超淺埋偏壓低含水率紅砂巖段隧道施工技術

耿 啟 軍

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

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超淺埋偏壓低含水率紅砂巖段隧道施工技術

耿 啟 軍

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

以薛家畔1號隧道進口端紅砂巖隧道施工為背景，針對圍巖自身特點和現場地形條件，從開挖掘進、超前支護、注漿加固等方面，制定了切實可行的施工方案，經實踐證明，該方案有效地控制了圍巖的沉降和收斂。

紅砂巖隧道，軟弱圍巖，超前支護，注漿加固

1 工程概況

薛家畔1號隧道進口端DK240+873～DK240+893段地表埋深最小6.4 m，屬于超淺埋段。順線路方向左側距左線中心線26 m處有一沖溝，溝底高出隧道軌面2.2 m，隧道右側有一水溝，溝底低于隧道軌面1.4 m，隧道洞身處于兩水溝之間，形成了獨立的“象鼻子”山形。該隧道進口端開挖后，圍巖呈砂狀，自穩(wěn)能力極差，發(fā)生流砂、涌砂現象，初支地表出現裂縫。具體如圖1所示。

2 地質條件

2.1 地形地貌

薛家畔1號隧道位于陜西省靖邊縣龍洲鄉(xiāng)，處于毛烏素沙漠與黃土高原過渡區(qū)，地形起伏大，沖溝發(fā)育。進口自然坡度51°，出口自然坡度45°。

2.2 工程地質

本隧道表覆第四系上更新統(tǒng)風積砂質新黃土、第四系全新統(tǒng)坡積砂質新黃土，洞身穿過白堊系砂巖，紫紅色，全風化～強風化，砂質結構，呈砂狀，厚層與巨厚層狀交錯布置，成巖作用差，巖質較軟。

2.3 水文地質

隧址區(qū)地下水主要為裂隙水，受地下水入滲補給，以地下水徑流為主要排泄方式。勘測地下水位埋深72.2 m，水位高程1 259.33 m，水位變幅2 m～4 m，水位埋深位于隧道開挖面以下。本隧道進口端洞身開挖后，砂層含水率約3%。

3 隧道進口端現場情況

因隧道洞身圍巖為白堊系砂巖，含水率較低，呈砂狀松散結構，原設計方案和支護參數不能滿足現場需要。施工至DK240+873時，掌子面開挖后發(fā)生多處流砂現象，形成多處溜腔，加之拱部埋深又淺，造成洞內已施工初支開裂，拱頂沉降和收斂較大，地表出現多條裂縫，最大寬約2 cm。

4 施工方案

4.1 對已施工段加強量測

根據已施工段初支出現的情況，監(jiān)控量測小組對洞內外及時進行加密布點觀測，并對初支表面和地表裂縫進行觀察，對量測數據進行分析。

4.2 開挖掘進

鑒于現場砂層自穩(wěn)性極差，開挖工法采用四臺階三道臨時仰拱法(臨時仰拱具體見圖2)，調整原設計鋼架臺階高度，減少圍巖開挖后暴露時間，遵循軟弱圍巖“快挖、快支、快封閉”施工原則，每循環(huán)進尺控制在0.6 m以內。

4.3 超前支護

自DK240+873里程開始，各臺階每榀鋼架施作超前密排小導管(小導管按照設計圖紙加工)，每根長度3.5 m，環(huán)向間距15 cm，外插角控制在10°～20°，并在小導管打設完成后進行水泥漿注漿加固。

4.4 支護參數

鋼筋網全環(huán)設置，采用φ8鋼筋，網格尺寸20 cm×20 cm，現場安裝搭接長度不小于30 cm；Ⅰ20a型鋼鋼架全環(huán)設置，間距0.6 m；連接筋：φ22鋼筋，環(huán)向間距1.0 m；鎖腳錨管：拱部鎖腳錨管采用φ42無縫鋼管，壁厚5 mm，長度6 m，每個拱腳施作4根，角度按斜向下45°控制。除拱部上臺階外其余臺階拱腳采用φ76無縫鋼管，每個拱腳施作4根，角度按斜向下45°控制。鎖腳錨管采用Φ22“L”形螺紋鋼筋與鋼架焊接，鋼筋與鋼拱架翼緣采用雙面焊接，焊接飽滿、牢固；整個砂層段施工預留變形量不少于30 cm。隧道施工中各鋼構件加工均在鋼構廠統(tǒng)一加工，運至現場統(tǒng)一安裝。

4.5 初支表面和地表注漿加固

對該段洞身初支表面采用φ42(t=3.5 mm)長短小導管徑向注漿加固，導管長度為3.5 m和4.5 m，梅花形間隔布置，注漿范圍為設計斷面O2圓心連線以上拱墻部位，小導管布置間距1.2 m×1.2 m。注漿參數：普通水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.5 MPa。注漿順序按照縱向由小里程向大里程，環(huán)向由右側向左側、由下向上施工。

對該段地表右側采用鋼花管注漿加固，注漿管采用φ42(t=3.5 mm)鋼花管，管長6 m，間距1.5 m×1.5 m，梅花形布置。注漿參數：普通水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.5 MPa～1 MPa。

4.6 及時施作仰拱和二襯

監(jiān)控量測數據顯示，洞內拱頂沉降和收斂在增加措施后，變形穩(wěn)定，斷面未侵限，滿足設計規(guī)范要求，地表裂縫未進一步擴大。為保證施工安全，仰拱及時封閉，保證施工質量，二襯緊跟，采用50 cm厚C35鋼筋混凝土。

5 采取的措施

5.1 仰拱一次性施工24 m

采用仰拱液壓長棧橋施工法，有效施工長度24 m，優(yōu)化施工工藝，縮短了仰拱閉合施工時間；減少仰拱施工縫，降低仰拱施工對不均勻沉降的影響，從而保證了仰拱整體施工質量，仰拱液壓棧橋見圖3。

5.2 加強鋼架底部支撐力

在每榀鋼架安裝時，拱腳處設置高強度工程塑料墊板，以減少拱腳沉降，提高承載力；鋼架底部設置縱向連通[36a型號槽鋼，使整個鋼架縱向連接成整體。

5.3 實行濕噴機械手

隧道噴射混凝土采用15 m3/h以上的大型機械手施工。每臺機械手只需要配備兩名施工人員，節(jié)約了勞力；實現了混凝土從生產到使用全部采用機械化，速凝劑摻量自動化控制，減少了人為因素的影響，顯著提高了噴射混凝土質量，實踐證明，濕噴技術質量可控，并與鋼架形成良好柔性受力體系；作業(yè)過程中，粉塵減少，改善了洞內作業(yè)環(huán)境。

5.4 落實班組長責任制

根據《班組長工程質量責任制管理辦法》，全面落實班組長工程質量責任制。從班組長選配、培訓、考核、獎罰、責任追究等各個環(huán)節(jié)嚴格把關。對班組長進行培訓合格頒發(fā)上崗證，計價時班

組長在“質量承諾書”上對本班組施作工序進行簽字確認。實行班組長責任制，調動了施工一線作業(yè)人員主動性和積極性，真正實踐著質量全員管理的主題。

5.5 高度重視監(jiān)控量測工作

隧道施工引入了集現場數據采集、分析、處理、預警、遠程監(jiān)控于一體的監(jiān)測預警系統(tǒng)，統(tǒng)一安裝了監(jiān)控量測軟件，現場量測后通過監(jiān)控量測手機客戶端，利用藍牙連接全站儀采集和上傳數據至信息監(jiān)測平臺，通過對監(jiān)測數據及時分析，及時反饋現場指導施工。各級管理人員均可隨時接收、查看每個作業(yè)面的監(jiān)控量測數據，真正實現監(jiān)控量測指導施工的作用。監(jiān)測信息平臺具有以下優(yōu)點：

1)數據自動處理。操作簡單，數據自動檢驗，系統(tǒng)自動分析，自動預警預報，有效指導施工和動態(tài)變更設計。

2)數據存儲規(guī)范。數據可自動生成，實現海量存儲、實時查詢和源頭監(jiān)管。

6 施工效果

通過采取有效的施工措施，控制了砂層滑塌，有效控制了隧道沉降、收斂變形。在已施工初支段和地表進行水泥漿注漿加固后，初支變形穩(wěn)定、地表裂縫未進一步發(fā)展，安全通過超淺埋偏壓低含水率紅砂巖砂層地質段隧道施工。

7 結語

在白堊系砂巖(砂狀層)隧道施工中，采取密排小導管作超前支護、增加鎖腳錨管數量、拱腳處支墊高強墊塊、加設臨時仰拱、長段落施工仰拱等措施，能夠有效控制隧道沉降收斂和地表裂縫的產生和進一步發(fā)展；在拱腳處加設型鋼縱向連接增強了鋼架的整體受力性能；對初支表面及地表進行注漿加固，有效增強了周圍巖體的整體性。經實踐驗證，此方法在砂層地質中施工效果尤為良好，非常具有可實施性，既保證了施工的安全，也達到了預期的目標要求。

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Construction technology of red-sandstone section tunnel with super-shallow buried and unsymmetrical pressure and low moisture

Geng Qijun

(ChinaRailway17thBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030032,China)

Taking red-sandstone tunnel construction of Xuejiapan tunnel No.1 entrance as the background, in light of surrounding rock features and field geology conditions, starting from aspects of excavation digging, advanced support and grouting reinforcement, the thesis formulates feasible construction scheme. Practice proves that: the construction scheme effectively controls surrounding rock subsidence and shrinkage.

red-sandstone tunnel, soft surrounding rock, advanced support, grouting reinforcement

1009-6825(2016)16-0184-02

2016-03-24

耿啟軍(1983- )，男，工程師

U455

A