大斷面隧道下穿泥石流溝施工技術(shù)

黃慶文，柳 超，成 廣

(1.中交二公局 第四工程有限公司，河南 洛陽 471013;2.中國地質(zhì)大學(xué) 工程學(xué)院，武漢 430074)

1 工程概況

倉園隧道位于甘肅省隴南市武都區(qū)漢王鎮(zhèn)倉園村，是雙線鐵路大斷面隧道，隧道下穿甘家溝泥石流溝。隧道起訖里程為 DK378+178—DK378+882，地面高程約在1 010～1 090 m，相對高差約80 m，最大埋深約80 m，全長704 m。整座隧道為8%的下坡，設(shè)計圍巖級別均為Ⅴ級加強。

隧道區(qū)在大的構(gòu)造單元上處于秦嶺緯向構(gòu)造帶和武都“山”字形構(gòu)造體系復(fù)合部位，構(gòu)造作用主要表現(xiàn)為自中生代晚期開始大面積的緩慢抬升，巖體受到上述構(gòu)造作用及白龍江—武都區(qū)域斷裂帶(F5距隧道1.5 km)影響，沿白龍江兩岸巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。隧道通過區(qū)，未見大的褶皺，斷裂構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造相對簡單。

隧道范圍內(nèi)甘家溝內(nèi)有少量地表流水，平時流量較少，但在雨季有大的洪流。根據(jù)常規(guī)物探分析，甘家溝內(nèi)洪積細角礫土內(nèi)呈富水狀，且受季節(jié)降水的影響，涌水量變化較大。

隧道通過地層主要為第四系全新統(tǒng)洪積細角礫土、粗圓礫土，沖積砂質(zhì)黃土、粗圓礫土及下伏的志留系千枚巖。其中隧道里程樁號 DK378+384—DK378+643下穿甘家溝淺埋段，該段內(nèi)圍巖為飽水的泥石流洪積角礫土，自穩(wěn)能力差，滲水嚴(yán)重。

2 泥石流溝段隧道圍巖變形特征

倉園隧道仰拱施工至DK378+462，二次襯砌施工至DK378+454，掌子面進度至 DK378+478時，掌子面為甘家溝飽水的泥石流洪積角礫土，掌子面及掌子面以上約3 m范圍內(nèi)為夾砂質(zhì)飽水黃土層，圍巖自穩(wěn)能力差，滲水嚴(yán)重，掌子面底部邊墻及中心處有滲水，滲水量約135 m3/h，施工安全性不能保證。

根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)，在隧道開挖進入泥石流溝區(qū)段后，其圍巖變形與掌子面具有下列特征:

1)在 DK378+470處圍巖累計沉降 987 mm，DK378+474處圍巖累計沉降1 034 mm，DK378+474—DK378+478范圍初期支護嚴(yán)重變形，拱頂上約8～9 m范圍內(nèi)形成空腔，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢;DK378+462—DK378+474范圍內(nèi)初支也已嚴(yán)重變形及開裂，對下步的施工造成安全威脅。

2)施工中隨著離泥石流沖溝溝心越來越近，洞內(nèi)掌子面近乎飽水，地表局部發(fā)生沉陷，造成施工人員極大的安全隱患，地表下存在大量的空腔和裂縫，掌子面圍巖無法自穩(wěn)，隨時有坍塌的趨勢。

3)在 DK378+450—DK378+462段之前仰拱施工中，發(fā)現(xiàn)地層為泥石流沉積物質(zhì)，以細角礫土為主，局部夾有軟塑狀態(tài)的粉質(zhì)黏土透鏡體，加之洞內(nèi)滲水嚴(yán)重，仰拱長時間浸泡，對隧道完工后的整體穩(wěn)定性造成危險。在仰拱的施工中，采用動力觸探儀做了地基觸探，錘擊7次下沉30 cm，判定該段地基承載力不足120 kPa。

3 泥石流沖溝段的處理措施

針對進入泥石流沖溝段后隧道內(nèi)出現(xiàn)的各種危害，綜合勘查設(shè)計資料與目前掌子面的情況，按照設(shè)計要求，制訂了倉園隧道采用地表加固，結(jié)合洞內(nèi)超前小導(dǎo)管與管棚注漿的施工工藝，為確保后期鐵路運營的安全，對該段內(nèi)的地基進行了加固處理。

3.1 隧道地表帷幕注漿措施

1)對淺埋區(qū)段 DK378+460—DK378+510進行了地表處理。地表注漿在隧道邊墻凈空外左8 m和右5 m范圍內(nèi)進行帷幕注漿，高度為隧道拱部以上5 m至邊墻底部，地表注漿范圍及注漿孔布置如圖1與圖2所示。

圖1 地表注漿孔平面布置(單位:m)

2)采用φ89 mm鋼管，端部在確定帷幕注漿范圍內(nèi)制作花管(在固結(jié)區(qū)內(nèi)設(shè)出漿孔)，間距1 m×1 m，從地表打入至隧道邊墻底部，自下游往上游注1∶1水泥—水玻璃雙漿液，形成帷幕保護。

圖2 地表加固橫斷面(單位:m)

3)在隧道掘進到泥石流沖溝之前，為減緩地表水的下滲，首先對地表進行加固處理。具體措施為對甘家溝溝心地表進行上游100 m，下游50 m的C20混凝土鋪砌，上游50 m鋪設(shè)防水板，下游10 m鋪設(shè)防水板，并且在甘家溝溝心大里程方向修筑150 m(長)×1 m(高)×0.5 m(寬)的C20混凝土攔水墻。

3.2 隧道開挖采取的加固預(yù)防措施

1)泥石流沖溝段設(shè)置 φ108 mm管棚，環(huán)向間距30 cm，管棚安裝鋼筋籠，填充水泥砂漿;管棚間設(shè)置超前小導(dǎo)管間距30 cm，小導(dǎo)管為φ50 mm×5 mm，小導(dǎo)管注漿采用水泥漿;預(yù)留變形量由15 cm調(diào)整為40 cm，鋼拱架變更為I22b，鋼拱架縱向間距調(diào)整為50 cm，拱墻初噴混凝土厚度由27 cm增加到30 cm;原設(shè)計系統(tǒng)錨桿取消，變更為φ50 mm×10 mm的全環(huán)徑向鋼花管注水泥—水玻璃雙液漿，注漿管長度5.0 m，縱向間距1.0 m，孔口環(huán)向間距0.8 m，斷面布置見圖3。

圖3 洞內(nèi)加固方案布置(單位:m)

2)該段施工中在上臺階掌子面處，每掘進4 m施作封閉厚度150 cm混凝土止?jié){墻。在上臺階沿凈空邊緣向內(nèi)布設(shè)2排超前注漿管進行超前帷幕注水泥漿后開挖，另外核心土位置再增加布置2排注漿管，每排4根。注漿管間距1.5 m，排距1.5 m，長度5.0 m每循環(huán)搭接1.0 m，注水泥漿。且上臺階底部大拱腳處采用管徑89 mm長度5 m鋼管打入圍巖形成錨管，管內(nèi)安裝鋼筋籠，填充水泥砂漿，每斷面2根，與鋼架形成錨管支撐加強鎖角。各錨管鎖角處采用[28槽鋼連接成整體，以抵抗沉降。

3)由于洞內(nèi)沉降過大侵占二次襯砌支護的區(qū)段(最大沉降量1 034 mm)采取拆換拱。換拱之后鋼架采用I22b，鋼架間距為50 cm，拱墻初噴混凝土厚度30 cm。超前小導(dǎo)管間距30 cm，小導(dǎo)管為 φ50 mm×5 mm，小導(dǎo)管注漿采用水泥漿。

3.3 仰拱基底加固措施

對DK378+450—DK378+502段隧道全斷面在軟弱層上進行樹根樁加固基礎(chǔ)。洞內(nèi)地基有滲水的地方將水用水泵抽出，集中排出洞外，確保不浸泡仰拱;在初支設(shè)置前預(yù)埋φ140 mm鋼管，從地基高于仰拱填充20 cm，作為鉆孔施工預(yù)留孔位。孔位水平間距0.4 m，縱向間距1.0 m，待仰拱及拱上填充施工完畢形成強度后，沿預(yù)留孔位鉆孔并加φ89 mm注漿管，注漿管長為6 m，預(yù)留注漿孔，輻射狀布置，對施工完的 φ89注漿管按注漿作業(yè)要求注水泥漿進行固化地基，具體布置見圖4、圖5。

圖4 固化基底注漿布置(單位:cm)

圖5 基底加固樹根樁施工

4 結(jié)論

倉園隧道含水量偏大，圍巖無自穩(wěn)能力，開挖時或開挖后初支表面有水滲出，造成隧道圍巖下沉、變形較大。通過前期施工，基本取得了在下穿泥石流沖溝(含水量偏大)地段控制圍巖變形的施工經(jīng)驗，主要有以下幾點:

1)加強監(jiān)控量測，及時進行數(shù)據(jù)分析，反饋量測信息，調(diào)整預(yù)留變形量，適時安排各道工序施作時間。

2)控制開挖長度，根據(jù)專項方案施作管棚及超前小導(dǎo)管、加強鋼架鎖腳錨桿施工質(zhì)量，在特別困難圍巖段采用大拱腳加臨時仰拱法施工。

3)嚴(yán)格控制步距。初期支護盡早封閉成環(huán)，仰拱距掌子面的距離嚴(yán)格控制在30 m以內(nèi)，二次襯砌距掌子面控制在40 m范圍內(nèi)。

4)做好前期地表帷幕注漿是成功穿越泥石流溝的關(guān)鍵，是保證洞內(nèi)沉降在能控制范圍的基礎(chǔ)。

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