隧道過淺埋段Ⅴ級圍巖超前支護、初期支護施工過程控制

■郭 建，毛永強 ■中交二航局五分公司，湖北 武漢 430000

1 工程概況

大秦嶺隧道位于西安市戶縣澇峪鄉和安康市寧陜縣新場鄉，為高風險隧道。工點內發育有區域斷裂F3 及f23、f24 斷裂帶。

大秦嶺隧道DgK85 +910-DgK86 +060 段為桃園溝淺埋段，洞頂埋深僅約20m 左右，下穿西澇河，地層巖性主要為輝長巖，青灰色，粒狀結構，塊狀構造，巖體較破碎，節理裂隙發育;中等富水區。設計襯砌類型為Vb，施工方法為三臺階七步法。

支護參數為:拱墻、仰拱噴射C30 混凝土厚度皆為28cm，設φ8 鋼筋網片，網格間距為20 ×20cm;拱部設置Φ25 的中空錨桿，邊墻設置Φ22 砂漿錨桿，錨桿長度4.0m，間距1.2m* 1.0m，梅花形布置;全環采用I20b 鋼架，縱向間距0.6m/榀;仰拱C35 砼厚度為60cm，拱墻模筑襯砌C35 砼厚度為50cm。超前支護采用φ89 管棚及φ42 超前小導管，正洞大里程DgK85 +910～DgK86 +060 處打設φ89 長管棚+超前小導管，打設范圍為抑部144 度。管棚縱向10m 一環，管棚設計長度15m，長管棚內采用M10 水泥砂漿充填;小導管縱向2m 一環。

2 淺埋段施工方法

2.1 超前地質預報

根據圍巖情況，先采用TSP 超前地質預報對淺埋段進行探測，根據TSP 超前地質預報報表顯示，DgK85 +896-DgK85 +929 段圍巖節理發育，圍巖較破碎、DgK85 +929-DgK85 +954 段圍巖節理裂隙較發育，巖體完整性一般，圍巖工程地質條件較上一段變好、DgK85 +954-DgK85+998 段為一節理密集帶，裂隙水發育，巖體破碎，圍巖工程地質條件比上一段變差，此三段在施工時注意加強防護措施，以防塌方、突涌水等現象。根據設計要求Dgk85 +790-Dgk86 +060 段應用超前水平鉆長度200 米，Dgk85 +910-Dgk85 +940 段超前水平鉆已實施，結果顯示DgK85 +910～DgK85 +930 巖體穩定性較好，局部較破碎;DgK85 +930～DgK85 +940 巖體穩定性較差，節理較發育，巖體破碎。綜合分析，以超前水平鉆探結果為準。

2.2 隧道洞外施工

由于淺埋段上方西澇河內長年有水流流過，埋深又淺，故須對溝內水進行疏導，并用漿砌片石進行鋪砌，厚度30cm，防止地表水下滲。

2.2.1 疏導河道

通過施工放樣，定出漿砌片石鋪砌區，先用挖機將河道改線，并清理出河道內虛石及雜物以滿足漿砌片石施工要求。

2.2.2 片石的采集及使用

片石就地取材，河道內清理出的虛石統一堆放，選取適合的用于片石回填。

2.2.3 砂漿的拌制及運輸

砂漿采用M10 砂漿，砂漿配合比根據試驗室提供，由攪拌站統一拌制，采用砼運輸車運輸。進入施工現場后人工配合挖機進行砂漿填充。

2.3 隧道洞內施工

2.3.1 超前支護

(1)管棚施工工藝。管棚施工主要工序有搭建鉆孔平臺、安裝鉆機;鉆孔、清孔、驗孔;安裝管棚鋼管;注漿。工序技術要求高，工藝復雜，施工工藝流程如下:準備工作制作鋼花管→鉆孔→清孔→鉆孔驗收→頂進鋼管棚→清孔→注漿管路檢查→注漿→封孔。搭鉆孔平臺安裝鉆機。a.先用方木或鋼管腳手架搭設鉆孔平臺，鉆孔順序按鉆機從低位孔位向高位孔位進行。b.平臺支撐要落于實地，連接要穩固，防止在施鉆時產生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔施作質量。c.鉆機定位:必須精確核定調整鉆機位置。用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，確保鉆機鉆孔方向正確。鉆孔。a.為了便于安裝鋼管，φ89 管棚采用大一號鉆頭，鉆頭直徑φ108mm。b.地質較好的情況下一次成空;若地質不好導致鉆進時塌孔、卡鉆，需補注漿后再鉆進。c.鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔1.0m 深后可根據地質情況逐步調整轉速及風壓。d.鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，防止鉆斜，特別注意在鉆孔過程中由于重力作用鉆桿可能往下偏。e.鉆進過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同一軸線方向鉆進。f.做好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖性進行地質判斷、描述。作為開挖洞身的地質預探預報之一，用于指導洞身開挖的依據。清孔驗孔。a.成孔后用鉆頭(φ108mm)進行來回掃孔，清除浮渣至孔低，確保孔徑、孔深符合要求、防止堵孔。b.用風機高壓風吹孔清理孔口鉆渣。用鋼管、卷尺、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。

安裝管棚鋼管。a.鋼管采用車絲機車好絲扣，管頭切開后再焊成圓錐頭，便于入孔。b.管棚頂進利用管棚鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管。c.接長鋼管時，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。接頭數同一橫斷面內不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。注漿。a.安裝好有孔鋼管、并放入鋼筋籠后即對孔內注漿，漿液由ZJ-400 高速制漿機拌制。b.注漿材料:注漿材料為1∶1 水泥凈漿，封孔采用M10 砂漿。c.采用注漿機將砂漿注入管棚鋼管內，注漿壓力一般為0.5～1MPa，漿液配合比和注漿壓力由現場試驗室確定，當注漿再無進量的情況下，持壓15min 后停止注漿。d.注漿量應滿足設計要求，一般為鉆孔體積的1.5倍;若是注漿量超過預計值，還未達到壓力要求時，應繼續注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。e.注漿時先注“單”號孔，再注“雙”號孔，防止注漿竄孔。

(2)徑向注漿止水施工工藝。徑向注漿施工工藝流程:施工準備→布設注漿點→鑿巖機開孔→擴孔→埋注漿孔→注漿機注漿→下一注漿孔注漿→檢查注漿效果。注漿施工方法。a.在洞身周邊按140cm 間距進行鉆孔，沿隧道縱向間距2.2m，鉆孔度深4.0m，鉆孔要求90%以上的鉆孔出水，由此出水可以判斷出水深度。b.使用快凝混凝土等錨固性材料粘結鋼管與孔壁，利用噴混凝土作止漿墻。c.實驗壓漿，壓漿按隔孔壓漿，采取擠密型注漿措施。d.注漿過程中若發生串漿，應關閉孔口閥門或堵塞孔口，待其它孔注漿完成后再打開閥門，若發生流水，則繼續注漿，直至每個孔達到注漿結束標準。e.孔口管應安設牢靠，并有止漿閥等止漿措施。注漿結束標準。單孔結束標準:壓力達到設計值并繼續注漿10min 以上，單孔進漿量小于初始進漿量的1/4，檢查孔涌水量小于0.2L/min。全程結束注漿標準:所有注漿單孔達到結束條件，且無漏漿現象。注漿后段落內涌水量不大于1m3/m.d。進行1.0MPa 壓力的壓水試驗，進水量小于2L/m.min。

(3)超前小導管施工工藝。施工工藝流程如下:地質調查→現場試驗→效果檢查→制定施工方案進行施工→噴砼封閉掌子面→拱部放樣布孔→風槍成孔→清孔→插入小導管→注漿→隧道開挖。制作鋼花管。小導管前端加工成錐形，尾部焊接φ6mm 鋼筋加勁箍，在管身設注漿孔，孔徑6～8mm 孔間距15cm，呈梅花形布置，尾部長度不小于100cm 作為不鉆孔的止漿段。注漿。必要時在小導管附近及工作面噴射混凝土，以防止工作面坍塌。注漿參數應根據注漿試驗結果及現場情況適當調整。注漿參數參照以下數據選擇。注漿壓力:一般為0.5～1.0Mpa;漿液初凝時間:1～2min;水泥:P.O32.5 普通硅酸鹽水泥;砂:中細砂。注漿異常現象處理。a.發現串漿時及時堵塞串漿孔。b.泵壓突升時，可能發生堵管，應停機檢查。c.進漿量很大，壓力長時間不升長，應調整砂濃度及配合比，縮短膠凝時間。

2.3.2 開挖

本淺埋段采用三臺階七步開挖法施工和臨時橫撐。

2.3.3 初期支護

本淺埋段按照時速250 公里客運專線《雙線隧道復合式襯砌》(西成客專施隧參101)圖中的V 級圍巖Vb 型復合式襯砌施工。初期支護施工工藝流程如下:施工準備→清理危石→沖洗巖面→初噴砼4cm→布設錨桿→安裝錨桿→布設鋼筋網→安設型鋼鋼架→檢查→噴砼至設計厚度→噴射砼效果檢查→下道工序。

2.4 監控量測

2.4.1 監控量測項目

隧道監控量測必測項目主要包括拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降。

監控量測要緊跟開挖、支護作業。按設計要求布設測點，并根據現場情況及時調整或增加量測的內容。量測數據及時分析處理，實現動態管理、動態施工。

2.4.2 隧道量測項目、量測儀器及量測方法

(1)地質和支護狀態信息的觀察。①觀察記錄掌子面的工程地質與水文地質情況，作為地質素描。觀察掌子面附近初支狀況，判斷圍巖、初砌支護的穩定性和可靠性。②范圍:工作面及初期支護后的地段進行觀察。③監測儀器:地質羅盤儀、鋼卷尺、放大鏡等。

(2)淺埋地表沉降觀測。DgK85 +910-DgK86 +060 段屬隧道淺埋段，覆蓋層薄，開挖后圍巖難以自穩成拱，地表易沉陷，為了確保淺埋段的施工安全，進行地表沉降觀測。基點布設:a.隧道淺埋段地表沉降測點應在洞內相應斷面開挖前布設。b.地表沉降測點和隧道內測點應對應斷面布置程。c.淺埋段DgK85 +910～DgK86 +060 地表沉降斷面縱向布置:斷面縱向間距10 米;共16 個斷面。d.淺埋段DgK85 +910～DgK86 +060 地表沉降測點橫向布置:每一斷面有13 個測點;2 個基準點。測點布設:在測點位置挖200* 200* 200mm 的坑，然后放入地表測點自制的預埋件。測點周邊用混凝土澆筑，待混凝土固結后即可量測。量測:用全站儀進行觀測。數據分析:繪制時間-位移與距離-位移圖，曲線正常則說明位移隨施工的進行逐漸穩定。如果出現異常，例如出現反彎點，說明地表下沉出現點驟增加現象，表明圍巖或支護已出現不穩定現象，應馬上采取措施。

(3)拱頂下沉量測。①測點布設:拱頂下沉主要用于判斷圍巖是否穩定。在各量測斷面的拱頂中心處埋設一自制的鋼筋預埋件。②量測。采用高精度全站儀采集數據。

(4)凈空收斂量測。①測點布設:須與拱頂下沉點斷面布置相對應。②量測。采用高精度全站儀進行數據采集，初測應在開挖后12h讀取，最遲不得超過24h，且在下一循環開挖前，必須完成初期變形值的讀取。

(5)量測數據整理、分析。量測后的數據分析是隧道監控量測最核心的環節，須繪制量測數據與時間的關系曲線及與開挖掌子面距離間的關系曲線。并對量測數據作如下一系列的處理、分析及反饋:據回歸分析、預測位移、收斂、拱頂下沉及鋼筋力的最終值。②以位移～時間曲線為基礎，根據位移、位移速率等綜合分析及評定圍巖和支護的穩定性。③當位移急驟增加，相對凈空變化超過10mm/d 時，重點加強觀測，并密切注意支護結構的變化。④當位移～時間曲線出現反彎點時，同時發現初支有開裂或掉塊，應盡快采取補強措施，謹防塌方。⑤當位移、周邊收斂、拱頂下沉達到預測最終值的80～90%，收斂速度小于0.2mm/d，拱頂下沉速率小于0.15mm/d 時，判斷圍巖基本穩定，可進行防排水、二襯等施工。

3 結束語

大秦嶺隧道由于是高風險隧道，其地質情況復雜，軟弱圍巖較多，且一處在淺埋帶上，經過兩處斷裂帶，因此在施工前期，我們就對隧道施工預以高度重視，并且加強了施工過程控制環節，從而使這座隧道在圍巖較差，難度較大的情況下，質量得到了有力的保證。