顏春嶺隧道火山灰巖地質隧底加固方案研究

方仁應

摘 要：顏春嶺隧道位于海南省省海口市老城鎮，隧道大部分埋深在30m之內，最大埋深35m，屬于淺埋隧道，上覆土層及基巖全風化層（W4）具有弱膨脹性，差異風化明顯，柱狀節理發育.顏春嶺隧道火山灰巖的獨特地質情況，比選了微型樁與鋼管樁基地加固方案在進度、施工等各方面的優劣，最終確定了鋼管樁隧底加固的方案。

關鍵詞：火山灰巖；隧底；加固；方案

中圖分類號：U457.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0061-03

1 工程概況

顏春嶺隧道位于海南省省海口市老城鎮，進口處為潭池三隊農場，緊鄰預建老城火車站，出口為瑞今畜產品在建工業園。隧道大部分埋深在30m之內，最大埋深35m，屬于淺埋隧道，上覆土層及基巖全風化層（W4）具有弱膨脹性，差異風化明顯，柱狀節理發育。進口分界里程為D2K14+640，出口分界里程為D2K17+500，全長2860m，其中明洞段長420m，暗洞2440m基本全部為V級圍巖，合同工期2013年10月至2015年2月，工期緊任務重安全風險大。

隧道進口洞身D2K14+960～D2K15+040、D2K16+053～D2K16+076段設計基底為全風化W4玄武巖，具有弱膨脹性，采用Φ500微型樁加固基底，微型樁樁長5.5m～8.5m不等，樁間距1.5m×1.5m（邊墻底范圍加密至1.2m），交錯布置，加固深度至弱風化層W3內0.5m。洞內微型樁根據實際情況必須采用水下混凝土灌注工藝，共714根，4821m。如果采用旋挖鉆機施工根據明洞段施工情況平均每天6根，則洞內微型樁施工需4個月時間，工期太長。

2 圍巖情況

顏春嶺隧道的獨特地質情況，該段基底仰拱以下部位大部分為W4全風化巖，實際開挖揭露的W4全風化巖中經常有球狀大孤石。如下圖1所示。

3 方案變更說明

顏春嶺隧道洞內最高凈空為9.87m，邊墻凈高7.33m，洞內微型樁施工目前國內只有以下三種鉆孔機械可供選擇，如果采用旋挖鉆機成孔，旋挖鉆機鉆桿總高度為15m，實際洞內空間根本滿足不了旋挖鉆機作業；如果采用正反循環鉆機成孔，正反循環鉆機的作業高度為9.54m，理論上只能勉強施工隧道中心線左右兩側各2m范圍內的微型樁；若采用沖擊鉆沖孔，鉆機作業高度為8.35m理論上只能施工中心線兩側各3.8m范圍內的微型樁，何況沖擊鉆對洞內擾動極大會破壞初支穩定，稍有不慎還會帶來塌方冒頂，且樁基施泥漿浸泡地基和污染洞內環境。總之，隧道邊墻弧形部位2.4m空間都滿足不了旋挖鉆、正反循環鉆、沖擊鉆作業。而鋼管樁采用干式成孔、對周邊影響少，并可以在小面積場地上進行非常密集的施工，鋼管樁的施工機具采用地質鉆機，地質鉆機的作業高度僅為3m，洞內空間完全滿足地質鉆機作業。

從顏春嶺隧道的獨特地質情況分析，該段基底仰拱以下部位大部分為W4全風化巖，但實際開挖揭露的W4全風化巖中經常有球狀大孤石存在，旋挖鉆機和正反循環鉆機對全土層及強風化巖層很適用，但若碰到孤石根本無法鉆進還會斷桿。而沖擊鉆雖然能適應軟硬地層及孤石，但若碰到孤石沖擊擾動極大對軟弱地層中的隧道初支有致命的破壞，而地質鉆機可以適合任何地層不受限制。如下圖2～圖4所示。

4 變更方案

根據設備的比選結合目前國內現狀，在滬昆高鐵云南段、貴廣高鐵貴陽樞紐等隧道施工中，軟弱隧道基底加固均采用鋼管樁進行基底加固處理，進度及質量均可得到極大保證，為此建議將顏春嶺隧道D2K14+960～D2K15+040、D2K16+053～D2K16+076段原設計基底加固的Φ500微型樁變更為Φ207鋼管樁進行基底加固，鋼管樁采用鍍鋅鋼管，壁厚6.5mm，邊墻部位樁間距0.5m（橫）×0.6m（縱）（梅花形布置），其他部位樁間距0.8m（橫）×0.8m（縱）（梅花形布置）.鋼管樁嵌入基巖深度不小于1.1m，嵌入初期支護仰拱砼內不小于10cm，每橫斷面不少于16根；鋼管樁孔身四周開泄漿孔，孔徑10～16mm，孔縱向間距15～20cm，呈梅花形布置，尾部留不小于100cm不鉆孔的止漿段；采用水泥砂漿注漿加固，建議水灰比0.4～0.8，建議注漿壓力1.0～1.5Mpa。為提高鋼管樁的承載能力，在鋼管內增設鋼筋籠，鋼筋籠由四根Ф16主筋構成。鋼管樁應與二次襯砌仰拱及邊墻有良好接觸，初期支護噴混凝土前，預埋Φ250PVC管對鋼管樁進行定位。鋼管樁仰拱一次施作縱向長度不大于3m，以減少仰拱初期支護暴露時間和仰拱施作滯后時間。如圖5所示。

5 鋼管樁施工方案

5.1 鋼管樁施工工藝

（1）Ф207鋼管樁施工工序：（a）鉆機成孔；（b）放入Φ207鋼管；（c）放入鋼筋籠；（d）壓注M30水泥砂漿。

（2）工藝參數：鋼管樁嵌入基巖不小于1.1m。（如現場基巖面與設計不相符，應及時通知建設、設計及監理單位四方進行現場核對，調整加固深度，保證嵌入基巖深度不小于1.1m。）采用間距0.5m（橫）×0.6m（縱）梅花形布置，垂直鉆孔。

（3）施工工藝：

①測量放樣：使用全站儀精確放樣設計孔位，用水準儀測量地面高程，確定鉆孔深度并在仰拱初期支護施作完成前預埋長0.5mФ100PVC管對鋼管樁進行定位。

②鉆孔：鉆孔深度符合設計要求。鉆進過程中做好記錄，為注漿作業提供參考數據；鉆孔與注漿孔間距應大于6m，鉆孔時控制好造孔的垂直度。

③下管：根據引孔深度逐節安裝注漿鋼管，鋼管采用鋼管絲扣接長，直至下到孔底，鋼管上口露出仰拱地面20cm。

④清孔：用高壓風對孔內進行清理，減少孔內沉渣和泥漿。

⑤注漿鋼管加工：注漿鋼管周邊設置泄漿孔，鋼管樁泄漿孔按15mm的梅花形布設注漿孔。如圖6所示。endprint

⑥封口：在孔口周圍的采用速凝水泥砂漿封堵，以防止注漿過程中冒漿現象的發生。

⑦注漿：先外側后內側，先兩側后中間，先單號后雙號間隔跳注的順序進行注漿。注漿應自下而上逐節并連續的灌注漿液。

5.2 施工要點控制

①對現場填土的物理力學性能進行試驗，掌握了現場加固體的孔隙率和含水率。注漿工藝和注漿參數根據現場實測數據和現場注漿結果作相應的動態調整，注漿過程中，切實加強施工監督管理，嚴格按照施工規范和設計要求進行。

②鉆孔施工：仰拱初期支護施作時，嚴格按照施工布置圖，預埋好孔位。鉆機定位要準確，開鉆前的鉆頭點位與布孔點進行核對，鉆桿垂直度應符合設計及驗標要求。

③漿液配制：現場采用準確的計量工具（量筒），嚴格按照配合比施工。水灰比要根據現場試驗及進展情況，經建設、設計、監理等單位核對后進行動態調整。

④注漿：注漿嚴格按程序施工，注漿采用進漿量、注漿壓力雙控。注漿由專人操作，當壓力突然上升或從孔壁溢漿，立即停止注漿，每段注漿量嚴格按設計要求進行，溢漿時，采取措施確保注漿量滿足設計要求。

⑤注漿完成后，將注漿孔及時封填密實，保證不溢漿。

⑥注漿過程中做好安全防護措施，尤其是注漿難度較大的注漿孔注漿作業，嚴防爆管傷人。

⑦中途停止注漿時，應清洗注漿管，以便多次重復灌注漿液。

（4）鋼管樁施作后（含注漿）進行注漿效果檢查和評定，不合格者應補注，施工完后按以下方法檢測：

①物探檢測，采用低應變法檢測樁長及成樁效果。

②設檢查孔，在該注漿段每15m設一檢查孔，檢查孔應取巖芯，觀察注漿充填情況，并檢查承載力不小于0.2MPa。

6 監控量測

根據地質條件、周邊環境、隧道埋深、斷面尺寸、開挖方法和設計要求加強此段監控量測，以確認地基處理加固的效果。選定監控量測項目包括：洞、內外觀察；洞內拱頂下稱、拱腳下沉；凈空（收斂）變化；地表沉降、水平位移、差異沉降。測點設置牢固可靠、易于識別，并注意保護，嚴防損壞。將監控量測納入工序管理，在現場成立監控量測小組，編制監控量測方案和實施細則，及時量測、分析和反饋結論及建議。

7 進度分析

若采用Ф207鋼管樁加固，采用4臺潛孔地質鉆機同時施工，單機每天可成孔10根，4臺鉆機每天最少可成孔40根，折合仰拱進度每天可完成3米，每月至少可完成仰拱不少于80米，遠遠滿足開挖每月45米的進度要求，在滿足機械設備施工的同時進度也有保證。endprint