蘇立華

(中鐵三局 廣珠鐵路四標(biāo)段指揮部，廣東 江門 529020)

隨著我國(guó)建設(shè)的迅速發(fā)展，隧道往往需要通過(guò)各種地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)。在富水、淺埋、軟弱圍巖等條件下進(jìn)行隧道施工，必須對(duì)圍巖預(yù)加固以確保施工安全[1]。隧道地層預(yù)加固的方法較多，一般有錨管、小導(dǎo)管注漿、地表注漿、管棚、水平旋噴、機(jī)械預(yù)切槽、預(yù)襯砌等手段。各種方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，但是總體上講前三種手段應(yīng)用較多。比如超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固支護(hù)技術(shù)，在夾活巖特長(zhǎng)隧道工程得到成功應(yīng)用[2-3]。另外管棚預(yù)加固應(yīng)用也不少[4-5]，水平旋噴預(yù)加固應(yīng)用相對(duì)較少，但是隨著在富水、軟弱等復(fù)雜地層條件下修建的隧道越來(lái)越多，水平旋噴預(yù)加固方法應(yīng)用也逐漸增多。比如白聚敏，路德富，彭少杰，李顯峰等結(jié)合具體的工程實(shí)例，針對(duì)各工程的特殊性，提出水平旋噴加固手段，并成功應(yīng)用[6-9]。機(jī)械預(yù)切槽及預(yù)襯砌方法在我國(guó)應(yīng)用很少。

江門隧道是廣珠鐵路六大控制性工程之一，本文在該隧道下穿玉龍湖泄洪道段水平旋噴預(yù)加固方法成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)富水淺埋不均勻地層大斷面隧道快速施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，可供類似工程參考。

1 工程概況

江門隧道DK111+115—DK111+210段下穿玉龍湖泄洪道，如平面圖1所示。隧道洞身淺埋，上部為全風(fēng)化花崗巖，下部基巖為花崗巖，地表水發(fā)育，設(shè)計(jì)為Ⅵ級(jí)圍巖。從上往下地層依次為:①素填土，成份由黏性土及細(xì)砂組成;②全風(fēng)化花崗巖，粗粒結(jié)構(gòu)，呈堅(jiān)硬砂土狀，巖質(zhì)軟，手可捏碎，泡水易崩解;③強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，褐灰色，手可掰斷;④弱風(fēng)化花崗巖，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育。隧道在該段主要穿越全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，隧道縱向剖面見(jiàn)圖2。

圖1 江門隧道下穿泄洪道平面示意

圖2 江門隧道下穿泄洪道縱向剖面

隧道下穿玉龍湖泄洪道VI級(jí)圍巖段開(kāi)挖輪廓高約11.7 m，寬約12 m，原設(shè)計(jì)在管棚 +全斷面注漿前提下采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖。拱墻和仰拱均設(shè)置27 cm厚C25噴射混凝土，兩側(cè)邊墻設(shè)置3.5 m長(zhǎng)φ22 mm系統(tǒng)錨桿，間距100 cm×100 cm;拱墻設(shè)置φ8 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距15 cm×15 cm;全環(huán)設(shè)置I22工字鋼，0.5 m/榀。二次襯砌拱墻和仰拱均采用C35鋼筋混凝土，其中拱墻50 cm厚，仰拱60 cm厚，隧道斷面如圖 3 所示[10]。

圖3 Ⅵ級(jí)圍巖斷面支護(hù)示意(單位:cm)

2 地層預(yù)加固

針對(duì)隧道下穿泄洪道段上述特點(diǎn)，施工易引起塌方，風(fēng)險(xiǎn)極大，因此必須對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固，預(yù)加固從地表和洞內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。

2.1 地表措施

為確保隧道施工安全，在地表泄洪道內(nèi)，隧道中線兩側(cè)各25 m(即全長(zhǎng)50 m)范圍內(nèi)架設(shè)φ50 mm鋼管，橫縱間距5 m，交織成網(wǎng)狀。交叉處用鐵絲綁扎，鋼管間搭接50 cm采用綁扎形式。在鋼管網(wǎng)上鋪設(shè)防水板，泄洪道側(cè)壁內(nèi)防水板高度超出歷史水位1 m，確保施工過(guò)程中，水源順暢通過(guò)隧道頂部，水不會(huì)大量滲透進(jìn)入隧道而造成透水事故。隧道萬(wàn)一塌方，該措施可提供有利的應(yīng)急條件。

2.2 洞內(nèi)措施

2.2.1 預(yù)加固方案選擇

江門隧道DK111+115—DK111+210段同時(shí)存在富水、淺埋、軟弱不均地層、大斷面等不利于隧道圍巖穩(wěn)定的特征。因此，在該段進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)和施工難度很大。由于隧道上方玉龍湖泄洪通道的水源補(bǔ)給充足，無(wú)法采取降水措施，因此地層預(yù)加固中必須選擇堵水效果良好的方案才能保證隧道安全快速施工。

花崗巖全風(fēng)化層為本地區(qū)地下含水層，開(kāi)挖遇水崩解呈泥狀。且隧道埋深超淺，采用傳統(tǒng)礦山法的超前小導(dǎo)管或大管棚注入的漿液難以均勻擴(kuò)散。若加大注漿壓力或采用劈裂注漿，漿液常呈片狀、脈狀擴(kuò)散，在隧道施工期內(nèi)難以將圍巖固結(jié)成整體形成封閉的止水帷幕。在防止隧道坍塌方面，都很難達(dá)到預(yù)期效果。同時(shí)大管棚施工因飽和水影響，注漿達(dá)不到理想效果，管棚間不能咬合。因此，選擇水平旋噴作為地層預(yù)加固方案。

2.2.2 預(yù)加固方案的實(shí)施

自起拱線起輪廓線外施作一圈水平旋噴樁。周邊旋噴加固體的直徑為500 mm，孔深30 m，環(huán)向間距0.35 m，外插角6°～8°，相鄰加固體咬合厚度＞10 cm。同時(shí)為克服水平旋噴抗剪強(qiáng)度不高的缺點(diǎn)，采用旋噴+管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)，如圖4所示。施工中共施作旋噴樁62根，旋噴注漿壓力35～40 MPa。管棚打設(shè)共8根，長(zhǎng)25 m，管徑 φ108 mm，管棚注漿壓力約5 MPa。

圖4 水平旋噴加固設(shè)計(jì)

在如此淺覆地層中進(jìn)行水平旋噴預(yù)加固，存在較大的施工難度，特別是外插角控制精度要求很高。要確保施工質(zhì)量，必須選擇專業(yè)合格的施工隊(duì)伍。該段隧道上部全風(fēng)化花崗巖為粗粒結(jié)構(gòu)，呈堅(jiān)硬砂土狀，旋噴預(yù)加固后，樁體強(qiáng)度很高，止水效果也很好。

3 現(xiàn)場(chǎng)措施及效果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)措施

對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固之后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，地層得到有效加固，止水效果良好。采用臺(tái)階法進(jìn)行快速施工，開(kāi)挖步驟如圖4所示。首先開(kāi)挖上臺(tái)階①部，預(yù)留核心土，施作上臺(tái)階初期支護(hù);依次開(kāi)挖中臺(tái)②、③部并支護(hù);開(kāi)挖④部后錯(cuò)臺(tái)開(kāi)挖⑤、⑥部并支護(hù);開(kāi)挖⑦部，鋪設(shè)墊層使初期支護(hù)成環(huán)，及時(shí)回填仰拱。

為保證隧道施工質(zhì)量和安全，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，采用臺(tái)階法開(kāi)挖的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制與管理:

1)實(shí)行短循環(huán)進(jìn)尺，上臺(tái)階軟巖每次控制在0.5 m，加強(qiáng)上臺(tái)階鎖腳錨管，嚴(yán)格控制錨管施工質(zhì)量，保證鎖腳錨桿打設(shè)深度及角度。

2)為保持旋噴樁止水效果，減少對(duì)預(yù)加固地層及圍巖不必要的擾動(dòng)，取消超前小導(dǎo)管。且施工中嚴(yán)格控制超挖量。

3)下部硬巖爆破時(shí)合理布置爆孔位置，控制裝藥量以減少對(duì)已施作支護(hù)及圍巖的擾動(dòng)，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

4)及時(shí)施作支護(hù)并保證其施工質(zhì)量，在設(shè)計(jì)支護(hù)剛度的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制初支鋼拱架間距及噴射混凝土質(zhì)量;縮短支護(hù)成環(huán)周期，保證初期支護(hù)及時(shí)成環(huán)。

5)妥善處理地下水，在有效堵水的前提下，對(duì)所剩少量滲水進(jìn)行合理有效的排放。合理設(shè)置抽水機(jī)的臺(tái)數(shù)及密度，并對(duì)其及時(shí)維護(hù)，確保其高效工作，避免工作面積水過(guò)多影響施工。

6)用電設(shè)備及作業(yè)機(jī)械，首先注意用電安全，其次加強(qiáng)設(shè)備的檢查及維護(hù)，以免出現(xiàn)故障影響施工。

7)加強(qiáng)監(jiān)控，根據(jù)規(guī)范要求對(duì)隧道沉降收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)。增設(shè)監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)，加大監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)地表及建筑物進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)。針對(duì)該地段特殊情況，加強(qiáng)掌子面穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。

8)加強(qiáng)施工管理，對(duì)工人進(jìn)行崗前培訓(xùn)，加強(qiáng)其安全意識(shí)，減小人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)各工序的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正問(wèn)題;合理配制機(jī)械裝備，做到經(jīng)濟(jì)有效;合理高效安排各工序的銜接，避免資源浪費(fèi);制定合理有效的應(yīng)急議案，一旦風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生，可立即采取應(yīng)急措施，將損失減到最小。

3.2 效果分析

現(xiàn)場(chǎng)采用水平旋噴+管棚注漿進(jìn)行預(yù)加固，并結(jié)合三臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖，沒(méi)有出現(xiàn)任何事故，確保了施工安全。水平旋噴樁大大提高了圍巖穩(wěn)定性，避免了全風(fēng)化花崗巖遇水崩解引起滑塌的危險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察止水效果較好，洞內(nèi)滲水較小，初支施作后僅局部出現(xiàn)滲水，且水量很少。在有效預(yù)加固的基礎(chǔ)上，得以采用三臺(tái)階法開(kāi)挖，從而加快了施工進(jìn)度。在如此復(fù)雜的條件下，開(kāi)挖進(jìn)度達(dá)0.6 m/d。隧道于2011年2月順利通過(guò)泄洪道地段。

綜上可知，該工程中正確選擇預(yù)加固方案，并有效實(shí)施，對(duì)地層進(jìn)行了有效加固，達(dá)到了止水目的。結(jié)合江門隧道下穿泄洪道段的富水、超淺埋、地層不均、斷面大等特點(diǎn)，總結(jié)現(xiàn)有的技術(shù)措施，采用臺(tái)階法開(kāi)挖，加快了施工進(jìn)度，最終實(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)、高效的目標(biāo)，是水平旋噴預(yù)加固技術(shù)在富水淺覆不均勻地層大斷面隧道的成功應(yīng)用。

4 結(jié)論

在江門隧道下穿玉龍湖泄洪道段成功實(shí)例的基礎(chǔ)上，可得出以下結(jié)論:

1)為保證富水、淺覆、不均勻地層大斷面隧道安全、快速施工，必須采取有效的預(yù)加固措施。水平旋噴具備改良和加固土層、止水，有利于控制地層沉降，減小對(duì)地層擾動(dòng)等效果，是該條件下保證隧道安全快速施工的最優(yōu)預(yù)加固方案。

2)采用臺(tái)階法施工時(shí)，應(yīng)該采取控制上臺(tái)階一次開(kāi)挖進(jìn)尺(控制在0.5 m)、加強(qiáng)鎖腳錨管、嚴(yán)禁超挖、減少對(duì)圍巖不必要的擾動(dòng)、初支快速成環(huán)、二次襯砌緊跟掌子面等措施，確保施工安全及質(zhì)量。

3)在對(duì)地層進(jìn)行有效預(yù)加固前提下采用臺(tái)階法施工，加快了施工進(jìn)度，可供類似工程借鑒。

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