趙 廣 平

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，廣西 南寧 530003)

全風(fēng)化富水花崗巖隧道暗挖進(jìn)洞施工技術(shù)

趙 廣 平

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，廣西 南寧 530003)

以向莆鐵路夏茂隧道暗挖進(jìn)洞施工為例，對(duì)施工中所采用的大管棚超前支護(hù)、洞內(nèi)圍巖水預(yù)處理、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖、監(jiān)控量測(cè)等施工技術(shù)進(jìn)行了分析，以期為類似工程的施工提供參考借鑒。

隧道，暗挖進(jìn)洞，花崗巖，施工技術(shù)

0 引言

隧道洞口段的施工是隧道施工質(zhì)量、安全及工期控制的重點(diǎn)，因隧道洞口的地質(zhì)水文條件、地形地貌不同，采用的施工工藝差別也較大。向莆鐵路夏茂隧道出口段為淺埋偏壓的富水花崗巖風(fēng)化土(包括風(fēng)化殘積層、全風(fēng)化層)，這類土含砂率高，具有遇水膨脹、軟化、崩解，以至于液化流淌的特性(圍巖特性見圖1)。在這種地質(zhì)條件隧道暗挖進(jìn)洞時(shí)很容易發(fā)生坍塌、初支變形等安全質(zhì)量事故，在向莆鐵路夏茂隧道出口段的施工中通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、采用多項(xiàng)綜合技術(shù)措施，安全快速的通過(guò)了該地質(zhì)段施工，為該類地質(zhì)條件隧道暗挖進(jìn)洞施工提供了參考和借鑒。

1 工程概況

新建向莆鐵路夏茂隧道地處福建省沙縣境內(nèi)，隧道設(shè)計(jì)范圍：DK322+345～DK328+685，全長(zhǎng)6 340 m，為單洞雙線隧道，隧道軌面以上凈空面積為92.0 m2，是全線的重點(diǎn)控制性工程之一。

隧道出口DK328+570～DK328+675段共105 m，為富水的全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化的(SL)片麻狀似斑狀中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，淺灰色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。地表為土狀、碎塊狀，隧道埋深10 m～30 m，洞口段偏壓。洞口40 m設(shè)計(jì)采用φ108 mm超前大管棚結(jié)合L=4.5 m，3 m/環(huán)φ42 mm超前小導(dǎo)管進(jìn)洞,進(jìn)洞40 m后采用L=4.5 m，3 m/環(huán)φ42 mm超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖，開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，初期支護(hù)拱架間距中至中60 cm，正洞全環(huán)用Ⅰ20a鋼架，側(cè)壁導(dǎo)坑臨時(shí)支撐用Ⅰ18鋼架。

2 施工方案及步驟

針對(duì)該圍巖的特點(diǎn)，施工中重點(diǎn)需要控制沉降、掌子面坍塌，初期支護(hù)變形，洞內(nèi)圍巖滲漏水及施工用水管理，為確保施工安全，施工中采用了以下施工工藝和技術(shù)措施：1)大管棚超前支護(hù)；2)圍巖水預(yù)處理；3)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；4)優(yōu)化雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工藝；5)監(jiān)控量測(cè)。

3 施工過(guò)程及施工控制要點(diǎn)

3.1 大管棚施工

夏茂隧道出口端DK328+635～DK328+675段采用φ108大管棚超前支護(hù)，管棚長(zhǎng)度40 m,施工中重點(diǎn)控制套拱剛度和管棚鉆孔方位、鋼管的注漿質(zhì)量。

施工順序：施作套拱→搭設(shè)鉆孔平臺(tái)架、安裝鉆機(jī)→鉆孔→安裝管棚鋼管→注漿。

3.2 圍巖水預(yù)處理

隧道出口段線路左側(cè)為一山谷低洼平緩的沼澤地，常年有山谷溪水流淌，地下水位在隧道拱頂上部約2 m，出口段巖層含水量大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況施工中采用了隧道內(nèi)鋼管超前引排水、隧道內(nèi)開挖面設(shè)積水井抽排水、洞外挖明溝截排水等措施，有效地減少了洞內(nèi)積水。

隧道鋼管超前引排水采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔施工，鉆孔仰角3°～5°,鉆孔位于邊墻腳位置，鉆孔內(nèi)安裝φ108鋼花管，長(zhǎng)約15 m～25 m，鋼管口外接軟管引水至洞外，見圖2。

3.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在隧道施工中，將綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)納入施工工序管理，全風(fēng)化富水花崗巖地質(zhì)采用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：地質(zhì)素描法(常規(guī)地質(zhì)法)、超前地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)、紅外線探水預(yù)報(bào)。根據(jù)地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果，提前做好技術(shù)、設(shè)備、物資等方面各項(xiàng)施工準(zhǔn)備，確保施工順利進(jìn)行。

3.4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

根據(jù)本隧道地質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)開挖方案的認(rèn)真比選和分析，采用了穩(wěn)定性較好的雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位同意，施工中對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑的開挖步距及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，以更有利于現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量和安全。

1)優(yōu)化后的隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序如下:

a.在超前大管棚和超前小導(dǎo)管的支護(hù)下，采用人工配合機(jī)械開挖①部，開挖后對(duì)掌子面初噴混凝土進(jìn)行封閉，施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖橫斷面見圖3。

b.在滯后于①部約3 m距離后，開挖②部并進(jìn)行支護(hù)。

c.在滯后②部6 m～8 m距離后，開挖③部并支護(hù)。步驟及工序同①。

d.在滯后于③部約3 m距離后，開挖④部并支護(hù)。步驟及工序同②。

e.在滯后③部8 m～10 m后開挖⑤部并施工正洞拱部初期支護(hù)。

f.機(jī)械開挖⑥部、⑦部，人工修整并支護(hù)。

g.人工機(jī)械開挖⑧部進(jìn)行正洞仰拱初期支護(hù)。

h.利用仰拱棧橋整體澆筑⑨部仰拱及⑩部仰拱填充混凝土；仰拱作業(yè)面滿足拱墻襯砌施工后及時(shí)施工部拱墻襯砌。

2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工注意事項(xiàng)。

a.開挖施工：施工中嚴(yán)格控制每循環(huán)開挖進(jìn)尺和步距，下臺(tái)階及時(shí)施作導(dǎo)坑初支仰拱封閉成環(huán)，并臨時(shí)用洞碴及時(shí)回填反壓，隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖工序縱斷面、平面示意圖見圖4。

b.仰拱及拱墻二襯施工：為了確保洞口段的穩(wěn)定，洞口段3 m～6 m側(cè)壁臨 時(shí)支護(hù)在仰拱及仰拱填充混凝土施工完，且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能拆除。后續(xù)采取拆除一段側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)，及時(shí)澆筑閉合成環(huán)一段仰拱及填充混凝土，每段施工長(zhǎng)度3 m～6 m。填充工作面長(zhǎng)度滿足要求后及時(shí)開展拱墻二襯施工。

洞口段臨時(shí)支護(hù)拆除及仰拱施工現(xiàn)場(chǎng)見圖5。

c.高度重視圍巖監(jiān)控量測(cè)工作，納入工序管理，根據(jù)量測(cè)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工。若發(fā)現(xiàn)圍巖變化較大不穩(wěn)定，應(yīng)立即在導(dǎo)坑內(nèi)增加臨時(shí)橫撐加固初支，然后再采取注漿等措施加固圍巖及初支。

d.超前小導(dǎo)管、拱架接頭鎖腳錨管、拱架間縱向連接鋼筋、拱架單元間接頭連接，拱架背后空隙、空洞噴混回填施工質(zhì)量，是施工安全質(zhì)量的控制重點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)施工過(guò)程質(zhì)量檢查驗(yàn)收。

e.加強(qiáng)拱架制作及安裝施工質(zhì)量，施工過(guò)程拱架接頭應(yīng)精確定位，確保拱架全環(huán)位于同一里程斷面。

f.側(cè)壁導(dǎo)坑開挖采用小型挖機(jī)先初步開挖，再利用活動(dòng)式小型施工臺(tái)架進(jìn)行人工修邊，遇孤石時(shí)風(fēng)鉆打眼松動(dòng)爆破清除，裝載機(jī)裝碴，自卸汽車出碴，施工過(guò)程中隨時(shí)做好初噴，確保掌子面和周邊圍巖穩(wěn)定。

3.5 監(jiān)控量測(cè)

3.5.1 量測(cè)項(xiàng)目

在全風(fēng)化富水花崗巖淺埋偏壓段隧道施工中必須對(duì)以下四個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行量測(cè)：1)洞內(nèi)、外觀察；2)拱頂下沉；3)凈空變化；4)地表下沉。

3.5.2 量測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)布置

1)洞外地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布置。地表沉降量測(cè)點(diǎn)布置在隧道淺埋段(隧道埋深小于2.5隧道最大開挖寬度)，量測(cè)頻率與拱頂下沉和凈空變化的量測(cè)頻率相同。地表下沉的量測(cè)點(diǎn)與洞內(nèi)凈空變化和拱頂下沉量測(cè)點(diǎn)布置在同一里程斷面。洞外地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布置見圖6。

2)洞內(nèi)拱頂下沉及收斂量測(cè)。隧道拱頂下沉、水平凈空變化量測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一里程斷面，斷面間距3 m～5 m，量測(cè)頻率根據(jù)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整：一般前2周(3～2)次/d，后2周為(2～1)次/2 d，如位移出現(xiàn)異常情況，應(yīng)加大量測(cè)頻率。洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置見圖7。

3)量測(cè)儀器。洞內(nèi)、外觀察：采用目測(cè)、數(shù)碼相機(jī)等；地表沉降：精密水準(zhǔn)儀，銦鋼尺；拱頂下沉：采用全站儀與測(cè)點(diǎn)反光膜進(jìn)行無(wú)尺量測(cè)；周邊收斂：收斂?jī)x量測(cè)；施工中注意測(cè)點(diǎn)的保護(hù)。

3.5.3 量測(cè)信息分析與反饋

監(jiān)測(cè)人員應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析，并將測(cè)量結(jié)果反饋到項(xiàng)目主要施工技術(shù)管理人員，為隧道施工提供快速、科學(xué)的決策依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上多種技術(shù)措施的綜合應(yīng)用，各施工工法之間的協(xié)調(diào)管理，本隧道順利的完成了洞口淺埋段全風(fēng)化富水花崗巖暗挖進(jìn)洞施工，月平均開挖進(jìn)度25 m～35 m。隧道變形穩(wěn)定時(shí)的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示：隧道拱頂下沉最大4.2 cm、隧道水平凈空收斂最大2.6 cm、洞頂?shù)乇硐鲁磷畲?.5 cm，變形數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于施工前預(yù)留變形量，整個(gè)施工過(guò)程做到了信息化，安全可控。夏茂隧道出口進(jìn)洞方案研究，為此類地質(zhì)條件施工積累了經(jīng)驗(yàn)，為今后類似地質(zhì)條件下隧道暗挖進(jìn)洞施工提供較好的借鑒。

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Underground excavation technology of fully-weathered rich-water granite tunnel

Zhao Guangping

(ChinaRailwayTunnelGroup4thDepartmentCo.,Ltd,Nanning530003,China)

Taking Xiamao underground tunnel excavation of Xiang-Pu railway as an example, the paper analyzes construction technologies, such as large-pipe advanced support, internal surrounding rock water pre-treatment, advanced geology prediction and double-side drift excavation and monitoring measurement and so on, with a view to provide some guidance familiar engineering construction.

tunnel, underground excavation hole, granite, construction technology

2015-01-19

趙廣平(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0182-03

U455

A