杜 鵬

(中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030032)

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淺埋砂質(zhì)新黃土隧道雙層小導(dǎo)管快速進(jìn)洞施工技術(shù)

杜 鵬

(中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030032)

結(jié)合蒙華鐵路銀山3號(hào)隧道的工程概況，制定了雙層小導(dǎo)管快速進(jìn)洞施工方案，闡述了該方案的施工工藝流程及技術(shù)要點(diǎn)，并對(duì)隧道洞口段的沉降和收斂進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，該方案可減少洞口開(kāi)挖、避免洞口擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安全快速進(jìn)洞。

隧道，小導(dǎo)管，進(jìn)洞施工，洞口

1 工程背景

蒙華鐵路銀山3號(hào)隧道為單洞雙線(xiàn)隧道，最大埋深67.7 m，最大開(kāi)挖面積112.3 m2，位于黃土高原梁茆區(qū)，地形起伏較大，沖溝發(fā)育。隧道進(jìn)口自然坡度約25°，地勢(shì)較平坦，與既有道路相距較近；出口自然坡度約55°，位于梁茆半坡上，與橋梁相接。進(jìn)出口地層巖性為砂質(zhì)新黃土，褐黃色，稍濕～潮濕，稍密～密實(shí)，呈松散狀，成分以粉粒為主，具垂直節(jié)理，針孔發(fā)育。

由于隧道出口自然坡度大，邊、仰坡開(kāi)挖后洞口位于半坡上且場(chǎng)地狹小、與橋梁相接，施工干擾大，協(xié)調(diào)配合難度高，施工安全不確定因素多，不易組織現(xiàn)場(chǎng)施工，決定從隧道進(jìn)口采取單口掘進(jìn)開(kāi)挖。

2 進(jìn)洞方案比選

洞口管棚超前支護(hù)是沿著洞口開(kāi)挖輪廓周線(xiàn)，用特定的設(shè)備把預(yù)先加工好的鋼管按照一定的角度打入前方的地層內(nèi)，再向管內(nèi)注漿填充鋼管及固結(jié)鋼管周?chē)膰鷰r，最終形成一個(gè)棚架支護(hù)體系，以支撐來(lái)自外側(cè)的圍巖壓力，防止開(kāi)挖時(shí)圍巖滑塌及沉降變形，保證作業(yè)人員的安全。其具有使用范圍廣、支護(hù)剛度大、圍巖沉降變形小、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)洞口場(chǎng)地要求高、邊仰坡開(kāi)挖量大、施工周期相對(duì)較長(zhǎng)等缺點(diǎn)，尤其是長(zhǎng)管棚施工工藝要求高、需專(zhuān)用的施工設(shè)備，對(duì)管棚鉆孔方向的精度要求高，控制不準(zhǔn)確很容易發(fā)生偏斜及傾界，加大后續(xù)施工難度。

洞口小導(dǎo)管超前支護(hù)是在洞口開(kāi)挖斷面拱部施作超前小導(dǎo)管，通過(guò)注漿對(duì)一定深度范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行擠密、粘結(jié)加固，形成一個(gè)承載環(huán)，對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固，提高圍巖的穩(wěn)定性。其具有適用范圍較廣；安全可靠性高，針對(duì)性強(qiáng)；節(jié)省工程成本，節(jié)約工期；施工設(shè)備簡(jiǎn)單、工序清晰易懂、操作便捷，能夠快速進(jìn)洞。但小導(dǎo)管超前支護(hù)只是對(duì)局部土層進(jìn)行加固，開(kāi)挖后土層不宜長(zhǎng)時(shí)間暴露，需及時(shí)進(jìn)行支護(hù)且各工序銜接緊密，否則沉降變形較大。

銀山3號(hào)隧道進(jìn)口地勢(shì)較平坦，采用長(zhǎng)管棚進(jìn)洞，洞口邊仰坡開(kāi)挖量大，易造成邊仰坡失穩(wěn)。隧道進(jìn)口地層巖性為砂質(zhì)新黃土，管棚施工時(shí)精度不易控制，角度太大，前端滿(mǎn)足要求，中間易形成拱形，后續(xù)開(kāi)挖易發(fā)生掉落；角度太小，前端侵入支護(hù)界限，增大后續(xù)開(kāi)挖難度，安全可靠性低。經(jīng)技術(shù)比選及方案優(yōu)化，采用“零開(kāi)挖”超前小導(dǎo)管進(jìn)洞，消除管棚施工時(shí)精度偏差造成的嚴(yán)重后果；減少洞口開(kāi)挖量，避免洞口擾動(dòng)，最大限度的保持洞口的原平衡體系，確保洞口安全及保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境；簡(jiǎn)化施工工藝，方便快速的進(jìn)洞。

3 施工方案

為保證隧道安全快速進(jìn)洞施工，避免洞口開(kāi)挖造成邊仰坡失穩(wěn)，洞口處施工以少刷或不刷仰坡為原則，測(cè)量放樣后，由現(xiàn)開(kāi)挖斷面DK266+210處進(jìn)洞，采用φ42超前長(zhǎng)導(dǎo)管配合密排小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，超前長(zhǎng)導(dǎo)管拱部120°范圍施作，每根長(zhǎng)6 m，環(huán)向間距40 cm，縱向每隔7榀鋼架施作一環(huán)；每環(huán)φ42長(zhǎng)導(dǎo)管配合3環(huán)φ42小導(dǎo)管為一循環(huán)，超前密排小導(dǎo)管拱部150°范圍施作，每根長(zhǎng)4 m，環(huán)向間距為20 cm，超前長(zhǎng)導(dǎo)管和小導(dǎo)管外插角根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定。導(dǎo)管內(nèi)壓注水泥單液漿，待漿液形成強(qiáng)度后進(jìn)行開(kāi)挖施工。

隧道洞口段位于淺埋段，覆蓋層厚度約1.7 m～12 m，在進(jìn)洞開(kāi)挖時(shí)采用微臺(tái)階法施工，盡量減少擾動(dòng)。嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、早襯砌”的施工原則，及時(shí)施作初期支護(hù)封閉成環(huán)，盡量減少?lài)鷰r暴露時(shí)間，確保洞口施工安全。施工工藝流程見(jiàn)圖1。

4 主要施工工藝和方案控制要點(diǎn)

4.1 主要施工工藝

1)洞頂截排水溝：

及時(shí)完善洞口的截、排水設(shè)施，回填處理地表陷穴、坑洞及裂縫等。隧道進(jìn)口臨近線(xiàn)路右側(cè)有一處沖溝，施作洞頂截水溝時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形情況，水溝引排段落遠(yuǎn)離沖溝，在該沖溝5 m外設(shè)置，以截排沖溝外地表水，以防雨水對(duì)進(jìn)洞施工造成較大影響。

2)洞口場(chǎng)地清理：

洞口邊、仰坡按1∶1的坡度自上而下分層進(jìn)行開(kāi)挖及防護(hù)，開(kāi)挖一層防護(hù)一層，防止邊坡失穩(wěn)。開(kāi)挖采用人工配合機(jī)械進(jìn)行，每層開(kāi)挖深度為1.5 m，邊坡處預(yù)留30 cm人工清理，臨時(shí)防護(hù)采用錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格控制邊坡坡率，確保邊坡平順。

3)洞口拱架安裝：

洞口位置處安裝雙層Ⅰ20a鋼架，上層鋼架為導(dǎo)向鋼架，施作超前長(zhǎng)導(dǎo)管，鋼架拱部120°范圍按照40 cm間距在腹板上鉆孔。下層鋼架為初支鋼架，施作超前密排小導(dǎo)管，鋼架拱部150°范圍按照20 cm間距在腹板上鉆孔。兩層鋼架間距為100 mm，用Φ22鋼筋間距50 cm相連成整體，中間空隙用噴射混凝土噴填密實(shí)。鋼架在鋼筋加工廠集中加工及配送，現(xiàn)場(chǎng)拼接安裝，安裝時(shí)根據(jù)測(cè)量人員測(cè)定的高程和拱架安裝控制線(xiàn)準(zhǔn)確定位，先安裝導(dǎo)向鋼架，定位固定牢靠后再安裝初支鋼架，安裝過(guò)程中嚴(yán)格檢查拱架的垂直度，確保安裝精度。鋼架連接節(jié)點(diǎn)處施作鎖腳錨管2根，采用φ42小導(dǎo)管，長(zhǎng)度4 m，按與水平方向30°～45°向下、豎直方向30°～45°向內(nèi)打設(shè)，并與鋼架焊接牢固，管內(nèi)灌注M30水泥漿。

4)鉆孔及清孔：

洞口段埋深比較淺，根據(jù)實(shí)際量測(cè)的洞口地面標(biāo)高，用CAD畫(huà)圖比對(duì)，超前長(zhǎng)導(dǎo)管按外插角30°、超前密排小導(dǎo)管按外插角14°布置。鉆孔采用氣腿式鑿巖機(jī)，在預(yù)留核心土上進(jìn)行操作，鉆頭通過(guò)拱架預(yù)留孔洞，按照規(guī)定的外插角鉆進(jìn)，直徑為50 mm，孔深比設(shè)計(jì)深10 cm～20 cm。鉆孔完畢后，用高壓風(fēng)把孔內(nèi)砂石吹出。

5)驗(yàn)孔：

用儀器檢查鉆孔孔深、孔徑和傾斜度符合要求后，進(jìn)行小導(dǎo)管安裝。

6)安裝導(dǎo)管：

導(dǎo)管安裝采用頂入法，按照預(yù)先鉆孔用鉆機(jī)頂入，超前長(zhǎng)導(dǎo)管頂入長(zhǎng)度不小于5.4 m，超前密排小導(dǎo)管頂入長(zhǎng)度不小于3.6 m，導(dǎo)管頂入后用高壓風(fēng)將導(dǎo)管內(nèi)的泥土吹出。導(dǎo)管與鋼架焊接形成整體，并在導(dǎo)管口焊接注漿閥門(mén)。導(dǎo)管前段加工成錐形，尾部焊接加筋箍，管壁四周每15 cm間隔鉆眼，孔眼直徑8 mm(梅花形布置)，尾部50 cm不鉆眼。

7)噴射混凝土封閉工作面：

用塑料薄膜嚴(yán)密包裹注漿閥門(mén)后，采用C20噴射混凝土封閉鋼架及洞口直立面，噴射混凝土厚度不小于15 cm且鋼架完全被覆蓋。

8)注漿：

注漿采用水泥漿，水灰比為1∶1(質(zhì)量比)，注漿壓力0.5 MPa，注漿順序由兩側(cè)向拱頂隔孔對(duì)稱(chēng)進(jìn)行、漿液先稀后濃、注漿量先大后小，壓力由小到大。注漿采用“雙控法”控制，當(dāng)每根導(dǎo)管的注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)量時(shí)停止注漿，或當(dāng)注漿壓力逐漸達(dá)到終壓并穩(wěn)定10 min時(shí)可停止注漿。

9)洞身開(kāi)挖：

采用上、中、下三個(gè)臺(tái)階同步作業(yè)的微臺(tái)階開(kāi)挖方法，上臺(tái)階長(zhǎng)度3 m～5 m，中臺(tái)階長(zhǎng)度6 m～8 m，下臺(tái)階長(zhǎng)度9 m～12 m，三個(gè)臺(tái)階同步作業(yè)。具體流程為：上臺(tái)階開(kāi)挖扒碴→中臺(tái)階開(kāi)挖出碴→上中臺(tái)階初噴混凝土→上中臺(tái)階立架、下臺(tái)階及仰拱開(kāi)挖→上中臺(tái)階噴混凝土、下臺(tái)階及仰拱立架→下臺(tái)階及仰拱噴射混凝土→下一循環(huán)。開(kāi)挖進(jìn)尺根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，上臺(tái)階一般為1榀，中下臺(tái)階為1榀～2榀，仰拱初支開(kāi)挖不超過(guò)3 m。

4.2 方案控制要點(diǎn)

超前小導(dǎo)管、鋼架及鎖腳錨管采用工廠化集中加工及配送。施工中嚴(yán)格控制小導(dǎo)管的數(shù)量、間距、打設(shè)角度及鋼架的焊接質(zhì)量。嚴(yán)格按照雙控指標(biāo)進(jìn)行注漿量控制，確保注漿效果。注漿發(fā)生串漿時(shí)，采用分漿器多孔注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿。當(dāng)注漿壓力突然升高時(shí)應(yīng)停機(jī)查明原因。當(dāng)水泥漿進(jìn)漿量很大，壓力不變時(shí)，檢查周邊地表是否有漿液溢出，或調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短膠凝時(shí)間，采用小流量低壓力注漿或間歇式注漿。做好導(dǎo)管注漿記錄，記錄內(nèi)容應(yīng)包含注漿時(shí)間、最大單根注漿量、最小單根注漿量、總注漿量、注漿控制壓力。注漿結(jié)束6 h后方可進(jìn)行洞身開(kāi)挖。

4.3 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目有洞內(nèi)外觀察、地表沉降觀測(cè)和洞內(nèi)拱頂下沉、水平收斂，采用全站儀配合反光膜片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。地表沉降觀測(cè)點(diǎn)沿隧道縱向5 m、橫向2 m～5 m的間距布設(shè)，在開(kāi)挖前布設(shè)完成并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；拱頂下沉和水平收斂沿隧道縱向5 m布設(shè)，且在同一斷面上，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在鋼架上。監(jiān)測(cè)按照每天一次進(jìn)行，出現(xiàn)異常情況時(shí)，加大監(jiān)測(cè)頻率。監(jiān)測(cè)管理值采用變形總量、變形速率、初期支護(hù)表觀現(xiàn)象和變形時(shí)態(tài)曲線(xiàn)進(jìn)行綜合等級(jí)管理。變形總量、變形速率控制在管理等級(jí)范圍內(nèi)，及時(shí)巡視初支表面有無(wú)異常，同時(shí)結(jié)合變形時(shí)態(tài)曲線(xiàn)形態(tài)進(jìn)行綜合分析處理。

隧道洞口段地表沉降觀測(cè)共計(jì)布設(shè)9個(gè)斷面77個(gè)點(diǎn)，洞內(nèi)拱頂下沉、水平收斂13個(gè)斷面，觀測(cè)時(shí)間為6月25日～10月20日，各測(cè)點(diǎn)變形總量數(shù)值見(jiàn)表1。從各測(cè)點(diǎn)的變形總量數(shù)值可以看出，隧道通過(guò)范圍內(nèi)地表沉降累計(jì)值較大，但數(shù)值差異不是很大、較均勻，屬黃土特性的正常沉降；拱頂下沉、水平收斂累計(jì)值分析圍巖變形小，都趨于穩(wěn)定。從監(jiān)控量測(cè)日常資料表明，變形速率小于1 mm/d，且持續(xù)一個(gè)月以上了，初期支護(hù)表現(xiàn)正常，變形時(shí)態(tài)曲線(xiàn)已收斂。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)軟件進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)回歸分析，初期支護(hù)的各斷面日變化值都趨于穩(wěn)定。由此說(shuō)明在淺埋砂質(zhì)新黃土鐵路隧道進(jìn)洞施工中，采用雙層小導(dǎo)管輔助施工措施、微臺(tái)階施工方法可行。

表1 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)累計(jì)數(shù)值表 mm

5 其他注意事項(xiàng)

1)做好施工人員的技術(shù)交底及安全教育培訓(xùn)，能夠熟練掌握各施工要點(diǎn)，確保各工序、各工種、人員與機(jī)械的協(xié)調(diào)配合。

2)高度重視監(jiān)控量測(cè)，每天及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并上傳至監(jiān)控量測(cè)管理信息平臺(tái)，各級(jí)管理人員均能查看相關(guān)數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)預(yù)警情況，能夠及時(shí)進(jìn)行原因分析，制定處理措施。

3)注漿液采用拌合站集中拌合，罐車(chē)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，確保漿液配比準(zhǔn)確，避免現(xiàn)場(chǎng)拌合污染環(huán)境。

4)根據(jù)實(shí)際揭示圍巖情況、監(jiān)控量測(cè)變形情況、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況，合理確定開(kāi)挖進(jìn)尺，樹(shù)立以加快循環(huán)時(shí)間保證進(jìn)度的理念，改變以加大進(jìn)尺保證進(jìn)度的錯(cuò)誤觀念。

5)開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中突出強(qiáng)調(diào)一個(gè)“快”字，各臺(tái)階施工做到“快挖、快支、快封閉”，同時(shí)噴射混凝土要保證早期強(qiáng)度達(dá)到要求，以形成受力體系。始終保持安全步距，掌子面至初支封閉距離不大于2倍洞徑。

6)嚴(yán)格執(zhí)行“上下緊跟、左右緊墊”的安全措施，即上臺(tái)階拱架頂緊掌子面不留空隙，仰拱初支緊跟下臺(tái)階封閉成環(huán)，各臺(tái)階拱架左右拱腳采用強(qiáng)度高、輕便耐用、可循環(huán)使用的墊板支墊結(jié)實(shí)，不能落在虛土上。

7)采用濕噴機(jī)械手噴射混凝土，外加劑摻量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，降低了人為影響因素，提高了噴射混凝土的質(zhì)量；回彈量顯著降低，減少浪費(fèi)；噴射混凝土的密實(shí)度增大，強(qiáng)度高。

6 結(jié)語(yǔ)

蒙華鐵路銀山3號(hào)隧道目前已施工310 m，通過(guò)對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，洞口段沉降和收斂均在可控范圍，洞內(nèi)初支穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)變形、開(kāi)裂等現(xiàn)象。洞外地表、邊坡仰坡均穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象，說(shuō)明在淺埋砂質(zhì)新黃土隧道進(jìn)洞中采用雙層小導(dǎo)管技術(shù)是完全可行的。該方法能保證“零開(kāi)挖”進(jìn)洞，操作簡(jiǎn)單，方便快速，是一種安全、環(huán)保、有效的進(jìn)洞方案。同時(shí)配合微臺(tái)階開(kāi)挖工法，快速封閉成環(huán)，保證施工安全。該方法可以在隧道施工中推廣使用，尤其適用于西北地區(qū)黃土地質(zhì)隧道的進(jìn)洞施工。隨著該技術(shù)的不斷完善，相信在以后類(lèi)似隧道工程施工中將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

[1] 王曉州.大斷面黃土隧道建設(shè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[2] 趙 勇，李國(guó)良，喻 渝.黃土隧道工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

[3] 肖廣智.鐵路隧道施工新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[4] 蒙西華中鐵路隧道施工監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方案(試行)[Z].2015.

[5] 蒙西華中鐵路隧道施工監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方案[Z].2016.

The double layer small duct quickly face excavationconstruction technology of shallow buried sandy loess tunnel

Du Peng

(Fifth Engineering Limited Company, China Railway 17th Bureau Group, Taiyuan 030032, China)

Combining with the engineering situation of Yinshan Mongolia and China Railway No.3 tunnel, developed the double layer small duct quickly face excavation construction scheme, elaborated the construction process and technical key points of the scheme, and measured the settlement and convergence of tunnel ladit section, the results showed that the scheme could reduce the tunnel ladit excavation, to avoid the tunnel ladit disturbance, realized the safe and fast face excavation.

tunnel, small duct, face excavation construction, tunnel ladit

1009-6825(2016)34-0180-03

2016-09-23

杜 鵬(1980- )，男，工程師

U455

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