鉆爆隧洞初期支護后變形處理措施

劉傳信

（新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆某工程支洞采用鉆爆法施工，隧洞全長2 047.247 m，斷面凈尺寸8.5 m×6.8 m（寬×高），綜合坡度為11.84%，均為城門洞型。洞身段巖性多為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，圍巖類別主要為Ⅳ、Ⅴ類圍巖。

2 變形段地質(zhì)條件及處理方案

發(fā)生大變形洞段位于樁號K0+800～K0+941段。該段巖性多為泥質(zhì)粉砂巖，有少量裂隙滲水。泥質(zhì)粉砂巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，多呈薄層狀，節(jié)理面多具有擦痕及泥質(zhì)光亮面，相互間結合力較差，局部有小型斷裂分布，巖體破碎，易掉塊造成局部有垮塌現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差，圍巖類別為Ⅴ類。初期支護為16工字鋼（每榀8根鎖腳錨桿，L=3.0 m）、3.0 m砂漿錨桿（間排距1.5 m），ΦC20 聯(lián)系筋（間距1.0 m），掛網(wǎng)鋼筋（A8@200 mm×200 mm）。

針對此段進行現(xiàn)場收斂變形觀測，據(jù)觀測數(shù)據(jù)分析，變形速率最大值為25.28 mm/d，變化速率平均值為10.89 mm/d；累計收斂平均值為204.61 mm，累積收斂最大值為690 mm。發(fā)生急劇變形后，參建各方召開專題研討會，確定處理方案：為確保工程的施工安全和TBM 大件運輸，樁號K0+800～K0+930段隧洞在保證凈斷面尺寸的前提下，鑿除一次支護后，置換擴挖、支護，并進行鋼筋混凝土襯砌。

3 變形段置換擴挖、支護施工方法

3.1 底板水平支撐施工

（1）水平及豎向工字鋼支撐施工。在實施底板水平工字鋼支撐前，為了確保置換過程安全，將每榀施工完成的工字鋼采用16 工字鋼在起拱部位焊接水平工字鋼支撐，同時豎向安裝2 根工字鋼與水平工字鋼連接加固成整體（見圖1）。過程中變形較大部位也可以采用水平和豎向工字鋼支撐，確保安全。同時，根據(jù)現(xiàn)場實際變形情況，在變形嚴重部位增加隨機砂漿錨桿（L=4.5 m）進行加固處理。

圖1 水平和豎向工字鋼支撐

（2）測量放線。由測量人員采用全站儀，測放底板高程，并標記出要下挖的尺寸，并用鋼筋樁做好標記，開挖過程中及時進行校核檢查。

（3）工字鋼安裝。首先底板高程由測量人員檢查符合要求后，再安裝水平工字鋼，為將水平工字鋼連接固定，其間需布置3～5 道縱向工字鋼相連。由于側墻需要置換擴挖，擴挖完成后，一次支護工字鋼安裝到位，及時將水平工字鋼與一次支護工字鋼立柱之間補焊工字鋼，確保水平工字鋼頂緊側墻工字鋼立柱。

（4）澆筑混凝土。混凝土按照設計配合比進行拌制后，由運輸罐車運至工作面，現(xiàn)場采取人工提桶法進行澆筑，每倉澆筑必須進行人工平倉及振搗，最后用抹子對其進行收面。

3.2 置換擴挖施工方法

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采取先易后難的方法，將樁號K0+800～K0+930 段分為三區(qū)（見圖2）進行置換開挖，先進行Ⅰ區(qū)（主要是變形較小、相對較穩(wěn)定段），再進行Ⅱ區(qū)（主要是Ⅰ區(qū)施工完成中間段），最后進行Ⅲ區(qū)（主要是發(fā)生塌方、變形嚴重段）施工[1]。

圖2 開挖分區(qū)示意圖

對擴挖段進行測量放樣，在分序擴挖段內(nèi)分段跳榀進行擴挖（見圖3），擴挖順序為①②③④⑤⑥。變形嚴重段，采取“隔二挖一”，完成后再將中間二榀分別進行拆除擴挖的方法。變形特別嚴重地段及目前不穩(wěn)定地段，采取“割除工字鋼拱架中間聯(lián)系筋→風鎬（人工）撬挖原拱架中間部分→支撐新工字鋼拱架→鎖腳及系統(tǒng)錨桿→拆除原拱架→施工連接筋→噴砼施工”的順序施工，確保施工安全。

圖3 擴挖順序

3.3 支護施工

3.3.1 素噴

為確保后續(xù)鋼拱架安裝安全，在置換開挖后，立即采用C25砼對其進行素噴，厚度控制在5～8 cm。

3.3.2 拱架施工

在設計砼襯砌斷面以外安裝工字鋼拱架，其位置在原拱架中間，現(xiàn)場采用16工字鋼拱架拼接成型進行支護。

3.3.3 安裝鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)采用A8@200 mm×200 mm。

3.3.4 砂漿錨桿施工

注漿后插錨桿施工流程見圖4。

圖4 插錨桿施工流程

3.3.5 固結灌漿

為確保現(xiàn)場施工安全，對現(xiàn)場嚴重變形段及塌方洞段進行固結灌漿加固處理措施。

（1）插管制作。小導管采用Φ42無縫鋼管，長度4.5 m。先在綜合加工廠按照尺寸進行切割下料，然后在管壁上按梅花型布設泄?jié){孔，孔徑6～8 mm，間距30～50 cm；插管端部加工成尖頭，以便鉆孔后插入。

（2）鉆孔。根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行孔位布置。然后采用YT-28氣腿式風鉆進行鉆孔，孔徑50 mm，孔深4.5 m。鉆孔完成后，采用高壓風槍吹孔，將孔中積渣吹出，保證孔內(nèi)干凈。

（3）插管。鉆孔及清孔完成后，將插管插入孔內(nèi)，并采用砂漿將小導管與孔壁空隙封堵，然后在小導管尾部焊接閘閥連接，將注漿管通過變徑管連接牢固。

（4）注漿。①根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》（SL 62-2014），采用純壓式灌漿，采用全孔一次灌漿法；②灌漿壓力取0.5～0.8 MPa，應嚴格控制灌漿壓力，防止灌漿壓力過大造成圍巖開裂或抬動；③固結灌漿的漿液水灰比為1.5∶1～0.5∶1，主要采用（1.5∶1、1.2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1）5級，開灌采用水灰比1.5∶1；④灌漿的水泥漿采用JS750拌合機按照配合比拌制，采用10 m3罐車運至現(xiàn)場或者采用0.3 m3砂漿攪拌機現(xiàn)場拌制，采用BW-150 型泥漿泵灌漿；⑤灌漿結束標準，當灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，可結束灌漿，并將孔口封堵，以免漿液流出。

3.3.6 噴混凝土施工

噴射混凝土施工流程見圖5。

圖5 噴砼施工流程

4 襯砌混凝土施工方法

4.1 施工分塊

現(xiàn)場混凝土采取分段施工，一般情況按6 m 分段法，特殊部位可調(diào)至2～3 m 一段，其底板與邊頂拱分段需一致。施工順序按照三序進行施工，整體順序從大樁號向小樁號依次施工，先進行Ⅰ序施工，再進行Ⅱ序施工，最后進行Ⅲ序施工。先一次澆筑邊頂拱，再進行底板澆筑。施工順序示意圖見圖6。

圖6 施工順序示意圖

4.2 模板規(guī)劃

⑴邊頂拱混凝土。頂拱與側墻需一次澆筑成型，現(xiàn)場采用一套鋼筋臺車及一套邊頂拱移動臺車（長均為6 m）進行澆筑及安裝鋼筋。在邊頂拱移動式臺車上安裝間排距1.5 m 附著式震動器，用來保證砼的澆筑質(zhì)量。

⑵底板混凝土。現(xiàn)場采用30 cm×150 cm 及60 cm×150 cm 進行底板混凝土模板拼裝，拼裝后需對模板采用加固措施。底板以上60 cm為側墻澆筑高度，后續(xù)需與側模搭接10 cm。為保證洞內(nèi)交通正常，在澆筑底板混凝土時，現(xiàn)場制作棧橋2 個，棧橋采用I30工字鋼焊接。

按上述方案對變形段做加強處理后，進行收斂變形觀測，該段變形速率降到0.01 mm/d，變形已經(jīng)得到有效遏制。

5 結語

本文采用鑿除一次支護后，置換擴挖、支護，并進行鋼筋混凝土襯砌方案，對新疆某工程支洞樁號K0+800～K0+930 變形段進行加強處理后，進行收斂變形觀測，該段變形速率降到0.01 mm/d，變形已經(jīng)得到有效遏制。表明處理措施得當，為洞內(nèi)安全施工提供了保障。