楊剛 中鐵二局第五工程有限公司

一、工程概況

拉林鐵路藏日拉隧道為單線鐵路隧道，D3K232+819～D3K233+154 段洞身穿越〈8-9-4〉卵石土地層，對(duì)應(yīng)地表位置為一個(gè)容量約8 萬立方米的水庫(kù)，地面距離洞頂最小距離130m，為確保隧道施工安全，本段設(shè)計(jì)采用超前帷幕注漿預(yù)設(shè)計(jì)，采用臺(tái)階法開挖，并于隧道拱部預(yù)設(shè)φ89 管棚，初支的全環(huán)架縱向間距為0.8m/榀，采用I20b 工字鋼制作。

二、總體施工技術(shù)

施工前將水庫(kù)放水排干，并對(duì)水庫(kù)進(jìn)行調(diào)查、拍照、攝影取證，進(jìn)行沉降和變形監(jiān)測(cè)。為探明掌子面前方地層情況，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用以紅外探水法為主的探測(cè)手段，然后開展超前帷幕注漿止水及預(yù)加固施工，根據(jù)預(yù)報(bào)成果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，選取適宜的鉆孔注漿工藝，在地質(zhì)情況較好而易于成孔的部位采用后退式注漿，反之則采用前進(jìn)式的注漿工藝；注漿結(jié)束后，即開始施作洞身φ89 管棚進(jìn)行超前支護(hù)，根據(jù)圍巖情況采用引孔頂入法或跟管鉆進(jìn)工藝；采用上下臺(tái)階法進(jìn)行隧道開挖掘進(jìn)，以弱爆破法開挖為主，在掌子面圍巖松散地段可采用挖掘機(jī)輔以人工鑿出的方法，循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8m，快速完成初期支護(hù)的鋼架及錨網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)施工，通過地表和洞內(nèi)的監(jiān)控量測(cè)掌握圍巖及支護(hù)變形情況，待初支變形穩(wěn)定后及時(shí)施作二次襯砌。

三、具體施工方法

（一）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

先進(jìn)行地震波反射法和紅外探水的“長(zhǎng)”預(yù)報(bào)，取得初步預(yù)報(bào)成果，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行超前鉆探和加深炮孔的“短”預(yù)報(bào)，物探法和鉆探法相互結(jié)合起來，開展綜合分析比較及印證。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果和結(jié)合洞內(nèi)外的監(jiān)控測(cè)量情況綜合判斷是否進(jìn)行帷幕注漿處理。

（二）超前帷幕注漿堵水技術(shù)

優(yōu)先選擇后退式注漿，其適用于比較容易成孔的地層，反之則需要選擇前進(jìn)式注漿。掌子面單孔出水量≥10L/min 或超前鉆探孔中的水量大于0.4L/（min.m），是判斷是否需要進(jìn)行超前帷幕注漿止水施工的條件。一個(gè)循環(huán)注漿施工長(zhǎng)度為30 米，掌子面共設(shè)7 環(huán)共130 個(gè)孔。

前進(jìn)式分段注漿工藝：從孔口開始，每鉆進(jìn)3～5 米長(zhǎng)度后立即進(jìn)行注漿，直至整個(gè)孔完成鉆進(jìn)和注漿。

后退式分段注漿工藝：一次性成孔并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，單次注漿的分段長(zhǎng)度根據(jù)地質(zhì)狀況取0.6～1 米，從遠(yuǎn)端最靠前的分段退至孔口處，完成第一段的注漿作業(yè)后，退至第二分段開展注漿作業(yè)，如此往復(fù)后退，直至整個(gè)孔完成。

如圖1 所示。

⑴止?jié){墻：第一循環(huán)施工時(shí)設(shè)C20 止?jié){墻，施工前對(duì)出水點(diǎn)采用引流方式進(jìn)行處理，止?jié){墻沿隧道輪廓環(huán)向擴(kuò)挖嵌槽25～50cm 以保證止?jié){效果，清理基底，安裝止?jié){墻模板（鋼?；蚰灸＃┘爸渭庸腆w系，最后澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)至15Mpa 以上，再進(jìn)行下一步的鉆孔作業(yè)。后續(xù)施工時(shí)每循環(huán)只開挖25 米，剩余部分作為止?jié){盤。

⑵鉆孔：成孔設(shè)備選用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，鉆進(jìn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員認(rèn)真觀察出水、鉆進(jìn)速度、巖性等情況，做好詳細(xì)記錄，同時(shí)分析鉆屑的情況，為注漿順序提供參考依據(jù)。前進(jìn)式注漿的掃孔作業(yè)：在前段漿液具有0.15MPa 以上的強(qiáng)度后，再進(jìn)行掃孔作業(yè)，此時(shí)圍巖與水泥漿的凝結(jié)體不易破壞，同時(shí)可有效避免坍孔，掃孔時(shí)鉆桿姿態(tài)應(yīng)基本保持與鉆孔時(shí)基本相同。

圖1 超前帷幕注漿示意圖

⑶注漿：若止?jié){墻混凝土或止?jié){盤漿體強(qiáng)度不足設(shè)計(jì)的100%，不能進(jìn)行注漿作業(yè)。為保證止?jié){系統(tǒng)的有效，需對(duì)前方地層的吸水性及滲透性進(jìn)行測(cè)定。采用壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，密封性較差時(shí)通過止?jié){墻周邊預(yù)埋管注漿充填空隙。漿液主要采用水泥凈漿，在封孔時(shí)或遇到涌突水情況下采用水泥水玻璃雙漿液。施工過程中，根據(jù)掌子面前方圍巖情況、富水情況和壓水試驗(yàn)情況，對(duì)注漿壓力、注漿材料、漿液水灰比等參數(shù)作動(dòng)態(tài)調(diào)整。

①注漿材料：水灰比0.8:1～1:1，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好稱量設(shè)備和拌和桶，調(diào)制水泥漿液，注漿時(shí)漿液濃度由稀到濃，逐級(jí)變化；雙漿液的水泥和水玻璃比1:0.8，水玻璃波美度Bé=40。

②注漿順序：按照“由外圈孔向內(nèi)圈孔”的原則進(jìn)行注漿，并根據(jù)掌子面出水點(diǎn)的水源位置和涌水方向等情況，按照“從無水孔至有水孔”的順序進(jìn)行注漿。

③注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：a、注漿壓力達(dá)到，穩(wěn)壓時(shí)間超過10 分鐘；b、進(jìn)漿速度明顯減小，小于初始進(jìn)漿速度的四分之一或進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計(jì)的80%；c、檢查孔的每分鐘涌水量＜0.2L。

單循環(huán)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：a、所有孔均達(dá)到單孔結(jié)束的條件；b、注漿堵水后隧道預(yù)測(cè)涌水量＜1m3/（d.m）；c、有效注漿范圍滿足設(shè)計(jì)要求；d、鉆孔抽芯檢查，芯樣中漿液充填飽滿。

注漿效果檢驗(yàn)：鉆孔取芯檢驗(yàn)注漿的效果，上臺(tái)階設(shè)3 個(gè)、下臺(tái)階設(shè)2 個(gè)，鉆進(jìn)深度不得伸入下循環(huán)預(yù)留止?jié){盤中。經(jīng)檢驗(yàn)不能滿足單孔或單循環(huán)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的情況下需要補(bǔ)鉆追加注漿。

（三）洞身管棚施工技術(shù)

D3K232+819～D3K233+154 段超前支護(hù)在隧道拱部設(shè)φ89 大管棚，長(zhǎng)度為10m，外 插 角10～15°，每 環(huán)27 根φ89×6mm 無縫鋼管，縱向間距6.4m/環(huán)，鋼花管管壁開10～20cm 注漿小孔。洞身管棚不設(shè)工作室，每環(huán)管棚位置前3 榀鋼架及開挖斷面擴(kuò)大30cm 以滿足鉆機(jī)的工作空間。

⑴平臺(tái)

鉆孔平臺(tái)寬度約2.5m，采用鋼管架進(jìn)行搭設(shè)，鉆機(jī)安裝平穩(wěn)，鉆桿定位準(zhǔn)確，鉆孔順序?yàn)閺墓绊斖鶅蓚?cè)向下進(jìn)行，鉆桿軸線與設(shè)計(jì)的導(dǎo)管軸線重合，保證鉆孔的精準(zhǔn)度。

⑵管棚施工工藝

引孔頂入法：即先鉆進(jìn)成孔后再將導(dǎo)管頂入孔內(nèi)，使用鉆機(jī)進(jìn)行頂管操作，當(dāng)?shù)貙拥刭|(zhì)狀況好、易于成孔時(shí)采用；

管鉆進(jìn)法：在鉆桿鉆進(jìn)的同時(shí)跟進(jìn)外套管，成孔之后先緩慢拔出鉆桿，再頂入鋼花管，最后拔掉套管，遇到圍巖破碎、砂卵石層等易坍孔時(shí)采取。

⑶鉆孔及清孔

管棚施工外插角控制在10～15°，采用干鉆成孔工藝，設(shè)備采用淺孔鉆機(jī)；引孔頂入法采用直徑108mm 鉆頭，跟管鉆進(jìn)法需加大鉆頭直徑，可采用直徑127mm 的鉆頭。

①地質(zhì)狀況較好、不坍孔時(shí)一次性成孔到位，當(dāng)遇到卡鉆或坍孔等現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，則先補(bǔ)注水泥漿再鉆進(jìn)。

②開鉆時(shí)先低鉆速鉆進(jìn)，過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)整、逐步加快，注意檢查是否偏位。

③現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員做好鉆孔記錄，根據(jù)鉆進(jìn)情況和巖屑預(yù)測(cè)前方地質(zhì)情況，并作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

④采用引孔頂入法時(shí)，成孔后應(yīng)先掃孔，保證孔徑。

⑤孔中插入高壓風(fēng)管進(jìn)行清孔，驗(yàn)孔采用測(cè)斜儀。

⑷頂管：

頂管：采用引孔頂入法時(shí)用鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)頂入鋼花管，采用跟管鉆進(jìn)法時(shí)

堵孔：鋼花管與孔壁的空隙在孔口位置采用砂漿或錨固劑進(jìn)行封堵，壓緊管控密封圈，以保證注漿的效果，在管口連接止?jié){球閥和三通接頭。

⑷注漿作業(yè)

漿液配合比通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)配，保證注漿固結(jié)效果為目的，施工時(shí)可根據(jù)上一個(gè)循環(huán)的效果進(jìn)行調(diào)整，注漿終止壓力選取0.5～1.0MPa。

①注漿順序?yàn)椋翰捎瞄g隔交錯(cuò)注漿，由下到上，從無水孔到有水孔，壓力先小后大，漿液濃度為由稀到濃，進(jìn)漿量由大到小。

②施工過程中注意安排人員盯控，若壓力表顯示注漿壓力突然激增，必須停機(jī)查明原因解決問題；發(fā)生串漿情況時(shí)，立即采取封堵措施，封堵材料可用錨固劑、快凝水泥砂漿、布條等。

③單孔注漿終止條件：

a、注漿壓力逐漸升高達(dá)到設(shè)計(jì)終止壓力標(biāo)準(zhǔn)，且穩(wěn)壓時(shí)間超過10 分鐘；

b、進(jìn)漿速度逐漸減小，直至小于初始進(jìn)漿速度的1/4 以下；

c、注漿量大于或等于設(shè)計(jì)注漿量的80%。

（四）開挖支護(hù)

⑴洞身開挖

綜合考慮洞身尺寸及地質(zhì)情況，選用上下臺(tái)階法施工，按照“多鉆眼、少裝藥、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)”的原則，嚴(yán)格控制鉆眼質(zhì)量和裝藥量，單次開挖進(jìn)尺為0.8m，周邊眼間距30cm；必要時(shí)采用挖機(jī)開挖、輔以人工風(fēng)鎬修整斷面開挖，保證施工安全。

⑵初期支護(hù)

合理組織施工，縮短圍巖封閉時(shí)間，初期支護(hù)采用“鋼架+錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射砼”體系。開挖后進(jìn)行找頂排險(xiǎn)，施工初噴砼初步抑制圍巖的松動(dòng)，鋼構(gòu)件均采用廠制，鋼架出廠前需要進(jìn)行預(yù)拼并編號(hào)，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，噴射砼采用濕噴法。并在上臺(tái)階底部設(shè)置臨時(shí)支撐，達(dá)到初步成環(huán)的效果，下臺(tái)階開挖時(shí)進(jìn)行拆除。臨時(shí)橫撐的材料為工字鋼架結(jié)合噴射混凝土。鎖腳與鋼架之間連接牢固，保證安裝質(zhì)量。

（五）監(jiān)控量測(cè)

通過進(jìn)行洞內(nèi)外施工各階段圍巖的變形監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，掌握圍巖和初期支護(hù)的穩(wěn)定性，通過反饋信息及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和措施。施工前埋設(shè)地表觀測(cè)點(diǎn)，施工過程中加強(qiáng)地表原地面監(jiān)測(cè)和雨天時(shí)水庫(kù)水位監(jiān)測(cè)，避免受水庫(kù)影響段提前發(fā)生突涌水。

①必測(cè)項(xiàng)目

隧道內(nèi)觀察、地表觀察，水庫(kù)地表沉降，拱頂下沉，凈空變化。主要采用全站儀進(jìn)行量測(cè)。

②選測(cè)項(xiàng)目

對(duì)于有條件的或地質(zhì)情況較差有需要時(shí)，可對(duì)圍巖內(nèi)力、圍巖內(nèi)部壓力、初支噴砼內(nèi)力、孔隙水壓力、爆破振動(dòng)等項(xiàng)目進(jìn)行選測(cè)。

測(cè)量過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)提出相關(guān)等級(jí)的預(yù)警，以便及時(shí)處理。隧道變形基本穩(wěn)定的判斷條件：隧道圍巖變形速率有明顯減緩的趨勢(shì)，拱頂下沉日變化小于0.15mm，凈空收斂日變化小于0.2mm。

（六）襯砌緊跟

經(jīng)圍巖監(jiān)測(cè)，變形趨于穩(wěn)定后，及時(shí)跟二襯施工，開挖掌子面距離襯砌不超過35米為宜。襯砌施工可按以下方式進(jìn)行：仰拱及矮邊墻采用帶模自行式仰拱棧橋澆筑，拱墻二次襯砌的施工模板采用自行式液壓鋼模板臺(tái)車，帶分倉(cāng)入模裝置。兩種襯砌施工設(shè)備均為襯砌快速施工封閉成環(huán)的關(guān)鍵。

四、總結(jié)

1.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性是開展穿越水庫(kù)底砂卵石地層施工的前提，和監(jiān)控量測(cè)的及時(shí)性是保證施工安全的關(guān)鍵。

2.初支緊跟開挖，襯砌快速成環(huán)是保證施工安全具有重要意義。

3.在施工過程中驗(yàn)證超前帷幕注漿止水效果和洞身管棚在砂卵石地層的應(yīng)用效果，調(diào)整并記錄最佳的各項(xiàng)施工參數(shù)，對(duì)今后類似工程的施工具有借鑒價(jià)值。