新金华山隧道进口软弱围岩进洞施工技术

1 新金华山隧道进口软弱围岩进洞施工技术新金华山隧道进口软弱围岩进洞施工技术 中铁十二局集团四公司赣龙铁路项目经理部 张洪伟 摘要摘要 通过对新金华山隧道进口复杂地质地段进洞施工实例 介绍了复杂地质地段隧道进洞施工技术 包括 隧顶 隧底注浆 明洞暗做 引排地表水 大管棚施工等 关键词关键词 新金华山隧道 软弱围岩 进洞施工技术 1 1 工程概况 工程概况 新金华山隧道全长 4834m 隧道进出口里程分别为 DK191 001 DK195 835 为时速 200km 客 货共线铁路双线隧道 隧道内线间距为 4 4m 4 546m 该隧道设一座长 709 77m 单车道斜井 隧 道内纵坡为人字坡 进口 DK193 300 段位于 3 的上坡 DK193 300 出口段位于 3 的下坡 隧 道内铺设有砟轨道 直线地段轨道结构高度为 766mm 隧道最大埋深约 510m 围岩级别为 级围岩占 38 级围岩占 32 级围岩占 18 级围岩占 12 隧道绝大部分地段地下水较发育 隧址区存在断层破碎带 6 条及岩层分界线 2 条 2 2 隧道特点及施工方案隧道特点及施工方案 2 12 1 工程特点及难点工程特点及难点 1 新金华山隧道进口地形为三面环山 隧道进口段位于山体多年冲刷坡积体带 为常年汇 水流经处 隧道进口 DK191 001 DK191 180 段附近地质为巨厚层坡前堆积体 堆积体赋存年代较 长 分布范围大 DK191 100 DK191 220 段隧道线路正上方淤泥层达到 6 5 米以上 据当地村民 描述 此段为淤泥域 平均宽度 20 米 长度约 120 米 以前为大冲沟 常年淤积而成 一直延伸 至仰坡顶 见图 1 2 洞口堆积体地层主要由卵石土 碎石土 含砾粉质粘土 沙层 红粘土等混杂构成 土 层成份复杂不均 雨季期间土体饱和富水 容易形成大大小小的泥囊 自稳性极差 各层土石在 横向 竖向及沿线路方向分布情况差异大 线路左侧地质表层为第四系粉质粘土 夹粒径 5 50cm 砾 卵 石 下部为红粘土层 表层向右侧逐渐变为褐色流塑状粉质粘土 具有高膨胀性 自由 膨胀率为 42 45 局部有泥水囊 洞顶地质基本为粘土层和碎石土 自稳性差 见图 2 3 该隧道进口段隧道基底位于红粘土地层 承载力仅为 150kpa 需进行基底加固处理 下伏有灰岩地层 岩溶发育 灰岩土石分界面起伏不定 岩溶发育情况复杂 4 DK191 070 110段围岩级别为 级 DK191 110 180段为 级围岩影响段 2 图1 新金华隧道进口洞顶上游沟谷 图2 洞口段土层堆积体 2 22 2 进洞施工方案进洞施工方案 针对上诉不利因素及实际施工条件 制定了行之有效的施工方案 主要的加固方案措施为 加强进口段地表接排水措施 增加对隧道进口VI级围岩及其影响段地层加固 即对 DK191 070 160段的地表袖阀管注浆加固措施 以降低地层的渗透系数 提高隧道开挖中的围岩 稳定性 对DK191 001 120段隧底承载力不够的红粘土等地层和岩溶发育的灰岩分别进行刚性袖 阀管注浆和岩溶注浆加固 以提高基底地层承载力 填充溶腔溶槽 避免隧道沉降确保隧道结构 稳定 对进口段暗洞支护措施适当加强 对已开挖边仰坡加紧施作框架锚杆等加固防护 加长洞 口护拱并回填反压 3 3 施工方法及施工工艺施工方法及施工工艺 3 13 1 洞顶地表注浆加固洞顶地表注浆加固 隧道 DK191 070 160 段增设地表袖阀管注浆加固措施 以降低地层的渗透系数 提高隧道开 挖中的围岩稳定性 袖阀管注浆见图 3 4 1 隧道 DK191 070 160 段采用地表袖阀管后退式注浆加固措施 其纵向注浆段落长 90m 横向注浆范围为隧道中线至两侧各 15m 竖向注浆范围为拱顶至拱顶以上 10m 2 注浆孔布置采用正方型布置 间距为 1 5m 1 5m 注浆孔开孔直径不小于 108mm 终孔 直径不小于 91mm 袖阀管采用 50PVC 塑料管 3 袖阀管全长设置 袖阀管与钻孔间空隙采用套壳料封堵 袖阀管注浆采用分段分浆液多 次注浆 钻孔和注浆可以同步进行 注浆孔距钻孔距离必须大于 6m 注浆压力 0 5 1 0MPa 4 注浆施工前应开展注浆试验 合理选择注浆工艺 合理确定注浆压力 浆液配比 单 位注浆量等相关参数 确定停止注浆的条件等 3 图3地表袖阀管注浆钻孔 图4 地表袖阀管注浆作业 3 23 2 隧道基底注浆加固隧道基底注浆加固 基底软基 红粘土等地层 注浆用于提高地层承载力 注浆加固后的地层承载力不低于 200kPa 岩溶注浆用于封闭土石分界面溶蚀发育带 并对溶腔溶槽予以充填 1 注浆范围 纵向注浆段落里程 DK191 001 120 横向注浆范围 隧道底部横向宽度 竖向注浆范围 按照 探灌结合 的原则确定注浆加固深度 总体按以下两种情况考虑 a 当 探孔确定隧底以下 25m 范围内赋存灰岩岩溶发育区 注浆深度为隧底以下 25m 并加固至溶洞底 以下完整基岩不小于 1 0m 如现场钻孔在土石分界线附近遇溶洞且其下难以找到 1m 厚连续完整 基岩 须四方现场确认地质 并相应调整 土层内遇土洞需注浆回填 b 当探孔确定隧底以下 25m 范围内不存在岩溶时 注浆深度为隧底以下 10m 2 注浆孔布置采用正方形布置 孔间距约 1 5m 1 5m 横向一排 8 孔 注浆孔开孔直径 不小于 108mm 终孔直径不小于 91mm 孔口管采用长 1m 的 108mm 壁厚 5mm 的热轧无缝钢管 孔口管预埋在仰拱及其填充层内 孔口管应埋设牢固 并有良好的止浆措施 3 基底软基 红粘土等地层 加固采用 L 10m 50 刚性袖阀管注浆 注浆管管体为热轧 无缝钢管 袖阀管与钻孔间空隙采用套壳料封堵 袖阀管注浆采用分段分浆液多次注浆 注浆材 料 水泥浆液 水灰比 0 8 1 1 1 4 基底注浆总体上采用 探灌结合 的注浆处理原则 现场施工时 应首先实施先导勘探注 浆孔 然后根据先导孔资料确定注浆段落 深度及注浆参数 注浆加固应按建设单位制定的 赣龙 铁路扩能改造工程隧道注浆施工管理细则 及有关程序文件和作业指导文件进行施工 基底注浆 采用袖阀管分段后退式注浆 岩溶区一般采用后退式注浆 当岩层破碎容易造成坍孔时可考虑采 用前进式注浆 注浆浆液一般采用普通水泥浆 水泥浆液水灰比为 1 1 若遇空的岩溶通道 较 大溶洞和裂隙处 视具体情况先灌注砂砾石 吹沙回填 或稀水泥砂浆对腔体进行充填 再采用 4 水泥浆液或双液注浆 全充填溶洞一般采用水泥浆注浆 5 注浆压力 红粘土地层一般为 2 2 5MPa 岩溶地层基岩中为不小于 0 1 0 3MPa 岩土 界面附近逐步加大至 0 3 0 5MPa 由于单位注浆量与注浆孔距 注浆压力 浆液浓度以及岩溶 的发育程度密切相关 注浆施工前应进行现场注浆试验 合理选择注浆工艺 合理确定注浆压力 浆液配比 单位注浆量等相关参数 确定停止注浆的条件等 3 33 3 隧道防排水系统隧道防排水系统 隧顶地形为三面环山 隧道进口段位于山体多年冲刷坡积体带 为常年汇水流经处 据当地 村民描述 此段为淤泥域 以前为大冲沟 常年淤积而成 一直延伸至仰坡顶 此段必定给隧道 施工带来很大的不利因素 所以我部确定对此沟进行防排水处理 处理原则 以排为主 防 排 堵相结合 具体措施是 1 在洞顶原冲沟处开挖集水渗沟 深度至淤泥底 沟壁采用 50cm 厚 M10 浆砌片石砌筑 沟壁布设渗水口以汇集地下渗水 排至洞顶截水天沟 2 两侧山体坡脚设置浆砌排水沟 防止地表水进入集水渗沟 3 渗水沟内填充碎石 顶面 1 0 米填筑土 防止地表水渗入 3 43 4 仰坡注浆固结 喷射混凝土支护仰坡注浆固结 喷射混凝土支护 在洞口段开挖前 先对洞口范围仰坡及开挖面进行小导管挤密固结并喷射混凝土防护 边仰 坡喷射混凝土采用挂网喷锚 锚孔插入局部小导管 42 长 4m 小导管出露端与钢筋网焊接 成整体 挂钢筋网前进行小导管注浆施做 小导管梅花形布置 间距 1 0 m 1 0m 喷射混凝土 厚度 10cm 6 钢筋网间距 25cm 25cm 3 53 5 超前大管棚预注浆超前大管棚预注浆 1 洞口段设计为 3 榀 I20a 的工字钢混凝土套拱 间距 80cm 厚度为 60cm 洞口段设计为 108 6 的长管棚 管棚长度为 50 米 共计 48 根 2 在套拱施工时 预埋 140 6 的孔口管 孔口管长度为 2 米 外插角为 1 2 孔口管 与工字钢焊接成整体 并用 16 的钢筋固定 长管棚设计为 2 种 分为有孔和无孔两种 在施工 中应先施工有孔钢管 注浆后在施工无孔钢管 长管棚采用潜孔钻钻孔 在钻孔中调整好钻孔角 度 钻孔角度保证向上倾角为 2 确保管棚不得侵入隧道净空 管棚注浆材料采用水泥净浆 水灰比为 1 1 注浆压力为 2 0MPa 浆液扩散半径要求不小于 0 5m 在孔口设置止浆塞 管棚 在加工中 底部做成尖角形 方便管棚的安装 3 管棚钻孔钻孔采用潜孔钻机 钻机通 5 过脚手架及平台固定 尽量降低钻机的安装高度 确保钻机的稳定性 保证钻杆平行于导向管方 向 以确保钻孔的方向 钻孔间隔进行 下管后再返回钻剩余的孔 钻孔前对孔进行编号 施钻 时先奇数 后偶数 4 安装长管棚用 60mm 岩芯管进行扫孔 以清除孔内碎碴和顺孔 以便钢管顶入 5 注浆用注单液浆泵注浆 注水泥浆前在注浆浆钢管中安设导气管 确保浆液注满 注 浆时 注浆压力控制在 0 5 1 0Mpa 并采用定量注浆法控制注浆量 注浆过程中采用奇 偶数 钢管间隔注浆 3 63 6 明挖段护拱施做明挖段护拱施做 为了提高洞口段开挖时围岩及洞口边仰坡的稳定性 在进洞开挖前 于开挖轮廓线外浇筑一 段砼护拱 护拱长度20m 厚度50cm的C30混凝土 护拱内设置HW175型钢钢架 间距1m 钢架间采 用钢筋连接 并与洞口施工完成的长管棚预留段焊接形成整体 起到管棚支撑作用 见图5 图5 洞口护拱施作 3 73 7 进口进口 DK191 090 180DK191 090 180 段暗挖施工支护措施加强段暗挖施工支护措施加强 洞身穿越的 DK191 090 DK191 180 段位于常年汇水的洼地 地下水丰富 地质情况为碎石土 砂层 红粘土等混合体 对洞身开挖造成了较大的安全隐患 且围岩具有弱膨胀性 为确保施工 安全和支护结构稳定 采取以下加强支护措施 1 切实做好洞口段长管棚预支护 有效稳定掌子面 2 进口 DK191 180 段暗洞初期支护系统采用 HW175 钢架 纵向间距加密至 50cm 一榀 3 为对治进口段弱膨胀性围岩 该段开挖时适当加大预留变形量 不超过 50cm 并根 据变形情况酌情调整预留变形量 系统锚杆加长 采用 L 6m 22 组合式锚杆 6 4 4 施工注意事项施工注意事项 1 本隧道进口 DK191 040 160 段地质条件复杂 隧道结构所受松散土石的荷载大 该段 施工中应密切关注围岩和支护变形情况 做好监控量测 酌情加强初期支护 按设计要求对隧底 实施注浆加固 必须待初期支护变形稳定后方可施作二次衬砌 必要时可对二次衬砌进行加强 确保隧道结构安全稳定 2 施工之前制定施工抢险预案 施工中应加强监测 监控量测信息应及时反馈设计单位 以便调整和控制设计参数 并为是否启动预案提供依据 3 隧道开挖施工期间现场应预备注浆设备及备足相应的注浆材料 5 5 结束语结束语 经过我部的精心组织及快速施工 顺利地