戚 利 平
(吉首大學(xué)張家界學(xué)院,湖南 張家界 427000)
李家沖隧道全長775 m,單線鐵路隧道,設(shè)計速度目標值120 km/h,隧道及附近的地層主要為第四系覆蓋層、燕山期侵入巖和元古界變質(zhì)巖。隧址區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū),氣候溫暖潮濕,雨量充沛,地下水類型主要為基巖裂隙水,未見地下水露頭。全風(fēng)化花崗巖的裂隙較為發(fā)育,地下水補給來源為大氣降水和附近水塘,隧道洞身處于地下水水位以下,處于完全飽和帶內(nèi),易發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害和突水等現(xiàn)象。
隧道洞身LZXDK2+560~LZXDK2+590處分布有一水塘,水塘長30 m,寬20 m~30 m,水深2.5 m~3 m,淤泥厚約1.2 m,拱頂最小埋深5 m,圍巖級別為Ⅴ級,隧道掘進前需對原水塘進行回填,并增加一條臨時便道與既有公路順接,隧道開挖支護期間,需封閉既有公路,將車輛引導(dǎo)至臨時便道通行,受外界干擾較大。
隧道洞身處于地下水水位以下,處于完全飽和帶內(nèi),隧道巖性為全風(fēng)化花崗巖,透水性好,自穩(wěn)性差,地下水發(fā)育,隧道開挖時地表水易入滲,易發(fā)垮塌和涌水,需增設(shè)臨時仰拱,施工極其困難[1]。
隧道開挖采用三臺階七部法施工,每臺階開挖后在兩側(cè)加設(shè)雙層鎖腳鋼管并注漿,鋼拱架之間的連接筋進行加密,但拱頂下沉及收斂仍然較大,尤其是下臺階開挖時,中臺階圍巖易被滲水帶走,導(dǎo)致中臺階空洞及失穩(wěn),開挖下臺階及仰拱時,需臨時加設(shè)橫向鋼支撐。拱頂下沉及收斂穩(wěn)定后,需對空洞進行補注漿處理。
隧道洞身LZXDK2+560~LZXDK2+590處分布有一水塘,施工前先抽除原水塘積水并清除淤泥后再對水塘進行回填,回填處采用噴射混凝土封面,防止地表水下滲,做好地表水引排措施[2]?;靥钐幵黾右粭l臨時便道與既有公路順接,隧道開挖支護期間,封閉既有公路,將車輛引導(dǎo)至臨時便道通行,待初期支護通過公路區(qū)段后再恢復(fù)既有公路通行。為盡量減少地下水對隧道影響,在隧道外部沿隧道縱向設(shè)置4口降水井,井底標高低于隧道仰拱底標高2 m,采取不間斷抽水,確保水頭在隧道仰拱底以下1 m。
隧道掌子面開挖離水塘和公路接近10 m時,掌子面環(huán)向采用φ76大管棚注漿預(yù)支護,漿液采用水泥漿及水玻璃,管棚長10 m,環(huán)向間距0.4 m,環(huán)向每隔2.0 m預(yù)留一根大管棚不注漿,作為泄水孔使用,縱向間距5 m/環(huán),保證管棚搭接5 m,管棚兩側(cè)增加徑向錨桿錨固,錨桿長5 m,縱向間距0.6 m,同時縮短上臺階開挖長度,控制掘進速度,每次進尺控制在1榀拱架間距。
初期支護采用Ⅰ16工字鋼鋼架,鋼架縱向間距0.6 m/榀,拱頂鋼架施作完畢后,加一道橫向水平鋼架并與環(huán)向鋼架固定連接,確保整體受力,而后開挖下一臺階,待拱墻鋼架架立完成并與橫向水平鋼架連接固定后,拆除上一級臺階橫向水平鋼架,如此反復(fù)循環(huán)施作,直至仰拱拱架成環(huán);中臺階處設(shè)置臨時仰拱,仰拱厚0.3 m,混凝土采用C30噴射混凝土,拱架縱向間距1.2 m/榀,拱架間設(shè)縱向連接筋,間距0.25 m[3];兩側(cè)拱墻錯開開挖,先施工一側(cè),待一側(cè)初期支護完成后,再施工另一側(cè),如此反復(fù)直至仰拱成環(huán)。
隧道淺埋段超前地質(zhì)預(yù)報工作采用加深炮孔法,首先用風(fēng)槍進行鉆孔確定掌子面前方及周邊地質(zhì)情況,探測長度為5 m,每循環(huán)3孔加深炮孔,根據(jù)導(dǎo)坑地質(zhì)情況準確預(yù)測正洞的地質(zhì)情況。其次通過對掌子面及周邊開挖揭示的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造(巖層、結(jié)構(gòu)面、斷層等)、充填物、地下水水文地質(zhì)特征、圍巖穩(wěn)定特征等情況的描述并繪制成圖標,運用地質(zhì)分析法、作圖法等定性分析方法,推測掌子面前方地質(zhì)情況及可能存在的風(fēng)險,地質(zhì)素描隨隧道開挖及時進行,每開挖循環(huán)進行一次素描。
3.5.1地表沉降
隧道淺埋段地表沉降測點應(yīng)在隧道開挖前布設(shè),地表沉降測點和隧道內(nèi)測點布置在同一里程斷面并設(shè)置于既有公路上。地表沉降測點橫向間距為5 m,在隧道中線附近測點加密間距為2 m,具體布設(shè)見圖1。
3.5.2拱頂下沉、凈空收斂
拱頂下沉測點設(shè)置在拱頂軸線附近,凈空收斂點布置在軌頂以上2.5 m左右的拱墻上,均按照5 m/循環(huán)進行測點布設(shè),并盡量對稱布置,以便數(shù)據(jù)的相互驗證,監(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)測點距開挖面的距離及位移速度確定,兩者之間有差異時,原則上采用較高的頻率值進行監(jiān)測。隧道凈空收斂量測采用收斂計進行量測,拱頂下沉以及地表沉降量測采用精密水準儀和鋼掛尺進行量測,測點與隧道外監(jiān)測基點進行量測。
3.5.3量測數(shù)據(jù)分析和信息反饋
每次量測后立即對原始觀測數(shù)據(jù)進行校核和整理,包括原始觀測值的校驗、物理量的計算、誤差處理、異常值的剔除、初步分析等,并及時繪制位移—時間散點圖,在位移—時間曲線趨平緩時進行回歸分析,推算出最終位移和掌握位移變化規(guī)律。當(dāng)位移—時間曲線出現(xiàn)反彎點,及位移出現(xiàn)反常的急劇增加現(xiàn)象,表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)及時加強支護必要時應(yīng)暫停掘進,采取必要的安全措施。
全風(fēng)化花崗巖富水隧道淺埋段開挖施工技術(shù)在石長鐵路與益婁鐵路間下行疏解線李家沖隧道的成功應(yīng)用,本施工技術(shù)特點是在圍巖地質(zhì)非常差且洞頂受外界干擾較大的情況下能夠保證施工安全,為今后類似地質(zhì)情況隧道開挖提供了經(jīng)驗。