砂質地層斜井進正洞施工技術

申慧濤

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032)

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砂質地層斜井進正洞施工技術

申慧濤

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032)

隨著長大隧道修建的越來越多，復雜地質條件下斜井施工成為隧道施工必須解決的關鍵技術問題。萬榮隧道2#斜井和正洞交叉處全斷面位于厚砂層、自穩性差，根據地質條件，挑頂段分五階段進行施工，采用水平旋噴樁加固地層，并分別輔以內插無縫鋼管、異形拱架支護、增設超前小導管支護等措施，安全、順利、快速地完成挑頂施工。詳細介紹了水平旋噴樁在隧道斜井砂質地層挑頂施工中的應用，為解決復雜地質條件下斜井施工積累了相關經驗。

水平旋噴樁；隧道斜井；砂質地層；挑頂施工

1 工程概況

萬榮隧道位于山西省運城市萬榮縣境內，隧道起訖里程為DK555+117～DK562+800，全長7 683 m，為單洞雙線隧道，最大埋深約為90.25 m。隧道設5座無軌運輸斜井， 2#斜井設計為單車道斜井，位于峨眉臺地，地形起伏較大；斜井與正洞左線相交于DK557+150，最大坡度10.5%，承擔自身562 m施工任務及正洞735 m施工任務。

1.1 地質情況

2號斜井掌子面地層為淺黃色粉砂，淺黃色粉砂層位較穩定，厚度大，粘粒含量小且未膠結，密實，稍濕，開挖后自穩性差。砂層含水率4.6%，含泥量2.2%，孔隙率為37%。根據超前地質預報資料，斜井和正洞交叉處全斷面為砂層，拱頂開挖線上部有至少3 m厚砂層。

1.2 施工情況

2號斜井從 2斜0+65開始全斷面均為砂層，針對砂層自穩性差，經四方會商進行了變更，變更參數為：

(1)采用H150格柵與I16型鋼鋼架交替架設，鋼架間距由1 m調整為0.8 m。

(2)拱部、邊墻采用?42 mm超前密排小導管，長度4.0 m，間距20 cm，每兩榀施作一環，于型鋼鋼架處打設。

(3)初支背后空洞及不密實部位及時進行充填注漿。

采用上述變更措施后，超前密排小導管對穩定拱部起到了一定的作用，但因掌子面上無加固措施，稍有擾動，核心土難以保留，仍存在掌子面溜坍和漏砂現象。在此情況下，施工過程中通過在掌子面上打設長4 m的?42 mm超前小導管和周邊間距5 cm、長3.5 m的密排小導管(每榀架施作)，以及在上中臺階拱腳上方30 cm高度位置按縱向間距10 cm打設徑向小導管(L=4 m)。通過增加以上措施，有效的控制了掌子面砂層溜坍，確保了施工安全。

2 斜井砂質地層挑頂施工技術

2.1 施工方案

根據實際揭示地質情況，為確保安全，采用水平旋噴樁加固地層后進行挑頂施工。挑頂采用橫向爬坡導洞法，爬坡起點為2斜0+18處，至交叉口時斜井拱頂標高與正洞拱頂標高一致，導洞采用交叉口斷面寬度。挑頂段施工分五階段進行,見圖1所示。

圖1 斜井挑頂步驟示意圖(單位：cm)

2.2 施工方法

2.2.1 第一階段施工(2斜0+18～2斜0+09)

本段位于挑頂過渡段中，施工坡度33.7%，為確保施工安全，采用水平旋噴樁預加固。施工前，先將中臺階與上臺階基本平齊(跟至1～2榀拱架)。旋噴范圍：上、中臺階周邊及掌子面正面，縱向長10 m，見圖2。

五是通過微博推廣。憑借內容短小、發布快捷的特點，微博成為互聯網極具影響力的信息發布平臺。微博運營門檻低、信息發布迅速，是鄉村旅游推廣的有效手段。

圖2 第一階段旋噴加固(單位：cm)

旋噴施工采用TY400T多功能鉆機，周邊樁樁徑600 mm，樁間距400 mm，外插角結合坡度設置，一般為9～11°。為提高水平旋噴樁抗剪強度，拱部范圍旋噴樁內插?89 mm無縫鋼管進行超前預加固，?89 mm無縫鋼管環向間距80 cm，長度同旋噴樁長。水平旋噴樁加固地層，環形布置，間距1.2 m。旋噴按照“先周邊，后掌子面”順序進行加固，周邊按照每次間隔1個孔位從下到上或左右交替進行跳躍式成樁。開挖長度9 m，開挖范圍為2斜0+18～2斜0+09，開挖方法采用三臺階法，上、中臺階盡量緊跟，下臺階可適當拉開，便于濕噴機械手作業。支護參數：①采用I16型鋼鋼架，鋼架間距由1 m調整為0.8 m。②拱部、邊墻采用?42 mm超前小導管，長度4.0 m，間距10 cm，每兩榀施作一環，于型鋼鋼架處打設。③初支背后空洞及不密實部位及時進行充填注漿[1-3]。

2.2.2 第二階段施工(2斜0+09～與正洞交叉口處)

繼續以33.7%的坡度向交叉口處爬坡施工，施工前先對交叉口部位進行旋噴加固。本段加固范圍為不規則體，旋噴加固角度較難控制，特別是正洞小里程側控制尤為困難。針對此種情況，靠正洞小里程側加固時，樁間距適當調小，避免因角度發散造成的樁體不咬合。旋噴范圍：上、中臺階周邊及掌子面正面，縱向加固長度9.54 m，線左9.8 m向線右11 m。具體加固范圍見圖3、圖4。

圖3 第二階段旋噴加固范圍(單位：cm)

圖4 第二階段旋噴加固(單位：cm)

根據本次加固范圍呈發散性的情況，為保證終孔位置旋噴樁能夠咬合，周邊樁間距線左采用400 mm、線右采用300 mm，樁徑600 mm，外插角結合坡度設置，一般為9～13°；為提高水平旋噴樁抗剪強度，拱部范圍旋噴樁內插?89 mm無縫鋼管。本次開挖至于正洞相交處，采用異形斷面，斷面逐漸加大、加高至交叉口處斷面。開挖方法采用三臺階法，上、中臺階盡量緊跟，下臺階可適當拉開，便于濕噴機械手作業。

支護參數：①采用I20異型鋼鋼架架設，鋼架間距線左80 cm，線右40 cm，共設置異形鋼架10榀。②拱部、邊墻采用?42 mm超前密排小導管，長度3 m，間距10 cm，每榀施作。異形拱架如圖5所示。

2.2.3 第三階段施工(正洞導洞、加強環施工)。

采用交叉口斷面以22.7%的坡度垂直正洞施工。施工前通過交叉口對正洞需開棚洞部位進行水平旋噴加固。旋噴范圍：上、中臺階周邊及交叉口正面，縱向14 m，加固寬度14.1 m，加固高度超出正洞拱頂1 m。旋噴加固橫、縱斷面見圖6。

圖5 第二階段異形拱架(單位：cm)

圖6 第三階段旋噴加固橫、縱斷面示意圖(單位：cm)

加固完成后，采用橫向爬坡導洞法施工，垂直正洞線路方向向正洞拱頂爬坡施工，爬坡至正洞中線時，拱頂標高超出正洞拱頂設計標高1 m，然后平坡施工導洞至正洞右邊墻位置，見圖7。

圖7 第三階段橫向導洞橫、縱斷面示意圖(單位：cm)

施工順序：①橫向導洞施工至正洞右側邊墻位置時，上、下臺階盡量跟齊，及時封閉導洞掌子面；②對初支背后不密實部位進行注漿填充。③斜井落底，接長斜井鋼架至設計標高并及時施作底板混凝土(靠近正洞邊墻處1 m范圍暫不施作)。④施作交叉口處套拱及縱向托梁，套拱及縱向托梁采用3榀I25型鋼鋼架并排設置。⑤施作交叉口剩余1 m范圍的底板混凝土，使加強環生根。⑥施作交叉口5 m范圍內的斜井襯砌。⑦導洞內安裝正洞上導拱架，預留變形量30 cm，及時噴射混凝土封閉并回填超挖部分。⑧正洞線路右側拱腳鎖腳施工，鎖腳采用6 m長?600 mm鎖腳旋噴樁內插?89 mm鋼管。施工順序見圖8。

圖8 第三階段施工順序示意圖

2.2.4 第四階段施工(大里程方向)

加強環及交叉口正洞初期支護施工完成后，開始向正洞大里程方向轉序施工。首先利用棚洞空間，采用SM14旋噴設備對大里程方向進行旋噴作業，考慮棚洞空間問題，旋噴樁拱部外插角較大。為確保旋噴效果，保證開挖安全，大里程方向分兩次旋噴、開挖。第1次旋噴8 m，開挖5 m；第2次旋噴13 m，開挖10m。為提高水平旋噴樁抗剪強度，拱部范圍旋噴樁內插?89 mm無縫鋼管。

旋噴范圍：正洞上臺階周邊及正洞大里程掌子面正面，縱向14 m。旋噴加固橫、縱斷面見圖9、圖10。

圖9 第四階段旋噴加固(長度8 m)橫、縱斷面示意圖(單位：cm)

圖10 第四階段旋噴加固(長度13 m)橫、縱斷面示意圖(單位：cm)

加固完成后，拆除大里程側導洞拱架，按正洞正常斷面施工，所有支護參數采用設計參數。

初期支護：全環H230格柵鋼架，間距0.6 m/榀；噴射砼為網噴C25砼，厚度27 cm；全環設?8 mm鋼筋網，網格間距20 cm×20 cm。

但因受導洞空間制約，拱部部分旋噴樁角度可能較大，咬合效果較差，施工過程中增設?42 mm拱部超前小導管，避免漏砂現象發生。

2.2.5 第五階段施工(小里程方向)

待大里程方向施工15 m完成后，采用同樣的方法向小里程方向施工，施工距離控制在10 m。待小里程側10 m范圍初期支護完成后，轉入正洞工序施工，計劃先施工正洞大里程方向。

3 旋噴樁施工

采用TY400T多功能鉆機施工。主要施工參數：鉆桿平均鉆進速度0.20～0.30 m/min；鉆進壓力5～10 MPa；水泥漿配合比W∶C=0.8∶1～1∶1；每延米水泥用量75～100 kg；旋噴壓力18～25 MPa。具體施工為：

(1)施工準備。整平工作平臺，封閉上下臺階掌子面，噴混凝土厚不小于20 cm；精確放樣，測定孔位；設備進場，鉆機、注漿泵、攪拌桶有序就位；搭設倒水泥工作平臺；檢查鉆機、注漿泵、攪拌設備，試運行。

(2)漿液配置。漿液配置采用JS1200型攪拌機和JS500型攪拌桶。 JS1200型攪拌桶第1次攪拌； JS500型攪拌桶第2次攪拌；每次攪拌時間不得少于3 min，水泥漿從JS1200型攪拌桶倒入JS500型攪拌桶二次攪拌時，要經篩過濾；二次攪拌桶應不停攪拌，以防止漿液沉淀離析、出漿口堵塞；吸漿管應裝濾網，防止堵塞管道。

(3)鉆孔及旋噴。按照“先周邊、后掌子面”的順序進行旋噴施工，周邊按照每次間隔一孔，孔位從下到上，左、右交替進行。跳躍式成樁，兩邊強度平衡，可以減少因鉆桿偏移造成樁間咬合率低的問題。鉆孔定位要準確。按設計外插角，分孔計算每根樁的偏角和仰角，利用三維坐標，使鉆機精確定位。開孔時慢進，鉆進1 m后按正常速度鉆至設計深度，當漿液從噴嘴噴出并達到設計壓力后開始旋噴，樁前端原地旋噴不小于30 s。嚴格控制旋噴時的旋轉速度和提升速度，其提升速度應小于250 mm/min。樁前端受外插角的影響，咬合效果差，應適當加大旋噴壓力或降低噴嘴的旋轉提升速度。

(4)卡鉆、埋鉆、冒漿處理。為防止卡鉆、埋鉆，鉆進過程中采用帶漿作業，利用漿液形成漿液護壁，同時控制回次進尺，回次進尺宜為0.3～1.0 m，采取輕壓、低轉速和大泵量。鉆進參數可為鉆進壓力2～6 MPa、轉速20～120 r/min、泵量140～200 L/min。根據經驗，冒漿量小于注漿量20%～30%為正?，F象。若冒漿量較多或者不冒漿時，應查明原因并及時采取措施；當旋噴流量不變而壓力突然下降時，應檢查各部位的泄露情況，必要時拔出注漿管檢查密封性能。出現不冒漿或斷續冒漿時，若系土質松散則視為正常現象，可適當進行復噴。若系附近有空洞，則可繼續注漿或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿至冒漿為止。

4 監控量測

隧道典型地段監測結果見圖11，初期支護與二襯的變形均已收斂，表明隧道變形已得到控制，采用的施工方法是成功的。

圖11 隧道變形監測結果

5 施工注意事項

(1)采用信息化施工。斜井與正洞掌子面施工時，應設專人值班，隨時觀察圍巖及支護狀態的穩定性；隧道開挖后，立即對工作面附近圍巖情況、節理發育程度、接觸面充填物的性質，開挖面穩定狀態及開挖面有無松散坍塌剝落現象、有無地下水等現象進行觀察；初期支護完成后，對初期支護噴射混凝土是否產生裂縫、剝離和剪切破壞，鋼拱架支撐有無被壓彎曲現象等進行觀察；對圍巖和支護系統的穩定狀態進行監測，通過對觀察和量測數據成果分析，及時掌握圍巖及支護的動態狀況，以便采取有效措施，并及時調整支護參數。

(2)交叉口段斜井襯砌應及早施作；圍巖情況較差時，在開挖過程中，盡量減少挖掘機對隧道邊沿的開挖，應采用人工鐵鍬對隧道周邊進行修整，減少對圍巖的擾動，避免側壁或拱頂掉塊現象。隧道拱墻腳嚴禁被水浸泡。開挖完畢后，應盡早對圍巖進行支護封閉，減少圍巖暴露的時間。

6 結束語

萬榮隧道2#斜井與正洞交叉口處，地層為砂層，通過施工實踐，安全順利地完成了地層挑頂施工，以最短的時間、最快的速度完成了向正洞的轉序作業，快速形成正洞施工能力，確保挑頂施工中的安全和質量。表明采用水平旋噴樁加固砂質地層隧道斜井的挑頂施工方法是成功的。

[1]李 本.大斷面黃土隧道斜井進入正洞的挑頂施工技術[J].鐵道建筑技術,2008(3):51-55

[2]付國宏. 7號斜井進正洞挑頂施工技術[J].鐵道標準設計,2005(9):21-25

[3]閆志剛.鷹鷂山隧道斜井進正洞挑頂施工技術[J].鐵道建筑,2009(11):33-38

Construction Techniques for an Inclined Shaft Leading into the Tunnel

SHEN Huitao

(The 2nd Engineering Co. Ltd. of the 12th Bureau Group of China Railway,Taiyuan 030032,China)

As more and more large and long tunnels are built,the construction of inclined shafts in complex geological conditions becomes one of the key technical problems in the tunnel construction that have to be solved.As the whole cross section of the junction of the Second Inclined Shaft and the very tunnel is located in a thick sand stratum,which is very poor in self-stability, the construction of the top-picking section there is performed in five phases,with horizontal rotary jet grouting piles used for strengthening the stratum, and seamless steel tubes internally inserted and irregular-shaped arch brackets provided to support,advanced small guide tubes added and other technical measures taken to support.With all the above-mentioned technical measures taken for the construction of the project,the top-picking construction is safely,smoothly and quickly completed.The application of the horizontal rotary jet grouting pile to the top-picking construction for the tunnel in sandy strata is dealt with in detail in the paper,which provides corresponding experience for the construction of inclined shafts in complex geological conditions.

horizontal jet grouting pile;inclined shafts of a tunnel;sandy stratum;ripping construction

2016-04-22

申慧濤(1984—)，男，工程師，主要從事橋梁與隧道施工及技術管理工作。zh2015w@126.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.016

U455.4

B

1672-3953(2016)05-0057-06