淺談全風(fēng)化花崗巖淺埋富水隧道開挖施工技術(shù)

（中鐵五局機(jī)械化公司衡茶吉鐵路項(xiàng)目部，湖南 株洲 412500）

淺談全風(fēng)化花崗巖淺埋富水隧道開挖施工技術(shù)

蘇桂杰

（中鐵五局機(jī)械化公司衡茶吉鐵路項(xiàng)目部，湖南 株洲 412500）

本文介紹了下關(guān)隧道通過全風(fēng)化花崗巖淺埋富水隧道開挖采取的施工方法和措施，隧道安全順利的通過淺埋段施工，施工進(jìn)度明顯改善，施工成本有效減少。通過洞外井點(diǎn)降水，變洞內(nèi)為洞外施工，加快了全風(fēng)化花崗巖淺埋段富水隧道開挖的施工進(jìn)度。

全風(fēng)化花崗巖；淺埋富水；井點(diǎn)降水；隧道開挖；監(jiān)控量測

1 工程概況

下關(guān)隧道全長1880m，單線鐵路隧道，隧道范圍內(nèi)山坡表面覆蓋第四系全新統(tǒng)殘積粉質(zhì)粘土，谷地內(nèi)分布粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，基層為加里東期花崗巖。隧道所處山體沖溝發(fā)育，無常年性流水，溝內(nèi)平時(shí)斷續(xù)有小股水流，雨季水量較大。地下水主要為基巖裂隙水，接受大氣降水補(bǔ)給，在補(bǔ)給過程中，由于地面坡度較大，大氣降水多以面流形式流走。

隧道在DK53+740～DK53+895段隧道埋深較淺，設(shè)計(jì)采用徑向注漿加固措施，在DK53+765～DK53+845段并采用Φ80大管棚+Φ42注漿小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)，管棚長度10m一環(huán)，兩環(huán)之間搭接長度不小于3m，管棚環(huán)向間距40cm，外插角不大于12度，采用水泥漿或水泥+水玻璃等雙液漿，注漿壓力0.5～2.0Mpa。

2 工程施工難點(diǎn)

2.1 地下水豐富，圍巖軟弱自穩(wěn)能力差

隧道洞身位于淺埋沖溝內(nèi)，拱頂最小埋深7.0m，地表為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚3～4.5m，以下為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化花崗巖。全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖主要由石英、長石和云母組成。石英通常呈圓形粒狀、無色透明。長石有肉紅色的鉀長石和灰白色的斜長石，長石強(qiáng)度低，遇水易軟化。云母為片狀的黑云母，有時(shí)也有白云母。在掌子面開挖過程中，圍巖表面有面狀滲水，局部地方有股狀流水，隨著時(shí)間的延續(xù)，圍巖表面滲水逐漸加大，在水的作用下，圍巖易軟化，圍巖由硬塑變?yōu)檐浰軤顟B(tài)，甚至變?yōu)榱魉軤顟B(tài)，造成掌子面易溜坍，施工極其困難。在DK53+750處，在掌子面開挖完成后，準(zhǔn)備對掌子面噴射砼時(shí)，由于水的作用，掌子面出現(xiàn)了溜坍現(xiàn)象。

2.2 管棚，超前小導(dǎo)管及噴射砼施工難

鉆機(jī)鉆孔完成后，在清孔過程中，由于地下水的作用，孔壁表面的花崗巖顆粒脫落或塌孔，鉆孔難于清理干凈，導(dǎo)致管棚鋼管或小導(dǎo)管頂進(jìn)困難，注漿時(shí)，水泥漿也易被水流帶走，注漿效果差。噴射砼時(shí)，圍巖表面滲水，表面軟化，噴射砼難于粘附在圍巖上，噴上的噴漿料與表面的圍巖一起滑落，噴砼難度大。

2.3 沉降變形大

隧道開挖采用三臺階七步法施工，雖然每臺階開挖在每側(cè)拱腳增加了2組斜向45度的鎖腳錨桿，拱頂下沉及收斂較大仍然較大，尤其是下臺階和仰拱開挖時(shí)，變形更大，仰拱施工完成后，拱頂下沉及收斂逐漸穩(wěn)定。部份地段因變形過大，導(dǎo)致初期支護(hù)侵限，還需進(jìn)行換拱等作業(yè)。

3 施工方案確定

全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖在干燥狀態(tài)下，較為密實(shí)，自穩(wěn)能力好，常采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法或三臺階法施工，每天可掘進(jìn)2個(gè)循環(huán)。該隧道淺埋段位于沖溝內(nèi)，三面為山，凹地內(nèi)地勢平坦，為當(dāng)?shù)卮迕褶r(nóng)田，地下水豐富，在隧道超前預(yù)支護(hù)施工中，管棚、超前小導(dǎo)管和徑向注漿不能對隧道開挖斷面形成帷幕，完全阻斷地下水的滲出，圍巖表面及裂隙滲、流水現(xiàn)象仍然明顯，而且隨著時(shí)間推移，滲水現(xiàn)象不斷加大。在小導(dǎo)管施做過程中，常常會有積水從小導(dǎo)管內(nèi)流出，圍巖滲水明顯。

由于注漿效果不好，圍巖遇水軟化，自穩(wěn)能力差，初期支護(hù)變形大，隧道施工相當(dāng)困難。根據(jù)隧道施工情況，結(jié)合地表地形地貌，確定了采用地表井點(diǎn)降水的施工方案，隧道開挖采用三臺階法或環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。隧道開挖后及時(shí)落底，封閉成環(huán)，施工仰拱砼，待初支穩(wěn)定后，施工二襯砼。

4 井點(diǎn)降水施工

井點(diǎn)降水點(diǎn)的設(shè)置：在洞外地表沿線路前進(jìn)方向左右側(cè)設(shè)置井點(diǎn)降水井，以降低地下水位線，井點(diǎn)降水井直徑為40cm，沿線路方向左右兩側(cè)交錯(cuò)設(shè)置，井點(diǎn)降水井距隧道最外側(cè)開挖線2m，降水井底在仰拱以下2m，間距4m，可根據(jù)現(xiàn)場降水效果進(jìn)行調(diào)整。

施工工藝流程：井點(diǎn)測量定位→挖井口→安護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔→回填井底砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間的礫石過濾層→洗井→井管內(nèi)下設(shè)水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水完畢拔井管→封井

井管采用200mm厚5mm的 PVC塑料管，塑料管接頭采用直接頭。塑料管徑上間距10cm，環(huán)向交錯(cuò)設(shè)置5mm的濾水孔，管壁外纏繞12號螺旋形鐵絲，間距10cm，外包80目鍍鋅鐵絲網(wǎng)一層。上下管之間用直接頭連接好。管底用鐵絲網(wǎng)封底。井管下入后，及時(shí)在井管與土壁間用鐵鍬分層填充砂礫濾料，粒徑大于濾網(wǎng)的孔徑，一般為3～8mm細(xì)礫石。填濾料一次連續(xù)完成，從底填到井口下1m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。每井一臺深井專用泵，外徑比井管小50mm，每臺泵單獨(dú)設(shè)一個(gè)控制開關(guān)，在井口安裝閥門，以便調(diào)節(jié)流量的大小，閥門用夾板固定。

5 隧道開挖及初期支護(hù)

井點(diǎn)降水實(shí)施后，洞內(nèi)滲水現(xiàn)象明顯減弱，掌子面較為干爽，隧道為單線鐵路隧道，開挖斷面小，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土方施工。環(huán)形開挖預(yù)留核心土法是在上部斷面以弧形導(dǎo)坑領(lǐng)先，其次開挖下半部兩側(cè)，再開挖中部核心土的方法。 在施工時(shí)環(huán)形開挖預(yù)留核心土每部開挖進(jìn)0.6m（即按設(shè)計(jì)鋼架間距為一榀），開挖完成后及時(shí)施作噴錨支護(hù)、安裝鋼架支撐，每兩榀鋼架之間采用鋼筋連接，并加鎖腳錨桿。上部弧形，左、右側(cè)墻部，中部核心土開挖各錯(cuò)開3～5m進(jìn)行平行作業(yè)。

5.1 上臺階開挖及支護(hù)

上臺階開挖時(shí)，每三榀鋼拱架施工一環(huán)長3.5m的φ42超前小導(dǎo)管，間距30cm，外插角5～10度，并進(jìn)行超前注漿，單液水泥漿，注漿壓力0.5～1.0mpa。注漿完成后，對隧道進(jìn)行開挖修邊，復(fù)核開挖輪廓線后，對圍巖表面進(jìn)行初噴4cm的噴射砼，施做徑向中空注漿錨桿或砂漿錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，安裝I18工字鋼架支撐，鋼架間采用Φ22縱向鋼筋連接，并用鎖腳錨管固定并注漿。

5.2 下臺階開挖及支護(hù)

上臺階開挖3～5m后，施工下臺階，每次1榀，左右兩側(cè)錯(cuò)開，每榀鋼拱架增設(shè)一對鎖腳錨桿，以減小仰拱開挖時(shí)圍巖下沉過大。

5.3 仰拱開挖及支護(hù)

仰拱開挖長度控制在3m左右，開挖后噴射10cm厚的噴射砼，然后連接仰拱鋼拱架及縱向連接筋，復(fù)噴砼，綁扎仰拱鋼筋，澆筑仰拱砼。

6 圍巖監(jiān)控量測

隧道設(shè)計(jì)為按新奧法設(shè)計(jì)的復(fù)合式襯砌，依據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，為保證施工階段和運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)安全，確保隧道工程的安全性，經(jīng)濟(jì)性，隧道修建過程中必須進(jìn)行監(jiān)控量測。通過監(jiān)控量測，能為隧道開挖，初期支護(hù)，二次襯砌施工等提供信息，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

6.1 淺埋段地表下沉量測

地表下沉量測斷面宜與洞內(nèi)水平凈空變化和拱頂下沉在同一橫斷面內(nèi)，橫斷面方向在隧道中心及兩側(cè)間距2～5m施設(shè)下沉點(diǎn)，每斷面施設(shè)9個(gè)測點(diǎn)，監(jiān)測范圍在隧道開挖影響范圍以外。地表下沉量測在開挖面前方隧道埋置深度與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。地表下沉量測頻率和拱頂下沉和水平凈空變化的量測頻率相同。

6.2 凈空水平收斂量測

隧道最大跨處及以上，左右兩側(cè)3m對稱布置量測樁，每個(gè)量測斷面設(shè)7個(gè)收斂樁，量測斷面間距10m。采用收斂計(jì)進(jìn)行量測，開挖后按要求迅速安裝收斂樁并編號，初始計(jì)數(shù)在開挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得大于24h，而且在下一循環(huán)開挖前獲取初始讀數(shù)，測點(diǎn)應(yīng)牢固可靠，易于識別并妥為保護(hù)。

6.3 拱頂下沉量測

正洞拱頂設(shè)一個(gè)下沉樁，量測斷面間距10m。噴射砼在測點(diǎn)處設(shè)固定樁，采用精密水準(zhǔn)儀和收斂計(jì)鋼尺進(jìn)行量測，在兩端洞口處各設(shè)一水準(zhǔn)基點(diǎn)供洞內(nèi)拱頂下沉量測用，量測頻率及其它要求同凈空水平收斂量測要求。

6.4 量測頻率

凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同的頻率，如表1。

6.5 二次襯砌施工條件

在隧道周邊變形速率有明顯減緩趨勢，初期支護(hù)表面裂縫不再繼續(xù)發(fā)展，拱頂位移速度小于0.1mm/d或收斂速度小于0.15mm/d，累計(jì)位移值不超過極限位移值的80～90%的可施工二次襯砌。

結(jié)語

在全風(fēng)化花崗巖淺埋富水的隧道施工中，通過地表井點(diǎn)降水措施，解決了洞內(nèi)全風(fēng)化花崗巖遇水軟化的問題，保證了隧道開挖的正常施工。隧道開挖施工進(jìn)度達(dá)到每天2個(gè)循環(huán)，施工進(jìn)度接近正常段隧道開挖進(jìn)度，施工進(jìn)度大大提高，為今后類似地質(zhì)情況隧道開挖提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1]TBG108292，鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則[S].

[2]GB50299—1999，地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

U455 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A