陳偉庚

（廣州鐵路（集團(tuán)）公司深圳工程建設(shè)指揮部，廣東深圳　518001）

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富水軟弱圍巖鐵路隧道預(yù)加固技術(shù)

陳偉庚

（廣州鐵路（集團(tuán)）公司深圳工程建設(shè)指揮部，廣東深圳518001）

摘要富水軟弱圍巖隧道施工常規(guī)注漿效果欠佳，本文系統(tǒng)地總結(jié)了常規(guī)的預(yù)加固技術(shù)，提出適用于該類情況的預(yù)加固技術(shù)及施工方法。結(jié)合廣（州）珠（海）鐵路江門隧道下穿玉龍湖溢洪道段的富水、軟弱圍巖、淺埋等技術(shù)難點(diǎn)，介紹水平旋噴樁預(yù)支護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工參數(shù)及關(guān)鍵技術(shù)，供類似工程借鑒。

關(guān)鍵詞隧道；預(yù)加固；富水軟弱圍巖；水平旋噴樁；管棚

1　工程概況

廣珠鐵路江門隧道DK111 + 140—DK111 + 195段上部為溢洪道，寬約20 m，采用暗挖法施工。隧道洞身上部為全風(fēng)化花崗巖，下部為強(qiáng)～微風(fēng)化花崗巖，最淺埋深僅3 m。隧道開(kāi)挖寬度11. 86 m，高度11. 6 m，面積約120 m2。初支采用27 cm厚C25噴射混凝土+ I22鋼（0. 5 m /榀）。二襯采用C35鋼筋混凝土，拱墻厚50 cm，仰拱厚60 cm。Ⅵ級(jí)圍巖斷面支護(hù)形式見(jiàn)圖1。

圖1?、黾?jí)圍巖斷面支護(hù)形式（單位：cm）

該隧道特點(diǎn)為超淺埋，地層富水、上軟下硬，斷面大，因此施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，需對(duì)預(yù)加固（支護(hù)）技術(shù)方案進(jìn)行比選設(shè)計(jì)。

2　方案比選

2. 1預(yù)加固（支護(hù)）技術(shù)比選

隧道施工輔助工法據(jù)加固結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用可分為預(yù)加固與預(yù)支護(hù)2類。預(yù)加固技術(shù)側(cè)重于提高圍巖強(qiáng)度，保證圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)大變形乃至失穩(wěn)，如注漿、錨桿支護(hù)等。預(yù)支護(hù)技術(shù)側(cè)重于支護(hù)功能，將加固區(qū)物性指標(biāo)提高至一定程度后，具有超前支護(hù)作用，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度一般大于圍巖，如管棚、水平旋噴樁等。典型預(yù)加固（支護(hù)）技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

地質(zhì)資料顯示，花崗巖全風(fēng)化層開(kāi)挖時(shí)遇水崩解呈泥狀，而該工程的地下水補(bǔ)給充分，排水措施不可行，因此須采取預(yù)加固止水措施。

工程實(shí)踐表明，花崗巖全風(fēng)化層若采用傳統(tǒng)注漿技術(shù)，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)成整體封閉的止水帷幕，止水和地層加固效果欠佳，因此該類地層注漿不能作為單一的措施使用，需要選擇更加有效的加固方法。

水平旋噴樁加固在高壓旋噴條件下切削地層，將被破碎的土體與水泥漿液充分混合，從而形成一種類似混凝土的均勻固結(jié)體。嚴(yán)格的工藝控制可保證形成均勻的高強(qiáng)度樁體，且樁體間相互咬合形成連續(xù)的旋噴樁帷幕體，從而具有加固地層和止水雙重功能。在砂粒土和中細(xì)砂地層中，旋噴樁的平均抗壓強(qiáng)度甚至可以達(dá)到18～19 MPa［6］，接近于混凝土的強(qiáng)度。

據(jù)以上分析，初步選定水平旋噴樁作為預(yù)支護(hù)方法。在上部全風(fēng)化花崗巖區(qū)隧道輪廓線外施作一圈水平旋噴樁，樁徑為50 cm，孔深30 m，環(huán)向間距0. 35 m，外插角為6～8°，相鄰加固體咬合厚度＞10 cm，共計(jì)樁體66根。由于目前水平旋噴技術(shù)成樁質(zhì)量控制難度較大，可能出現(xiàn)斷樁，且樁體抗剪強(qiáng)度低。管棚注漿無(wú)止水功能，但剛度大，可以克服水平旋噴樁的上述缺點(diǎn)。將管棚注漿和水平旋噴樁相結(jié)合，可望取得良好加固效果。水平旋噴樁及管棚復(fù)合預(yù)支護(hù)方案見(jiàn)圖2。

表1　典型預(yù)加固（支護(hù)）技術(shù)對(duì)比

圖2　水平旋噴樁及管棚復(fù)合預(yù)支護(hù)方案（單位：cm）

2. 2開(kāi)挖方案比選

若采用CD法、CRD法以及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，因地層上軟下硬（上部遇水軟化，下部仍需爆破），施工難度大、進(jìn)度慢，不利于隧道穩(wěn)定。采用臺(tái)階法開(kāi)挖，上部支護(hù)拱腳可坐落在下部硬巖上，充分保證其所需的地基承載能力，最大程度適應(yīng)上軟下硬地層特點(diǎn)，保證施工安全。在地層有效預(yù)加固（支護(hù)）的基礎(chǔ)上，臺(tái)階法施工進(jìn)度快，可在圍巖遇水完全崩解前完成支護(hù)，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，因此選用臺(tái)階法開(kāi)挖。

3　工程實(shí)施情況及效果

3. 1工程實(shí)施情況

做好施工準(zhǔn)備后首先測(cè)量放線定樁位，然后進(jìn)行水平旋噴樁加固施工。主要技術(shù)參數(shù)為：水灰比1∶1；注漿壓力30～35 MPa；護(hù)壁壓力1. 0～2. 0 MPa；噴體直徑600～800 mm；固結(jié)強(qiáng)度超過(guò)C20；鉆桿旋轉(zhuǎn)速度20 r/min；鉆桿外拔速度15～30 cm/min；每臺(tái)鉆機(jī)正常進(jìn)度2～3根/d。施工中保證施工誤差控制在±3‰，方位角誤差±2‰。施工前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)先進(jìn)行2根成樁試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)樁掌握鉆進(jìn)速度、拔鉆速度、旋噴速度、噴漿壓力、單位時(shí)間噴漿量等技術(shù)參數(shù)，確定旋噴的均勻性、最佳施工參數(shù)和施工工藝。成樁過(guò)程中應(yīng)做好詳細(xì)記錄，出現(xiàn)地面隆起、沉降、冒漿、卡鉆、偏鉆等問(wèn)題及時(shí)解決。成樁后樁體須連續(xù)且滿足強(qiáng)度要求。為減小既有樁體受到的影響，在其超過(guò)初凝時(shí)間達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行相鄰孔位樁體施工，需采用跳孔加固方法。

水平旋噴樁施作后，按照設(shè)計(jì)擬定方案于其下方打設(shè)管棚并注漿。同時(shí)對(duì)水平旋噴樁現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，樁體抗拉、抗壓強(qiáng)度分別達(dá)1. 74，26. 55 MPa，表明水平旋噴樁對(duì)該地層加固效果良好。

預(yù)加固（支護(hù)）后，采用臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖。自2010 年11月13日開(kāi)始開(kāi)挖，12月25日順利通過(guò)泄洪道段。按預(yù)支護(hù)段30 m計(jì)，平均掘進(jìn)速度達(dá)0. 7 m/d，安全、快速通過(guò)了超淺埋富水段。

3. 2實(shí)施效果

施工中對(duì)地表沉降及洞內(nèi)襯砌變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，垂直于隧道中線的橫向上每隔10 m布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。該段受地形所限，于泄洪道岸邊布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，中心布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)（里程DK111 + 150），見(jiàn)圖3（a）。同時(shí)對(duì)隧道內(nèi)拱頂以及上下臺(tái)階收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每隔5 m 1個(gè)斷面，見(jiàn)圖3（b）。

釀酒過(guò)程中稻殼用量為投料量的20%～25%，由于稻殼容重僅為（粉碎）高粱的1/5.4，所以投入酒醅中的體積很大，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)稻殼中含有一定數(shù)量的雜質(zhì)、大量雜菌且?guī)в胁煌潭鹊漠愲s味，會(huì)嚴(yán)重影響酒的質(zhì)量和產(chǎn)量。傳統(tǒng)工藝中，酒廠都采用平房倉(cāng)儲(chǔ)存稻殼，庫(kù)房占地面積大，稻殼出、入庫(kù)塵土飛揚(yáng)，撒漏嚴(yán)重，工人操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，稻殼使用時(shí)只做簡(jiǎn)單的清蒸處理，稻殼中的雜物也一并進(jìn)入到酒醅中，會(huì)影響白酒質(zhì)量。

DK111 + 150斷面地表沉降里程曲線見(jiàn)圖4。A0為拱頂正上方地表測(cè)點(diǎn)，于其左右距離5 m處設(shè)有A1，A2測(cè)點(diǎn)。A0點(diǎn)自2010年10月11日開(kāi)始出現(xiàn)沉降，此時(shí)掌子面距離DK111 + 150斷面13 m，之后1個(gè)月內(nèi)因進(jìn)行地層預(yù)加固，沉降變化很小，2010年12月16日—2011年1月12日期間，地表沉降加速增長(zhǎng)，并于2011年2月之后趨于穩(wěn)定，表明隧道圍巖穩(wěn)定。

圖3　測(cè)點(diǎn)布置

圖4　DK111 + 150斷面地表沉降時(shí)程曲線

4　結(jié)語(yǔ)

富水全風(fēng)化花崗巖地層淺埋隧道施工難度大，必須進(jìn)行有效的預(yù)加固，保證施工安全。江門隧道下穿溢洪道段的成功實(shí)踐表明，采用水平旋噴樁與管棚注漿復(fù)合預(yù)加固（支護(hù)）方法，并結(jié)合三臺(tái)階法開(kāi)挖方案，隧道圍巖穩(wěn)定，保證了施工安全，證實(shí)了水平旋噴樁與管棚預(yù)支護(hù)方案在該類地層中的適用性，對(duì)類似工程有一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任審編李付軍）

Pre-reinforcement Technology of Railway Tunnel in Water-rich and Weak Surrounding rock

CHEN Weigeng
（Shenzhen Engineering Construction Headquarters of Guangzhou Railway（Group）Corporation，Shenzhen Guangdong 518001，China）

AbstractGiven the insufficient grouting effect of railway tunnel in water-rich and weak surrouding rock area，the paper reviewed the traditional pre-reinforcement technique and identified the technique and approaches applicable to the situation. It targeted the technical difficulties encountered，water-rich，weak surrounding rock and shallow bury，in the construction of Jiangmen T unnel on Guangzhou-Zhuhai Railway in underpassing the spillway of Yulong Lake. T he paper introduced the design，engineering indicators and key techniques of horizontal jet grouting，which is of reference to similar projects.

Key wordsT unnel；Pre-inforcement；W ater-rich and weak surrouding rock；Horizontal jet grouting；Pipe shed

中圖分類號(hào)U455. 49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 23

文章編號(hào)：1003-1995（2016）05-0104-03

收稿日期：2016-02-23；修回日期：2016-03-27

作者簡(jiǎn)介：陳偉庚（1973—），男，高級(jí)工程師，工程碩士。