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        軟泥塑狀Ⅵ級圍巖淺埋隧道施工技術(shù)

        2013-04-19 03:06:10朱鍇
        關(guān)鍵詞:隧道施工加固技術(shù)管樁

        摘要:在滬昆客專雪峰山2號隧道進(jìn)口段施工中遇到淺埋偏壓現(xiàn)象,圍巖為軟泥塑狀Ⅵ級圍巖。采用地表管樁控制軟泥塑狀圍巖的溜塌;在淺埋隧道暗挖施工中經(jīng)方案比選,采用三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法,并在嚴(yán)密的洞內(nèi)外監(jiān)控量測工作指導(dǎo)下,順利通過了Ⅵ級圍巖淺埋偏壓里程段。

        關(guān)鍵詞:軟泥塑狀圍巖;淺埋;管樁;加固技術(shù);隧道施工

        中圖分類號:U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-2374(2013)05-0075-04

        大長隧道的淺埋暗挖掘進(jìn)施工,在我國有許多一線工程技術(shù)人員以及理論研究人員進(jìn)行了諸多實踐嘗試和理論探索:周書明針對軟流塑淤泥質(zhì)地層采取的臺階施工配合超前注漿加固技術(shù)在淺埋暗挖隧道中應(yīng)用;賈小輝通過再設(shè)計和綜合采用了多種注漿工藝的復(fù)合注漿工法;張國亮等闡述了雙層小導(dǎo)管技術(shù)的工藝原理并且在北京地鐵崇東區(qū)間隧道進(jìn)行了施工應(yīng)用;張云介紹了洞樁和中洞法以及CRD輔助工法等修建淺埋單拱大跨車站技術(shù)方案在北京地鐵崇文門車站的應(yīng)用;楊建民等結(jié)合鄭西客專閿鄉(xiāng)隧道科研試驗,對大斷面淺埋黃土隧道、斜交長距離下穿連霍高速的方案研究,雙層初期支護配合雙層大管棚超前支護、輔以雙側(cè)壁導(dǎo)洞的下穿方案;李日東基于北京地鐵10號勁松站,介紹了信息化施工監(jiān)測技術(shù)在淺埋暗挖地鐵施工過程中的設(shè)計與組織管理方法。由于目前隧道Ⅵ級圍巖地段沒有成套工法,比較同類隧道,根據(jù)我公司豐富的隧道施工經(jīng)驗和掌握的關(guān)鍵技術(shù),在滬昆客專雪峰山2號隧道暗挖施工中采用三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法,順利通過了Ⅵ級圍巖地段。

        1 工程概況

        我國“中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃”四縱四橫主骨架之一的滬昆客運專線,是我國鐵路網(wǎng)的重要組成部分,開通時速350km。雪峰山2號隧道是滬昆客專的高風(fēng)險和控制性工程之一,位于湖南省溆浦縣境內(nèi),隧道為雙線隧道,進(jìn)口里程為DK255+192,全長9153m,隧道線間距為5m,Ⅵ級圍巖開挖斷面為158m2。隧道東西向穿行于雪峰山脈、地形起伏較大,沖溝發(fā)育,隧道最大埋深772m,最小埋深僅11.8m,跨度設(shè)計約為14.4m(初支表面)。隧道進(jìn)口段為Ⅵ級圍巖,巖性為碳質(zhì)板巖,黑色極為松散,遇水呈現(xiàn)軟泥塑狀,地下水發(fā)育,自穩(wěn)能力極差。

        1.1 工程地質(zhì)特征

        滬昆客專雪峰山2號隧道進(jìn)口DK255+380~+460段隧道自沖溝下方淺埋通過,隧道埋深最淺處離溝心僅僅11.8m,沖溝內(nèi)常年流水,雨季有洪流,溝岸有溜塌現(xiàn)象,兩岸坍塌嚴(yán)重。該地段地質(zhì)情況為第四系全新統(tǒng)沖洪積層、上更新統(tǒng)坡殘積層;表層含有植物根莖;泥巖主要成分為黏土礦物,成巖作用差,強風(fēng)化層厚約6~20m。

        1.2 水文地質(zhì)特征

        隧道地段地下水主要由第四系孔隙潛水和基巖裂隙水構(gòu)成。隧道洞身區(qū)間巖體較為破碎,地下水不豐富,圍巖為強富水區(qū),隧道正常涌水量Q=43535m3/d。

        2 淺埋偏壓Ⅵ級圍巖段施工技術(shù)

        2.1 設(shè)計參數(shù)

        根據(jù)設(shè)計方案,隧道Ⅵ級圍巖設(shè)計參數(shù)為:采用Ф89管棚中加雙層Ф42超前小導(dǎo)管的超前支護。拱部150°范圍布設(shè)管棚,環(huán)向間距均為0.4m,超前小導(dǎo)管邊墻外插角為40°,拱頂外插角10°;初支采用H175型鋼全環(huán)設(shè)置,間距為0.6m,采用Ф22縱向筋連接,環(huán)向間距1.0m;鋼架外側(cè)設(shè)置Ф10鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格20×20cm;噴混采用C30,拱墻厚30cm,仰拱厚27cm;二次襯砌采用厚度為55cm的C35鋼筋混凝土,仰拱厚為60cm,仰拱填充層為C20混凝土。Ⅵ級圍巖復(fù)合式襯砌支護設(shè)計參數(shù)如圖1所示:

        2.2 開挖支護方案選擇

        2.2.1 設(shè)計開挖支護方法。設(shè)計洞身采用CRD法掘進(jìn),設(shè)置超前Ф89管棚,加全環(huán)設(shè)置超前小導(dǎo)管并注單液漿。

        2.2.2 方案優(yōu)化。滬昆高鐵雪峰山2號隧道Ⅵ級圍巖長120m,其中淺埋段60m,最小埋深不足12m。暗挖法中CRD法體系轉(zhuǎn)換時安全隱患大,并且要求初期支護混凝土達(dá)到設(shè)計強度的70%后才允許開挖相鄰部位。而三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法較三臺階臨時仰拱法而言,能夠快速施工、快速封閉,可有效遏制隧道變形、拱頂下沉,且工藝要求簡單,易于操作,循環(huán)時間短,成本低。所以,結(jié)合雪峰山2號隧道進(jìn)口實際圍巖特點,決定采取三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法進(jìn)行

        施工。

        2.2.3 施工方法。三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法如圖2所示。首先對掌子面前方圍巖進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報,掌握前方地質(zhì)與水文的情況,做到超前策劃、超前預(yù)報。施工時按照設(shè)計要求先設(shè)置全環(huán)超前小導(dǎo)管,超前小導(dǎo)管拱部外插角為10°,兩側(cè)邊墻外插角為40°,通過超前支護控制軟塑狀圍巖流塌;然后進(jìn)行上導(dǎo)坑開挖,人工開挖,機械配合;待掌子面距中臺階約5m時,進(jìn)行中導(dǎo)的開挖及支護,同時施作臨時仰拱。開挖時,由于圍巖呈軟泥塑狀,封閉成環(huán)時間長,采用大拱腳法擴大拱架底部的開挖,適當(dāng)加大50cm左右,噴射混凝土回填,增大拱腳受力面積,減小圍巖變形。施工時安裝長5~6mФ42鎖腳小導(dǎo)管代替原設(shè)計的4m長鎖腳錨桿,并與鋼架焊接牢固,加大對拱架的“鎖固”作用。下導(dǎo)坑與中臺階之間滿足5m的距離時開始進(jìn)行下導(dǎo)坑的開挖與支護,每次開挖2m。最后進(jìn)行仰拱襯砌施工,施工中嚴(yán)格控制安全步距:仰拱安全步距為13m,襯砌安全步距為33m。

        2.3 地表管樁加固防止軟泥塑狀圍巖的溜塌

        在進(jìn)行軟泥塑狀圍巖段隧道施工時,綜合考慮圍巖情況、淺埋程度,為避免Ⅵ級開挖擾動引起坍塌,發(fā)生危險,保證安全掘進(jìn),首先在洞身上部地表打設(shè)管樁,分區(qū)域分步驟加固軟泥塑狀圍巖,詳情如圖3所示:

        據(jù)雪峰山2號隧道地表實際地形地質(zhì)情況(DK255+422~+462)軟泥塑狀圍巖范圍大、圍巖自穩(wěn)能力較差,所以選擇該段溝底兩側(cè)各20m施作管樁。在隧道兩側(cè)開挖線外側(cè)30cm范圍內(nèi)施作3排Ф108管樁,并注漿加固,兩側(cè)的3排管樁間距50×50cm,呈梅花型布設(shè);開挖邊線內(nèi)每5m布設(shè)1排管樁,管樁橫向間距50cm;管樁打入隧底2m以下。Ф108管樁管壁散漿孔每一斷面3個,梅花形布置,間距100cm,漿液為1∶1的水泥漿,注漿終壓為2.5MPa。

        3 監(jiān)控量測

        根據(jù)新建的雪峰山2號隧道斷面大、地形地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖河谷淺埋段等特點,依據(jù)隧道的初支參數(shù)、開挖工法,精心設(shè)計制定監(jiān)測方案,擬定的監(jiān)控量測項目有洞內(nèi)拱頂下沉、凈空收斂量測、洞外地表沉降觀測等。

        根據(jù)既有類似隧道施工經(jīng)驗,在淺埋、偏壓地段圍巖可能出現(xiàn)一側(cè)變形大、另一側(cè)較小現(xiàn)象,為了監(jiān)測準(zhǔn)確,使數(shù)據(jù)清晰便于處理分析,采用全站儀進(jìn)行全部監(jiān)控量測項目,對變形觀測點進(jìn)行編號,以便觀測記錄,每個測點獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后再綜合考慮多個量測項目進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖4和圖5為雪峰山2號隧道軟弱圍巖段施工中洞內(nèi)拱頂沉降、洞內(nèi)圍巖水平收斂的變化曲線。依據(jù)最新高鐵隧道驗收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,隧道拱頂沉降已經(jīng)超出允許范圍,但是由于采取措施得當(dāng),支護合理,變形趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由圖4和圖5可見,本隧道采取三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法施工,隧道拱頂沉降和水平收斂都得到了較好的控制。

        4 結(jié)語

        在雪峰山2號隧道淺埋段的施工中采用三臺階預(yù)留核心土輔以部分臨時仰拱法的工法,最后順利完成了掘進(jìn)和支護任務(wù)。實際施工中,中臺階采用大拱腳法,采用加長加厚小導(dǎo)管代替原設(shè)計的鎖腳錨桿;通過施作管樁分區(qū)分步驟地表大范圍注漿等一系列措施限制隧道軟巖的變形,并及時跟進(jìn)仰拱和襯砌,使仰拱步距為13m、襯砌步距為33m,符合相關(guān)規(guī)范和要求。保證隧道結(jié)構(gòu)及時封閉,有效控制軟泥塑狀Ⅵ級圍巖的變形,保質(zhì)保量順利通過淺埋軟弱圍巖地段,積累大跨軟巖隧道施工以及泥塑狀軟巖變形預(yù)控的實踐經(jīng)驗。

        參考文獻(xiàn)

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        [6] 李日東.淺埋暗挖地鐵車站施工檢測技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2006,(7):64-66.

        [7] 中華人民共和國鐵道部.高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M].北京:中國鐵道出版社,2010.

        作者簡介:朱鍇(1976-),男,湖南長沙人,中鐵十二局集團第二工程有限公司工程師,研究方向:長大難險隧道施工管理和技術(shù)攻關(guān)。

        (責(zé)任編輯:周 瓊)

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