淺埋膨脹巖隧道下穿既有道路施工技術

李朋亮

(中鐵二十二局集團有限公司，北京100043)

吉圖琿客專東興隧道位于延吉市，進口里程為GDK277+935，出口里程為GDK279+355，全長1 420 m。斜井與隧道交叉里程為GDK278+800，斜井長120 m，綜合坡度8 %，隧道進口位于東興二隊附近，低山地貌，良田，地形較緩，交通狀況良好。隧道出口位于廣濟村附近，低山地貌，良田，地形較緩，交通狀況良好。隧道進口991.273 7 m位于半徑R=6 000 m的左偏曲線上，其余位于直線段上。隧道內縱坡設計為單坡度，坡度為6 ‰，坡長1 420 m。全隧道范圍內，巖石的膨脹特性為：自由膨脹率11 %～40 %、蒙脫石含量26.97 %～33.65 %、陽離子交換量313.90～393.86 mmol/kg，全隧道為泥巖、砂巖互層，為中—強膨脹性隧道。

東興隧道出口GDK278+879～GDK278+891段下穿既有地方道路，隧道中心線與道路中心線夾角約為66°，隧道埋深為27.5～28.5 m。由于既有道路為當地主要交通道路，車流量密集，大噸位車輛不斷，受地形影響不能采取道路改移或阻斷道路進行下穿隧道施工，需在施工此段下穿隧道時進行洞內加強支護，確保隧道施工安全及洞頂行車安全。

1 技術措施分析

1.1 原設計情況

原設計施工方法開挖采用CRD法；初期支護為全環I22a型鋼架，間距為0.5 m/榀；φ42型長4.5 m超前小導管，環向間距0.4 m，縱向間距3 m。

1.2 存在風險及措施分析

1.2.1 原設計施工存在風險

東興隧道為泥巖、砂巖互層，巖體膨脹性為中—強度，埋深淺，采用CRD進行施工過程中雖然斷面小對巖體擾動小，但單斷面施工時間長，臨時支護時間長，單洞開挖后地表動荷載對臨時支護影響大，極易出現支護變形下沉和開挖面塌方現象。現場施工安全風險大，初期支護變形較大后影響二次襯砌厚度需進行換拱作業。

1.2.2 技術措施分析

針對現場地質條件及施工情況，采用超前管棚預支護提高巖體穩定性、降低路面荷載的影響，通過超前導管預支護避免開挖面坍塌，用大型號拱架代替原有拱架、縮小拱架間距提高初期支護強度，現場控制步距、加強監控量測等措施進行下穿道路段施工。

2 超前預支護措施

由于下穿公路段隧道埋深淺，并且為軟弱中—強性膨脹巖，地表動荷載作用對隧道開挖及初期支護影響大，在施工過程中需充分考慮隧道開挖、初期支護以及地表行車安全，為此需對開挖及初期支護采取加強支護，技術措施如下：

2.1 超前管棚預支護

由于隧道地質為泥巖、砂巖互層，且為中—強膨脹巖，巖石穩定性差，為增強圍巖整體穩定性并加強圍巖的承載能力，采用超前管棚預支護整體下穿既有道路地段。

2.1.1 超前管棚技術參數

(1)鋼管規格：長管棚長度15 m，以4～6 m的熱軋無縫鋼管(φ108 mm，壁厚6 mm)以絲扣連接而成，同一斷面內接頭數量不超過總鋼管數的50 %。(2)采用鋼花管與鋼管交替布置，先施打鋼花管并注漿，然后施打鋼管。(3)鋼花管鉆注漿孔，孔徑10～16 mm，孔間距15 cm，呈梅花形布置，尾部留150 cm不鉆孔止漿段。(4)導管中設鋼筋籠，鋼筋籠采用四根Φ22主筋和固定環組成。(5)間距：環向間距為中至中40 cm。(6)傾角：外傾角不大于12°。(7)鋼管誤差：徑向不大于20 cm，環向相鄰不大于10 cm。(8)水泥漿液水灰比：1∶1(重量比)。(9)注漿壓力：0.5～2.0 MPa。

2.1.2 超前管棚施工注意事項

為確保超前管棚施工后能夠很好的起到穩定巖體和承受荷載的作用，在超前管棚的施工過程中必須對鋼管的傾角及定位、鉆孔的深度及孔徑的大小、水泥漿的水灰比及注漿的飽滿度進行嚴格的控制。在施工中需注意以下事項：

(1)利用已施工與超前管棚相鄰的鋼拱架作為鉆孔傾角及鋼管定位的導向支架點，鋼拱架在安裝過程中必須經過測量嚴格定位并通過加設鎖腳錨桿以及采用Φ25鋼筋與已施工鋼拱架連接等措施對鋼拱架進行加固。

(2)搭設鉆孔平臺及鉆機導向架，在鋼拱架上按照鋼管環向布置位置施做與鉆孔孔徑一致的導向孔。

(3)在鉆孔過程中運用測斜儀進行鉆孔偏斜度測量，嚴格控制鉆機打設方向，并做好每個鉆孔的地質記錄。

(5)在長鋼管施工過程中，先施打鋼花管并注漿，然后施打鋼管，用以檢驗鋼花管的注漿質量。

(6)為使長管棚能夠起到很好的支護效果，應盡量減小管棚的外插角。

2.2 超前小導管配合開挖

為了增強開挖面圍巖的自穩能力，提高圍巖的整體性，防止由于公路動荷載在圍巖開挖以及拱架安裝過程中造成的拱部開挖面圍巖坍塌，在掌子面開挖掘進過程中，采用超前小導管注漿加固圍巖支護配合開挖。小導管加工如圖1所示。

2.2.1 技術參數

(1)材料：鋼管采用外徑42 mm、厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，長度4.5m，為便于小導管插入圍巖內，鋼管前端做成尖錐狀，尾部焊箍筋。(2)間距：鋼管環向間距為40 mm，縱向相鄰兩排的水平投影搭接長度不小于100 cm。(3)外插角：5°～10°。(4)水泥漿水灰比：0.5～1.0(重量比)。(5)注漿壓力：0.5～1.0 MPa。

圖1 小導管加工示意

2.2.2 小導管施工注意事項

采用小導管加固時，為保證工作面穩定和掘進安全，應確保小導管安裝位置正確并且具有足夠的有效長度，嚴格控制好小導管的鉆設角度。用作小導管的鋼管鉆有注漿孔，以便向圍巖進行注漿加固，也有利于提高小導管自身剛度和強度，小導管布置如圖2所示。在小導管注漿支護過程中應注意以下事項：

(1)利用已施工的鋼拱架作為小導管導向支點，在拱架上按照導管布設要求鉆孔，采用鉆機通過鋼架在巖體鉆孔過程中嚴格控制鉆孔角度，避免與超前管棚沖突。

(2)小導管安設后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，根據圍巖情況在小導管及工作面周圍噴射混凝土，防止工作面坍塌。

(3)注漿前需對注漿壓力和注漿量進行試驗，確保注漿效果滿足支護要求。

(4)在注漿過程中發生串漿時，如滿足多臺注漿機的條件應采用多臺注漿機同時注漿，在單臺注漿機作業時應將注漿孔堵塞，輪到該管注漿時，再拔下堵塞物，將管內雜物清除，用高壓風或高壓水清洗后在進行注漿。

圖2 超前小導管布置示意

3 現場安全措施

受既有道路動荷載影響，在施工過程中為確保開挖及支護安全，必須對現場不穩定因素進行充分考慮，通過加強現場施工及技術管理措施，降低不穩定因素對施工的影響。

(1)在施工過程中為降低安全風險，嚴格遵循軟弱圍巖隧道施工“短進尺，快封閉，速成環”的原則，每次進尺不超過50 。同時縮短仰拱及二襯的步距要求，將仰拱距掌子面控制在20 m以內，二襯與仰拱控制在15 m以內。

(2)為確保在隧道開挖后二襯施工前初期支護的穩定，縮小初期支護鋼拱架間距，由50 cm /榀變為40 cm /榀，擴大開挖面，采用I 25a型鋼架代替I 22a型鋼架。

(3)洞內增設監控量測點的布設，由原來的5 m一組，增設為2 m一組，并且加大監控量測的頻次，通過對監控量測數據的分析，及時掌握初期支護的變化。

(4)在地表及公路兩側設置沉降觀測樁，共設置9個觀測樁，分別為道路中心3個，路面兩側各3個。地表觀測樁的觀測頻次為2h/次，通過對地表觀測數據的分析掌握支護結構的變化。

4 結束語

隧道施工過程中，支護類型的選擇決定隧道施工的安全風險，尤其在特殊地質條件下，合理的選擇支護類型是確保隧道施工安全及進度的關鍵。東興隧道在埋深淺、圍巖差的地質條件下，采用超前管棚和超前小導管的預支護措施，在施工過程通過控制步距、縮小拱架間距、用大型號拱架代替原有拱架、加強監控量測等措施，安全順利地完成了隧道下穿既有公路的施工，在今后淺埋隧道穿越既有道路的施工中具有借鑒意義。

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