开挖轮廓线30cm，两排相距为50cm。注浆配合比为水泥：水=1：10.5之间，注浆压力不低于5kg。利用小导管预注浆超前支护，可以克服以上长大管棚的缺点，不仅保证了施工的质量和安全，而且还加快了施工进度。从理论上讲，小导管不仅具有大管棚的的支撑作用，而且便于注浆控制，可以很好的改善注浆效果，提高围岩的均匀性、整体性和稳定性，提高围岩的自身承载能力;从施工角度来讲，工艺简单，操作方便，能够确保其质量，达到其支护目的。进洞超前支护42X5mm小导管布置如下图：3.2加强初期支护洞口段围岩类别为类，根据现场已出露的围岩地质情况及经验，原设计的初期支护为U29型钢+20cm喷砼+单层钢筋网+25，L=3.0m中空注浆锚杆，不能有效防止洞口段松散围岩变形而产生裂缝以至失稳。为保证施工中隧道结构的安全，在施工中对初期支护进行加强，即将原设计的U29型钢改变为承载结构更合理、刚度更大的I20b工字钢拱架。喷砼厚度由20cm增加至26cm。3.3洞口段施工方法洞脸锁口锚杆施作完成后，在锁口锚杆的保护下进行洞口开挖。根据洞口段的开挖高度、跨度及围岩的地质情况，洞口段20m范围分上、下两层开挖，上部开挖高度5.5m（即圆拱部），采用预留核心土环形开挖法施工，锚喷支护紧跟开挖进行施工。下部分左、右两部错开开挖，两工作面相距24m。因洞口围岩工程地质条件差，岩体破碎松散，洞口段开挖以人工手持风镐凿挖为辅、机械开挖为主，对于局部较硬且人工、机械难以开挖的部位，采用风钻打浅孔（0.30.5m），小药量爆破松动后再人工、机械开挖，对开挖出露的岩面及时进行初喷砼封闭（初喷砼厚35cm），每循环进尺0.50.8m，开挖完成后立即安装钢拱架，挂钢筋网复喷砼至设计厚度。施工顺序：开挖分部示意图如下：4保证措施（1）、洞口段类围岩开挖施工中，派有丰富施工经验的技术员跟班作业，对开挖面前方35m的围岩地质情况作超前探孔，指导施工，对不良地质段及时采取加强支所措施，防止工作面塌方的发生。（2）、每作业班配置一名经培训合格后上岗的专职安全员，对初期锚喷衬砌面进行定期检查，对出现变形裂缝的部位做标记并记录裂缝发展过程，向工程师汇报，由隧道工程师会同监理工程师对裂缝部位进行分析，及时提出补强支护并实施。预防洞身变形过大导致失稳。（3）人工、机械严格依测量放线开挖，最大限度地减少超、欠挖；（4）钢拱架的拱脚要落在实处，必要时在拱脚部位施工砼基础，并打设锁脚锚杆。（5）管式注浆锚杆、超前钢插管（锁口锚杆）注浆控制好水灰比及注浆压力，确保注浆饱满；拱顶注浆压力根据隧道埋深及拱架类型确定，一般情况下拱顶注浆压力不超过8kg，拱脚注浆压力不应低于15kg。（6）根据现场围岩及量测情况，及时进行仰拱施作。对于洞口段，应加强量测工作，地表及洞内量测应