軟弱富水Ⅵ級圍巖隧道仰拱安全快速施工技術

李雪林

(中鐵三局集團西南工程有限公司，四川 成都 610083)

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軟弱富水Ⅵ級圍巖隧道仰拱安全快速施工技術

李雪林

(中鐵三局集團西南工程有限公司，四川 成都 610083)

針對江門隧道圍巖為Ⅵ級全風化花崗巖且富水，遇水易軟化、呈現流塑狀的特點，為解決開挖仰拱時前方掌子面垮塌導致循環進尺控制難的問題，施工中采用仰拱基坑鋼板樁超前臨時圍護，單次圍護長度為兩個仰拱循環進尺；仰拱開挖采用前后跳槽左右分部開挖技術，開挖兩循環后及時施作仰拱襯砌。通過采用該技術有效確保了仰拱施工中前方掌子面的安全穩定，保證了仰拱開挖的循環進尺，提高了軟弱富水圍巖條件下仰拱的施工效率，取得了良好效果。

隧道；Ⅵ級圍巖；軟弱富水；仰拱；鋼板樁

隧道施工中，仰拱開挖支護往往不受到施工各方的重點關注，仰拱開挖支護根據工序安排，有的與下臺階施工同步開挖施作，有的單獨開挖后進行初期支護，當仰拱開挖支護滿足一環仰拱襯砌施工長度時，安排進行仰拱襯砌施工。軟弱富水Ⅵ級圍巖隧道施工中，文獻[1]采用了垂直咬合旋噴樁對隧道兩側進行隔泥堵水，洞身范圍采用間距1.2 m×1.2 m旋噴樁加固改良土體；文獻[2]采用全斷面超前預注漿并輔以大管棚控制圍巖變形；文獻[3]采用超長大管棚、小導管注漿進行圍巖加固，井點降水、帷幕注漿截水疏干隧道內地下水，以保證圍巖穩定。以上文獻采用相應措施后均順利實現了隧道的開挖支護。江門隧道Ⅵ級軟弱富水圍巖施工中，由于圍巖自穩能力差，仰拱開挖過程中，無法形成穩定的仰拱掌子面，開挖進尺難以控制，嚴重的情況下，隨著前方圍巖不斷流坍，曾引起下臺階掌子面失穩。

1 工程概況

1.1 工程概況

廣珠貨運鐵路江門隧道，是雙線鐵路隧道，全長9 185 m。其中DK111+76～DK112+010段，埋深11～17 m，圍巖主要為全風化花崗巖，屬于Ⅵ級圍巖。隧道采用復合式襯砌，標準斷面見圖1，開挖寬度11.86 m，高度11.64 m。該段地下水類型為第四系殘坡積及基巖風化裂隙水，地下水補給來源為大氣降水，地下水位隨季節和氣候變化明顯，隧道范圍地下水豐富。隧道圍巖遇水后軟化成流塑狀，承載力極低，沒有自穩能力，圍巖情況見圖2。

圖1 Ⅵ級圍巖標準斷面圖(單位：cm)

圖2 流塑狀圍巖圖

該段采用三臺階臨時仰拱法從大小里程分兩個工作面同步掘進。超前支護采用?108 mm大管棚結合?42 mm小導管，洞外在隧道洞身兩側采用兩排旋噴樁(?600 mm@450 mm)止水，加固深度從拱頂上4 m至仰拱底下1 m，最大加固深度26 m。洞身范圍內采用?600 mm@600 mm攪拌樁加固，加固深度由拱頂上4 m至拱頂下3.5 m。洞身范圍采用?400 mm的真空井進行井點降水，真空井間距20 m，深度至仰拱底2 m。掌子面設置?24 mm玻璃纖維錨桿，長度4 m，間距1.5 m×1.5 m。從地面對隧道范圍進行袖閥管注漿加固，袖閥管間距1 m×1 m。上述措施實施后，上、中斷面圍巖狀態得到較大改善，但是隧道內涌水仍然較大。在洞身開挖通過后，由于受到地形限制攪拌樁沒有施作到仰拱部位，同時袖閥管注漿效果不好，仰拱開挖掌子面圍巖在地下水作用下不斷流坍，直接導致前方下臺階掌子面的滑坍。

1.2 施工難點

根據鐵建設2010(120)號文件對隧道施工的要求，Ⅵ級圍巖隧道仰拱初期支護與掌子面距離不得大于35 m，仰拱每循環開挖進尺不能大于3 m，故仰拱施工作業面距離下部開挖掌子面距離非常近。由于Ⅵ級富水圍巖屬于流塑狀，沒有自穩能力，盡管施工中對Ⅵ級圍巖采用注漿方式進行預加固，實際效果不佳。仰拱開挖仍會造成掌子面圍巖失穩，引起掌子面坍塌。如何保證仰拱開挖進尺不超標以及隧道施工安全是施工中的難點。

2 仰拱施工方案及流程

2.1 仰拱施工方案

考慮到隧道圍巖自穩能力極低，為保證隧道仰拱基坑的穩定，將鋼板樁引入隧道施工，采用鋼板樁對仰拱開挖基坑進行臨時圍護，防止流塑狀的圍巖向基坑內涌，以確保前方掌子面的穩定。為加快施工進度，鋼板樁一次圍護兩環仰拱進尺長度(6 m)，在鋼板樁的保護下，首先開挖靠近圍護結構一端的仰拱，仰拱開挖時采用放坡開挖的方式，對邊坡采用錨噴支護進行臨時防護以確保臨時邊坡穩定；仰拱開挖采取左右側分部開挖的方式，開挖一部施工一部仰拱初期支護。靠近圍護結構一端仰拱初期支護施工完畢后，開挖靠近已施工好仰拱襯砌一端的仰拱，同樣采取分左右側開挖的方式，同步施工仰拱初期支護。當兩環仰拱初期支護完成后，綁扎該段仰拱鋼筋，立模，施工仰拱襯砌，仰拱襯砌混凝土終凝后，施工仰拱填充混凝土。

相關參數：開挖放坡坡度1∶1；臨時邊坡噴射混凝土厚度5 cm，噴射混凝土強度等級C20；一環仰拱開挖進尺3 m；鋼板樁采用拉森Ⅳ型，寬度400 mm，樁長6 m。

2.2 施工流程

仰拱施工工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程圖

3 仰拱開挖支護技術

3.1 施工準備

3.1.1 片石墊層施工

Ⅵ級富水圍巖在機械擾動下會液化軟弱。為增加基底承載力，方便機械作業，在仰拱開挖范圍內鋪設一層片石，片石鋪設厚度以方便機械作業為宜，但準備施作鋼板樁的范圍禁止填筑片石。

3.1.2 材料準備

臨時圍護結構采用拉森Ⅳ型鋼板樁，寬度400 mm，樁長6 m，采用標準長度12 m的鋼板樁截斷制成。

裝卸鋼板樁宜采用兩點起吊，吊運時，每次起吊的鋼板樁根數不宜過多，注意保護鎖口免受損傷。鋼板樁堆放的方向、位置、順序和平面布置應考慮下步施工的方便。鋼板樁分層堆放，每層堆放數量一般不超過5根，各層間要墊枕木，上、下層墊木應在同一垂直線，堆放總高度不宜超過2 m。

3.1.3 下臺階掌子面臨時封閉

因仰拱開挖作業面距離下部掌子面距離非常近，為保證前方下部掌子面穩定，在仰拱開挖前對洞身下部掌子面噴射8 cm混凝土臨時封閉。

3.2 鋼板樁插打

為保證鋼板樁沉樁的垂直度及平整度，在鋼板樁施工前首先施工導向架，導向架由圍檁及圍檁樁組成。圍檁采用I20工字鋼，圍檁樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁。

因仰拱基坑開挖深度不深，故采用單層圍檁雙面布置形式，雙面圍檁之間的凈距應比鋼板樁寬度放大8～10 mm，圍檁樁入土深度3 m，間距4 m，圍檁與圍檁樁之間用連接板焊接。

鋼板樁垂直于隧道軸線方向布置，從隧道一側向另一側連續插打，由于隧道作業面較小，且鋼板樁埋深較淺，采用挖掘機將鋼板樁壓入，插打時鎖口要對準，每插入一塊即套上樁帽，輕輕振動壓入土體。

開始打設的一、二塊鋼板樁的位置和方向要確保精度，以便起到樣板導向作用，故每打入1 m應測量一次，打至預定深度后應立即用鋼筋與圍檁支架焊接固定(見圖4)。

圖4 步驟1：鋪設片石、鋼板樁插打

3.3 第一部仰拱開挖

鋼板樁施工完畢后，立即進行靠近鋼板樁一側的第一部仰拱開挖，分左右兩側分部放坡開挖，臨時邊坡坡率1∶1，先開挖的一側采用三面放坡開挖的方式，由挖掘機挖土，自卸汽車運輸棄碴，開挖時盡量避免重復擾動土體，控制好開挖斷面尺寸，嚴格控制超挖，但不得欠挖。開挖后立即安裝仰拱棧橋恢復交通，棧橋安裝牢固(見圖5)。

圖5 步驟2：第一部仰拱開挖

3.4 第一部仰拱初期支護、臨時邊坡防護

第一部初期支護分左右側進行，在開挖后立即施作，開挖后首先噴射4 cm混凝土封閉仰拱開挖面及臨時邊坡，人工安裝拱架，鋼架間用高強螺栓連接，鋼架縱向以?22 mm鋼筋連接，連接方式嚴格按照設計施工。鋼架安裝合格后，立即噴射初期支護混凝土封閉鋼架，噴射混凝土采用兩臺濕噴機同時進行以加快完成初期支護(見圖6)。

圖6 步驟3：第一部仰拱初期支護、臨時邊坡防護

噴射手作業在開始時應先給風，再供料；結束時先停料，后關風；噴射頭應盡量垂直受噴面，噴嘴距受噴面宜為1.5～2.0 m，噴頭連續、緩慢做橫向環形移動。噴射砼終凝2 h后，進行濕潤養護。

3.5 第二部仰拱開挖、初期支護

第二部仰拱開挖、初期支護同樣采用分左右側施工的方式，二部施工時要加強對一部施工完成的仰拱初期支護進行保護，避免污染第一部的仰拱初支。

仰拱開挖支護要做好工序銜接，做到盡快完成開挖面的封閉(見圖7)。

圖7 步驟4：第二部仰拱開挖、初期支護

3.6 仰拱襯砌施工

兩環仰拱初期支護完成后，綁扎仰拱鋼筋，安裝縱環向中埋式遇水膨脹橡膠止水帶，安裝縱、環向排水管、防水板位于仰拱襯砌內的部分，安裝綜合接地系統的鋼筋。

安裝端模及側面弧形模板，監理驗收合格后進行仰拱混凝土澆筑，當仰拱混凝土終凝后，立模進行仰拱填充混凝土施工，混凝土強度達到2.5 MPa時拆除仰拱側模(見圖8)。

圖8 步驟5：仰拱襯砌、填充混凝土施工

3.7 拔除鋼板樁

當仰拱混凝土填充完成后，逐根拔除鋼板樁，進入下一循環的仰拱施工(見圖9)。

圖9 步驟6：進入下一循環仰拱施工

4 實施效果

上述方案實施后，有效的控制了每環仰拱的開挖進尺，避免了因掌子面滑坍而開挖進尺超標。同時加快了施工進度，仰拱開挖支護及襯砌施工每6 m循環時間4～5 d，滿足了Ⅵ級圍巖前方掌子面施工進度的需要。

5 結束語

(1)在Ⅵ級富水圍巖仰拱施工中采用鋼板樁臨時圍護，一次圍護兩環仰拱、分部跳槽開挖，施工安全性高，能有效降低隧道掌子面滑坍的風險。

(2)Ⅵ級軟弱富水圍巖仰拱施工所采用的方法簡單，易于組織，在滿足安全步距的前提下能有效提高施工進度。

(3)在軟弱富水圍巖隧道施工進行洞身預加固的時候，要綜合考慮整個隧道范圍內圍巖的加固，以減少仰拱施工時面臨的風險。

[1]吳發展.哈達鋪隧道Ⅵ級圍巖淺埋段施工技術[J].國防交通工程與技術,2014，12(6)：40-42

[2]孫明彪. 富水糜棱巖大斷面隧道Ⅵ級圍巖變形控制技術[J].現代隧道技術,2014，51(2)：152-156

[3]杜運國.益田路Ⅵ級圍巖富水隧道綜合施工技術[J].鐵道標準設計,2010(2)：109-112

On the Safe and Quick Construction Techniques for the Inverted Arch of a Tunnel in Weak Rich-Watered VI-Type Surrounding Rock

LI Xuelin

(Southwest Engineering Co. Ltd. of the Third Engineering Group of China Railway,Chengdu 610083,China)

As the Jiangmen Tunnel is located in the VI-type surrounding rock of granite, which is fully weathered and rich-watered, is liable to weakening and shows the characteristics of a fluid-plastic body,the advanced temporary maintaining method of the inverted arch-foundation-pit-steel-sheet pile is adopted for the construction,with the one-time maintaining length limited to the circular footage for two inverted arches;the excavation for the inverted arch is performed by means of grooving ahead and behind,dividing the work face into the left and right sections and cutting them alternately.After two circulations of inverted arch excavation,the inverted arch lining is provided timely.By applying the above-mentioned techniques,the safe construction and the stability of the front work face for the inverted arch are effectively ensured,with the circulation footage of the inverted arch excavation ensured,the construction efficiency of the inverted arch in the conditions of weak rich-watered surrounding rock improved,and satisfactory benefits achieved.

tunnel;Ⅵ grand surrounding rock;weak enriched water;inverted arch;steel sheet pile

2016-05-24

李雪林(1973—)，男，高級工程師，主要從事土木工程施工技術管理工作。547706274@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.019

U455.4

B

1672-3953(2016)05-0070-04