申家坡隧道進洞口施工方案

郭 瑞

1 概況

申家坡隧道位于重慶市巫山縣境內,隧址區屬于中低山深切谷地斜坡地貌區,地形條件十分復雜,海拔高程487 m～531 m。進洞口位于南北向沖溝的斜坡上,上覆殘坡積碎石土,分布普遍,厚度約2.3 m～16.4 m,下伏基巖為弱風化灰巖夾泥灰巖,揭露厚度9.7 m～43.6 m,山體自然坡度 35°～55°。坡體植被欠發育,經雨水沖刷后局部出現拉應力裂縫,最寬處達8 cm。洞口圍巖節理裂隙發育,完整性和自穩能力差,成洞條件困難,圍巖級別為Ⅴ級。作為隧道施工的“咽喉”地段,如何在破碎坡積巖層中進行洞口段的施工,是在保證安全、質量和工期的前提下隧道正常施工的關鍵所在。

2 施工方案要點

申家坡隧道進洞口段位于軟弱破碎的坡積巖層中,如何穩定洞頂上方山體是關系到能否進洞的關鍵控制點。經多次研究論證和經濟技術對比,認為減少原有山體坡面開挖,提前施工洞口反壓擋墻,采取地表注漿預加固山體和超前長管棚輔助進洞方案具有可行性。同時,要求洞身施工嚴格按照三臺階法施工,控制每循環進尺和臺階長度,保證初期支護及時落底封閉成環,以確保初期支護的承載力;加強洞頂、洞口地段地表位移(沉降)觀測,洞室周邊位移變形監控量測和日常觀察,及時收集數據和分析、反饋信息指導后續施工。

3 洞頂地表注漿加固

3.1 地表注漿范圍及注漿孔位布置

根據地形及洞頂碎石土覆蓋層分布情況,綜合考慮其他擾動因素,確定左洞洞頂40 m×50 m(寬×長)范圍和右洞頂40 m×20 m(寬×長)范圍進行注漿加固(見圖1)。注漿管采用φ 108鋼花管,套管連接,φ 10 mm注漿孔,15 cm間距梅花形布置,鋼花管間距2 m×2 m,梅花形布置,鉆孔方向垂直向下。注漿區域2 800 m2,其中注漿Ⅰ區鋼花管17 m/根,共200根;注漿Ⅱ區鋼花管15m/根,共150根;注漿Ⅲ區鋼花管13 m/根,共150根;注漿Ⅳ區鋼花管15 m/根,共 200根。

3.2 鉆孔設備及注漿材料

施工采用三臺ZQS-100型潛孔鉆機進行鉆孔,根據設計要求確定孔位,孔位偏差一般要求不大于10 cm,并在鉆孔施工中注意鉆孔傾斜率,偏差不宜大于5°,鉆孔完成且確認達到設計要求后,盡快安裝注漿管,以防塌孔。

注漿采用水泥單漿液和水泥—水玻璃雙漿液。外圍周邊眼和巖溶空腔區采用水泥—水玻璃雙漿液先施工兼作止漿盤,內部孔采用水泥單漿液后施工。

3.3 施工方法

采用預埋注漿鋼花管法。在鉆孔內預先下入帶有孔眼的注漿管,然后把注漿花管內注入漿液,通過孔眼把漿液壓入周圍松散圍巖和巖溶洞穴中,達到加固的效果。

注漿順序為先低處周邊孔后高處周邊孔,先外圍后內部,間隔注漿方式。注漿壓力一般控制在0.5 MPa～1.2 MPa,終壓1.5 MPa,施工時根據實際情況調整。漿液結束標準以注漿壓力和注漿量確定,前期注漿孔以單孔注漿量控制為主,壓力控制為輔,當單孔注漿量達到設計單孔注漿量時,可換孔注漿;后期注漿孔以終壓控制為主,注漿量為輔,達到終壓時,可延時20 min～30 min,即可結束注漿。注漿結束后,采用砂漿封孔,孔口抹平。

4 超前長管棚輔助施工

4.1 長管棚技術參數

根據地質勘探資料和現場實際情況,管棚采用以下技術參數:左右線進洞口端設長管棚40 m,每洞口41根。熱軋無縫鋼管φ 108 mm×6 mm,節長3 m,6 m,鋼管內安裝鋼筋籠;管距:環向間距45 cm;傾角:仰角1°(不包括線路縱坡);方向:與線路中線平行;鋼管施工誤差:徑向不大于20 cm,隧道縱向同一斷面內鋼管接頭數不大于50%,相鄰鋼管的接頭至少須錯開1 m。超前長管棚布置圖見圖2。

4.2 長管棚施工工藝

1)洞口段開挖及防護:地表注漿同時進行洞口段開挖及防護,洞口開挖應盡量減少對原有坡面的破壞,為方便鉆機鉆孔,注漿作業,套拱施工前在起拱線附近預留土石方做管棚施工平臺,臺階長度一般5 m～8 m。2)混凝土套拱施工:采用C25混凝土套拱做長管棚導向墻,套拱厚0.8 m,長2 m,套拱內埋 4榀Ⅰ18a工字鋼拱架,導向管采用φ 127×4 mm無縫鋼管,導向管與工字鋼焊為整體并用“Ω”形Φ16鋼筋焊接。確保導向管穩定、方向準確,套拱施作好以后,與其相鄰面采用噴射混凝土封閉,保證注漿時不跑漿。3)鉆孔:搭設平臺、安裝鉆機,鉆機平臺由上向下,由中間至兩邊根據孔位依次搭好。鉆孔采用兩臺風動潛孔鉆機。施工時先打有孔鋼花管,注漿后再打無孔鋼花管,無孔鋼花管可以作為檢查管,檢查注漿質量。4)管棚插入和孔口處理:把孔分為奇數孔和偶數孔,奇數孔全部采用6 m管,偶數孔首尾兩節采用3 m管,接頭采用15 cm長絲扣套管連接,保證鋼管接頭錯開。鋼管就位后加以固定,鋼管與導向管之間空隙采用砂漿封堵。5)注漿:注漿采用BW-250/50型注漿泵,漿液為純水泥(添加水泥重量5%的水玻璃)漿液。按鉆一孔注一孔漿,全孔一次注入的原則進行,注漿壓力初壓 0.5 MPa～1.0 MPa,終壓 2.0 MPa,并持壓5 min～10 min方可結束注漿。

5 洞身開挖及支護

申家坡隧道進洞口段采用三臺階法施工,三臺階法對松散、軟弱破碎圍巖穩定掌子面有著非常重要的意義,其目的是減少掌子面開挖面積,防止暴露時間過長,能夠及時閉合成環。施工中嚴格控制每循環進尺不超過50 cm,臺階長度5 m～10 m,為開挖和初期支護贏得了時間,有效地控制了圍巖變形。洞口段洞身支護參數是:Ⅰ18工字鋼支撐,縱向間距50 cm,錨桿采用 L=300 cm,D25中空注漿錨桿,縱環向間距50 cm×100 cm,雙層Φ 8鋼筋網片,噴射C20混凝土26 cm厚。

6 施工質量鑒定和結果分析

申家坡隧道進洞施工前,我們對注漿加固后的圍巖進行鉆芯取樣,量測其物理力學性質,平均抗壓強度為7.35 MPa,漿液擴散均勻度不高,但對洞頂上方的巖層固結起到非常好的作用,保證了洞頂上方山體的穩定,為進洞施工儲備了安全條件。超前長管棚的采用使得周邊圍巖得到了固結,在管棚的支持下為防止掌子面圍巖的崩塌和松弛提供了保障。

申家坡隧道洞口段施工后,由于加固措施和施工方法得當,我們量測的拱頂下沉一般不超過5 cm,回歸分析后,回歸曲線與實測曲線無明顯異常變形及沉降,表明圍巖經過注漿加固處理及初期支護后其自穩性能較好,圍巖應力經釋放后能重新達到平衡。

7 體會

1)軟弱破碎巖層中進洞口施工應重視坡面的穩定,采取必要的預加固措施是保證洞口段能否順利施工的關鍵所在。

2)地表注漿應用越來越廣泛,注漿材料的選用非常關鍵,根據要求選擇合適的材料能有效改善漿液質量,提高早期強度,漿液和周邊土顆粒發生反應,形成強度,達到固結的目的。

3)超前長管棚和洞身三臺階法的成功運用,有效地改善了圍巖條件,合理的開挖和支護手段,抑制了圍巖過快、過大的變形,保證了隧道洞口施工的安全和穩定,對施工和運營起到了非常重要的作用。

[1] 張 虎.地表注漿在隧道工程中的應用[J].公路,2006(3):311-312.

[2] JTJ 042-94,公路隧道施工技術規范[S].

[3] 黃錦樘,朱志宗,湯國斌.盾構隧道進出洞地基加固處理[J].山西建筑,2009,35(23):356-357.