張 剛

(中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

0 前 言

在上軟下硬地層中進(jìn)行淺埋暗挖隧道施工，由于隧道拱頂上部圍巖較差，覆土較薄，在隧道開挖時(shí)拱頂上部土層自成拱效應(yīng)較差、自穩(wěn)時(shí)間短。加上隧道中風(fēng)化花崗巖爆破開挖時(shí)對上部軟弱土層及地表構(gòu)筑物的擾動(dòng)較大，容易引起隧道塌方、地表構(gòu)筑物下沉變形，引發(fā)重大安全事故[1]。因此，在此類地層中確保隧道自身施工安全和周邊構(gòu)筑物安全是工程的重難點(diǎn)。

本文以城市廣場站～塘邊站區(qū)間穿越SM地下通道為研究對象，通過對隧道開挖地層進(jìn)行預(yù)支護(hù)和優(yōu)化爆破方案，監(jiān)測SM地下通道的爆破振速和沉降值，總結(jié)上軟下硬地層中淺埋暗挖隧道穿越構(gòu)筑物的施工控制，為今后類似地層施工提供借鑒[2]。

1 工程概況

區(qū)間線路沿廈門主干道地下敷設(shè)，其周邊主要有SM城市廣場、觀音寺、怡鷺大廈等多個(gè)大型客流集散點(diǎn)，地下管線密集，地下水豐富。區(qū)間隧道采用單線單洞五心圓馬蹄形斷面，截面尺寸為5.2 m×5.43 m，采用暗挖礦山法施工。區(qū)間隧道與SM地下通道正交。該段地質(zhì)情況為中風(fēng)化花崗巖基巖凸起，基巖巖面在隧道開挖線拱頂往下30～72 cm，基巖上部地質(zhì)為雜填石。隧道拱頂開挖線與地下通道底凈距為2.358 m。隧道爆破開挖施工時(shí)必須保證SM地下通道結(jié)構(gòu)和行人安全。

2 施工準(zhǔn)備

1)區(qū)間隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富。為保證隧道順利穿過SM地下隧道，當(dāng)掌子面開挖至離SM地下通道邊界10 m時(shí)，組織對前方地質(zhì)做超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前做好應(yīng)急預(yù)案。

2)檢查SM地下通道附近段區(qū)間地表降水井，確保正常降水，以降低涌水涌泥發(fā)生的概率。

3)嚴(yán)格控制隧道開挖步距，二次襯砌距離SM通道邊界15 m以內(nèi)。

4)檢查保養(yǎng)施工機(jī)械設(shè)備及應(yīng)急物資設(shè)備。

3 施工輔助措施

原設(shè)計(jì)區(qū)間隧道穿越SM地下通道段采用直徑89 mm管棚支護(hù)，但由于本隧道斷面尺寸小，進(jìn)度壓力大，如采用管棚施工需要建操作室，施工時(shí)間長。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況施工方案采用地表雙重管高壓旋噴加固+掌子面帷幕注漿+超前小導(dǎo)管注漿加固措施，同時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，優(yōu)化爆破方案，提高施工效率，確保隧道及地下通道安全。

3.1 雙重管高壓旋噴加固措施

隧道下穿SM地下通道段剛好處于拋填石區(qū)，為了確保隧道施工安全，沿區(qū)間線路在SM地下通道前后采用雙重管進(jìn)行地表旋噴加固，本段旋噴加固從距離地下通道1 m范圍外進(jìn)行加固，加固范圍隧道輪廓線外1 m，深度4 m(拱頂)，地面梅花型布置間距1.5 m。加固示意圖見圖1。雙重管高壓旋噴參數(shù)見表1。

圖1 旋噴加固平面圖(單位：mm)

表1 雙重管高壓噴射注漿參數(shù)一覽表

3.2 帷幕注漿

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，本區(qū)間隧道穿越SM地下通道段為富水區(qū)，基巖凸起層與填石層交界面存在層壓水。在這種上軟下硬地層交界面極易發(fā)生涌水涌泥現(xiàn)象，為了確保掌子面的穩(wěn)定，需對掌子面進(jìn)行帷幕注漿止水。注漿加固結(jié)范圍為開挖輪廓線外1.5 m，注漿孔擴(kuò)散半徑按1 m考慮，每循環(huán)注漿長度10 m，注漿后開挖8 m，預(yù)留2 m的搭接。注漿材料采用水泥∶水玻璃=1∶1雙液漿。

3.2.1 鉆孔施工

1)施工前根據(jù)鉆孔孔口及終孔坐標(biāo)計(jì)算出鉆孔空間長度、平面角、仰角等鉆孔控制參數(shù)。注漿參數(shù)見表2。

表2 帷幕注漿孔位參數(shù)表

2)鉆孔順序先鉆內(nèi)部孔后外部孔，先鉆無水孔后鉆有水孔。內(nèi)部鉆孔可參照外部鉆孔的順序。

3)鉆孔開始后及時(shí)安裝孔口管，一方面作為鉆孔導(dǎo)向；另一方面為鉆孔過程中出現(xiàn)大量涌水做好應(yīng)急處理準(zhǔn)備。當(dāng)出現(xiàn)大量涌水時(shí)先把鉆具迅速拔出，關(guān)閉孔口管上的閥門，然后再進(jìn)行注漿。

3.2.2 注漿作業(yè)

在區(qū)間隧道穿越SM地下通道前20 m設(shè)注漿試驗(yàn)段，試驗(yàn)段隧道水紋地質(zhì)情況與SM地下通道類似，通過在試驗(yàn)段配置不同配比的漿液，確定該類地層最佳配合比為水泥∶水玻璃=1∶1.05。穿越SM地下通道時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場水紋地質(zhì)實(shí)際情況，適當(dāng)加減水玻璃的用量，以確保不跑漿、不漏漿，保證注漿量和注漿效果。

注漿過程中，若壓力升不上去應(yīng)調(diào)整漿液配比，縮短凝固時(shí)間，以達(dá)到控制注漿范圍的目的。若注漿壓力驟升立即停止注漿，泄壓后排查原因。先排除是否是管路堵塞造成壓力上升，如果是則清除故障后繼續(xù)注漿；管路沒有問題時(shí)注漿壓力仍突然上升，可結(jié)束該孔注漿。

注漿過程中要經(jīng)常清洗管路，保持管路暢通，防止因管路堵塞而造成終止注漿誤判，注漿連接件、注漿變頭等部件平常注意保養(yǎng)清洗。注漿結(jié)束后注漿管路務(wù)必清洗干凈，清洗干凈后把注漿管、法蘭盤等拆除下來清洗干凈。

3.3 超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)

3.3.1 小導(dǎo)管制作安裝

沿隧道拱部120°范圍內(nèi)環(huán)向間距0.3 m布設(shè)φ42超前小導(dǎo)管，沿縱向15°仰角植入土體。小導(dǎo)管長3.5 m，在小導(dǎo)管前端約12 cm長加工成錐形狀，尾部焊接φ6～φ8 mm鋼箍筋，除后端1 m內(nèi)不開孔外，其余部分按部分按2～3 cm梅花型布設(shè)孔口φ6 mm的溢漿孔。

小導(dǎo)管的鉆孔方向應(yīng)順直，鉆孔直徑應(yīng)與注漿管徑配套，小于50 mm安設(shè)應(yīng)采用引孔頂入法?？咨罡鶕?jù)小導(dǎo)管長度進(jìn)行確定，鉆孔后采用吹管法進(jìn)行清孔，孔口位置采用在沾有CS膠泥的麻絲纏繞成紡錘形柱塞，在小導(dǎo)管插入孔內(nèi)做好絲扣保護(hù)帽，利用風(fēng)鉆把小導(dǎo)管打設(shè)到設(shè)計(jì)深度，使麻絲柱塞與孔壁壓緊，保證小導(dǎo)管外露約32 cm。

3.3.2 小導(dǎo)管注漿

1)小導(dǎo)管注漿采用水泥單液漿，設(shè)計(jì)注漿壓力為0.5～0.8 MPa，在小導(dǎo)管安裝完成后先進(jìn)行壓水試驗(yàn)確定注漿參數(shù)，控制水壓在1.0～1.5 MPa，在注漿8 h凝固后才能開挖。

2)注漿順序?yàn)橛上轮辽?，漿液先稀后濃，注漿量先大后小，注漿壓力由小到大。

3)當(dāng)發(fā)生串漿時(shí)采用分漿器多孔注漿。當(dāng)注漿壓力驟升時(shí)應(yīng)停止注漿查明原因；當(dāng)?shù)貙游鼭{量大，壓力上不去時(shí)，通過調(diào)整漿液配比縮短凝固時(shí)間。

4)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)注漿壓力升至1.5 MPa并保持穩(wěn)定10～15 min或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)量的80%以上時(shí)可結(jié)束該孔注漿。

單孔注漿量：單孔注漿量和圍巖的孔隙率、填充系數(shù)等參數(shù)有關(guān)，一般采用式(1)估算，計(jì)算參數(shù)通過試驗(yàn)確定。

Q=π×R2×L×n×β

(1)

式中，Q為單孔漿液注入量，m3；R為漿液擴(kuò)散半徑，m；L為注漿段長度，m；n為巖石孔隙率，一般取0.1～0.3；β為巖石孔隙中的漿液有效充填系數(shù)，一般為0.6～0.9。

4 隧道爆破開挖

城市廣場站～塘邊站區(qū)間暗挖隧道正穿SM地下通道段為六級圍巖，采用分臺階開挖。針對中風(fēng)化花崗巖基巖凸起一般通過控制爆破開挖，施工過程中遵循“多打孔，少裝藥”原則。松散拋填塊石層采用機(jī)械開挖。嚴(yán)格控制開挖循環(huán)進(jìn)尺不超過0.5 m。

區(qū)間隧道掌子面基巖凸起較高，周邊眼布置較高對拱頂上部土體擾動(dòng)較大，爆破時(shí)會對隧道自身開挖安全和地表構(gòu)筑物安全都是很大威脅。如周邊眼布置較低時(shí)易造成掌子面欠挖，需要重新補(bǔ)炮，嚴(yán)重影響施工效率。合理布置炮眼和引爆順序是保證隧道安全開挖的關(guān)鍵。在區(qū)間中線布設(shè)3個(gè)掏槽眼，間距0.75 m，深度1.5 m。外擴(kuò)45 cm后布設(shè)擴(kuò)槽眼，每62 cm布設(shè)一個(gè)，深度為1.5 m。擴(kuò)槽眼外擴(kuò)1.5 m布設(shè)輔助眼，每45 cm布設(shè)一個(gè)，深度為0.8 m。在爆破挖線以內(nèi)22 cm布設(shè)周邊眼，每32 cm布設(shè)一個(gè)周邊眼，深度為0.7 m。其中拱頂位置周邊眼作為預(yù)備眼，首次爆破不裝炸藥，在引爆其他炮眼時(shí)起可作為減震孔減震作用。同時(shí)輔助眼距巖面有一定厚度，可減小爆破對拱部土體的擾動(dòng)?；鶐r上表面圍巖較為發(fā)育，且每32 cm布設(shè)一個(gè)炮眼，可通過一次爆破完成爆破開挖，同時(shí)減小對上部土體擾動(dòng)。

5 SM地下通道底板爆破振速監(jiān)測情況

當(dāng)區(qū)間隧道爆破采用優(yōu)化后的炮眼布置方案及控制爆破順序和炸藥用量，采用SR-VM100(A)振動(dòng)監(jiān)測儀對SM地下通道底板進(jìn)行監(jiān)測。區(qū)間隧道下穿SM地下通道時(shí)結(jié)構(gòu)振速符合要求，監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

表3 爆破監(jiān)測結(jié)果

6 SM地下通道沉降值監(jiān)測

SM地下通道共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。區(qū)間隧道在穿越SM地下通道期間，采用天寶(Trimble)DiNi03 mmper km數(shù)字水準(zhǔn)儀對SM地下通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降值的日變化繪制曲線圖，如圖2所示(圖中日期為2016年7月23日～2016年8月10日)，在區(qū)間隧道下穿SM地下通道施工過程中，SM地下通道結(jié)構(gòu)沉降可控，沉降控制符合規(guī)范要求。

圖2 SM地下通道累計(jì)沉降值分析

7 結(jié)束語

城市廣場站～塘邊站區(qū)間淺埋暗挖隧道在上軟下硬地層中下穿SM地下通道，通過采用地表雙重管旋噴加固+掌子面帷幕注漿+超前小導(dǎo)管注漿加固等組合措施，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化爆破方案，保證了隧道開挖自身安全和SM地下通道結(jié)構(gòu)安全。為今后上軟下硬土層中淺埋暗挖隧道穿越構(gòu)筑物工程施工提供參考。

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