李雪林

(中鐵三局集團(tuán)西南工程有限公司，四川 成都 610083)

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軟弱富水Ⅵ級(jí)圍巖隧道仰拱安全快速施工技術(shù)

李雪林

(中鐵三局集團(tuán)西南工程有限公司，四川 成都 610083)

針對(duì)江門(mén)隧道圍巖為Ⅵ級(jí)全風(fēng)化花崗巖且富水，遇水易軟化、呈現(xiàn)流塑狀的特點(diǎn)，為解決開(kāi)挖仰拱時(shí)前方掌子面垮塌導(dǎo)致循環(huán)進(jìn)尺控制難的問(wèn)題，施工中采用仰拱基坑鋼板樁超前臨時(shí)圍護(hù)，單次圍護(hù)長(zhǎng)度為兩個(gè)仰拱循環(huán)進(jìn)尺；仰拱開(kāi)挖采用前后跳槽左右分部開(kāi)挖技術(shù)，開(kāi)挖兩循環(huán)后及時(shí)施作仰拱襯砌。通過(guò)采用該技術(shù)有效確保了仰拱施工中前方掌子面的安全穩(wěn)定，保證了仰拱開(kāi)挖的循環(huán)進(jìn)尺，提高了軟弱富水圍巖條件下仰拱的施工效率，取得了良好效果。

隧道；Ⅵ級(jí)圍巖；軟弱富水；仰拱；鋼板樁

隧道施工中，仰拱開(kāi)挖支護(hù)往往不受到施工各方的重點(diǎn)關(guān)注，仰拱開(kāi)挖支護(hù)根據(jù)工序安排，有的與下臺(tái)階施工同步開(kāi)挖施作，有的單獨(dú)開(kāi)挖后進(jìn)行初期支護(hù)，當(dāng)仰拱開(kāi)挖支護(hù)滿足一環(huán)仰拱襯砌施工長(zhǎng)度時(shí)，安排進(jìn)行仰拱襯砌施工。軟弱富水Ⅵ級(jí)圍巖隧道施工中，文獻(xiàn)[1]采用了垂直咬合旋噴樁對(duì)隧道兩側(cè)進(jìn)行隔泥堵水，洞身范圍采用間距1.2 m×1.2 m旋噴樁加固改良土體；文獻(xiàn)[2]采用全斷面超前預(yù)注漿并輔以大管棚控制圍巖變形；文獻(xiàn)[3]采用超長(zhǎng)大管棚、小導(dǎo)管注漿進(jìn)行圍巖加固，井點(diǎn)降水、帷幕注漿截水疏干隧道內(nèi)地下水，以保證圍巖穩(wěn)定。以上文獻(xiàn)采用相應(yīng)措施后均順利實(shí)現(xiàn)了隧道的開(kāi)挖支護(hù)。江門(mén)隧道Ⅵ級(jí)軟弱富水圍巖施工中，由于圍巖自穩(wěn)能力差，仰拱開(kāi)挖過(guò)程中，無(wú)法形成穩(wěn)定的仰拱掌子面，開(kāi)挖進(jìn)尺難以控制，嚴(yán)重的情況下，隨著前方圍巖不斷流坍，曾引起下臺(tái)階掌子面失穩(wěn)。

1 工程概況

1.1 工程概況

廣珠貨運(yùn)鐵路江門(mén)隧道，是雙線鐵路隧道，全長(zhǎng)9 185 m。其中DK111+76～DK112+010段，埋深11～17 m，圍巖主要為全風(fēng)化花崗巖，屬于Ⅵ級(jí)圍巖。隧道采用復(fù)合式襯砌，標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖1，開(kāi)挖寬度11.86 m，高度11.64 m。該段地下水類型為第四系殘坡積及基巖風(fēng)化裂隙水，地下水補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，地下水位隨季節(jié)和氣候變化明顯，隧道范圍地下水豐富。隧道圍巖遇水后軟化成流塑狀，承載力極低，沒(méi)有自穩(wěn)能力，圍巖情況見(jiàn)圖2。

圖1 Ⅵ級(jí)圍巖標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(單位：cm)

圖2 流塑狀圍巖圖

該段采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法從大小里程分兩個(gè)工作面同步掘進(jìn)。超前支護(hù)采用?108 mm大管棚結(jié)合?42 mm小導(dǎo)管，洞外在隧道洞身兩側(cè)采用兩排旋噴樁(?600 mm@450 mm)止水，加固深度從拱頂上4 m至仰拱底下1 m，最大加固深度26 m。洞身范圍內(nèi)采用?600 mm@600 mm攪拌樁加固，加固深度由拱頂上4 m至拱頂下3.5 m。洞身范圍采用?400 mm的真空井進(jìn)行井點(diǎn)降水，真空井間距20 m，深度至仰拱底2 m。掌子面設(shè)置?24 mm玻璃纖維錨桿，長(zhǎng)度4 m，間距1.5 m×1.5 m。從地面對(duì)隧道范圍進(jìn)行袖閥管注漿加固，袖閥管間距1 m×1 m。上述措施實(shí)施后，上、中斷面圍巖狀態(tài)得到較大改善，但是隧道內(nèi)涌水仍然較大。在洞身開(kāi)挖通過(guò)后，由于受到地形限制攪拌樁沒(méi)有施作到仰拱部位，同時(shí)袖閥管注漿效果不好，仰拱開(kāi)挖掌子面圍巖在地下水作用下不斷流坍，直接導(dǎo)致前方下臺(tái)階掌子面的滑坍。

1.2 施工難點(diǎn)

根據(jù)鐵建設(shè)2010(120)號(hào)文件對(duì)隧道施工的要求，Ⅵ級(jí)圍巖隧道仰拱初期支護(hù)與掌子面距離不得大于35 m，仰拱每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺不能大于3 m，故仰拱施工作業(yè)面距離下部開(kāi)挖掌子面距離非常近。由于Ⅵ級(jí)富水圍巖屬于流塑狀，沒(méi)有自穩(wěn)能力，盡管施工中對(duì)Ⅵ級(jí)圍巖采用注漿方式進(jìn)行預(yù)加固，實(shí)際效果不佳。仰拱開(kāi)挖仍會(huì)造成掌子面圍巖失穩(wěn)，引起掌子面坍塌。如何保證仰拱開(kāi)挖進(jìn)尺不超標(biāo)以及隧道施工安全是施工中的難點(diǎn)。

2 仰拱施工方案及流程

2.1 仰拱施工方案

考慮到隧道圍巖自穩(wěn)能力極低，為保證隧道仰拱基坑的穩(wěn)定，將鋼板樁引入隧道施工，采用鋼板樁對(duì)仰拱開(kāi)挖基坑進(jìn)行臨時(shí)圍護(hù)，防止流塑狀的圍巖向基坑內(nèi)涌，以確保前方掌子面的穩(wěn)定。為加快施工進(jìn)度，鋼板樁一次圍護(hù)兩環(huán)仰拱進(jìn)尺長(zhǎng)度(6 m)，在鋼板樁的保護(hù)下，首先開(kāi)挖靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)一端的仰拱，仰拱開(kāi)挖時(shí)采用放坡開(kāi)挖的方式，對(duì)邊坡采用錨噴支護(hù)進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)以確保臨時(shí)邊坡穩(wěn)定；仰拱開(kāi)挖采取左右側(cè)分部開(kāi)挖的方式，開(kāi)挖一部施工一部仰拱初期支護(hù)。靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)一端仰拱初期支護(hù)施工完畢后，開(kāi)挖靠近已施工好仰拱襯砌一端的仰拱，同樣采取分左右側(cè)開(kāi)挖的方式，同步施工仰拱初期支護(hù)。當(dāng)兩環(huán)仰拱初期支護(hù)完成后，綁扎該段仰拱鋼筋，立模，施工仰拱襯砌，仰拱襯砌混凝土終凝后，施工仰拱填充混凝土。

相關(guān)參數(shù)：開(kāi)挖放坡坡度1∶1；臨時(shí)邊坡噴射混凝土厚度5 cm，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20；一環(huán)仰拱開(kāi)挖進(jìn)尺3 m；鋼板樁采用拉森Ⅳ型，寬度400 mm，樁長(zhǎng)6 m。

2.2 施工流程

仰拱施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 施工工藝流程圖

3 仰拱開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 片石墊層施工

Ⅵ級(jí)富水圍巖在機(jī)械擾動(dòng)下會(huì)液化軟弱。為增加基底承載力，方便機(jī)械作業(yè)，在仰拱開(kāi)挖范圍內(nèi)鋪設(shè)一層片石，片石鋪設(shè)厚度以方便機(jī)械作業(yè)為宜，但準(zhǔn)備施作鋼板樁的范圍禁止填筑片石。

3.1.2 材料準(zhǔn)備

臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用拉森Ⅳ型鋼板樁，寬度400 mm，樁長(zhǎng)6 m，采用標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度12 m的鋼板樁截?cái)嘀瞥伞?/p>

裝卸鋼板樁宜采用兩點(diǎn)起吊，吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過(guò)多，注意保護(hù)鎖口免受損傷。鋼板樁堆放的方向、位置、順序和平面布置應(yīng)考慮下步施工的方便。鋼板樁分層堆放，每層堆放數(shù)量一般不超過(guò)5根，各層間要墊枕木，上、下層墊木應(yīng)在同一垂直線，堆放總高度不宜超過(guò)2 m。

3.1.3 下臺(tái)階掌子面臨時(shí)封閉

因仰拱開(kāi)挖作業(yè)面距離下部掌子面距離非常近，為保證前方下部掌子面穩(wěn)定，在仰拱開(kāi)挖前對(duì)洞身下部掌子面噴射8 cm混凝土臨時(shí)封閉。

3.2 鋼板樁插打

為保證鋼板樁沉樁的垂直度及平整度，在鋼板樁施工前首先施工導(dǎo)向架，導(dǎo)向架由圍檁及圍檁樁組成。圍檁采用I20工字鋼，圍檁樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁。

因仰拱基坑開(kāi)挖深度不深，故采用單層圍檁雙面布置形式，雙面圍檁之間的凈距應(yīng)比鋼板樁寬度放大8～10 mm，圍檁樁入土深度3 m，間距4 m，圍檁與圍檁樁之間用連接板焊接。

鋼板樁垂直于隧道軸線方向布置，從隧道一側(cè)向另一側(cè)連續(xù)插打，由于隧道作業(yè)面較小，且鋼板樁埋深較淺，采用挖掘機(jī)將鋼板樁壓入，插打時(shí)鎖口要對(duì)準(zhǔn)，每插入一塊即套上樁帽，輕輕振動(dòng)壓入土體。

開(kāi)始打設(shè)的一、二塊鋼板樁的位置和方向要確保精度，以便起到樣板導(dǎo)向作用，故每打入1 m應(yīng)測(cè)量一次，打至預(yù)定深度后應(yīng)立即用鋼筋與圍檁支架焊接固定(見(jiàn)圖4)。

圖4 步驟1：鋪設(shè)片石、鋼板樁插打

3.3 第一部仰拱開(kāi)挖

鋼板樁施工完畢后，立即進(jìn)行靠近鋼板樁一側(cè)的第一部仰拱開(kāi)挖，分左右兩側(cè)分部放坡開(kāi)挖，臨時(shí)邊坡坡率1∶1，先開(kāi)挖的一側(cè)采用三面放坡開(kāi)挖的方式，由挖掘機(jī)挖土，自卸汽車(chē)運(yùn)輸棄碴，開(kāi)挖時(shí)盡量避免重復(fù)擾動(dòng)土體，控制好開(kāi)挖斷面尺寸，嚴(yán)格控制超挖，但不得欠挖。開(kāi)挖后立即安裝仰拱棧橋恢復(fù)交通，棧橋安裝牢固(見(jiàn)圖5)。

圖5 步驟2：第一部仰拱開(kāi)挖

3.4 第一部仰拱初期支護(hù)、臨時(shí)邊坡防護(hù)

第一部初期支護(hù)分左右側(cè)進(jìn)行，在開(kāi)挖后立即施作，開(kāi)挖后首先噴射4 cm混凝土封閉仰拱開(kāi)挖面及臨時(shí)邊坡，人工安裝拱架，鋼架間用高強(qiáng)螺栓連接，鋼架縱向以?22 mm鋼筋連接，連接方式嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工。鋼架安裝合格后，立即噴射初期支護(hù)混凝土封閉鋼架，噴射混凝土采用兩臺(tái)濕噴機(jī)同時(shí)進(jìn)行以加快完成初期支護(hù)(見(jiàn)圖6)。

圖6 步驟3：第一部仰拱初期支護(hù)、臨時(shí)邊坡防護(hù)

噴射手作業(yè)在開(kāi)始時(shí)應(yīng)先給風(fēng)，再供料；結(jié)束時(shí)先停料，后關(guān)風(fēng)；噴射頭應(yīng)盡量垂直受?chē)娒?，噴嘴距受?chē)娒嬉藶?.5～2.0 m，噴頭連續(xù)、緩慢做橫向環(huán)形移動(dòng)。噴射砼終凝2 h后，進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。

3.5 第二部仰拱開(kāi)挖、初期支護(hù)

第二部仰拱開(kāi)挖、初期支護(hù)同樣采用分左右側(cè)施工的方式，二部施工時(shí)要加強(qiáng)對(duì)一部施工完成的仰拱初期支護(hù)進(jìn)行保護(hù)，避免污染第一部的仰拱初支。

仰拱開(kāi)挖支護(hù)要做好工序銜接，做到盡快完成開(kāi)挖面的封閉(見(jiàn)圖7)。

圖7 步驟4：第二部仰拱開(kāi)挖、初期支護(hù)

3.6 仰拱襯砌施工

兩環(huán)仰拱初期支護(hù)完成后，綁扎仰拱鋼筋，安裝縱環(huán)向中埋式遇水膨脹橡膠止水帶，安裝縱、環(huán)向排水管、防水板位于仰拱襯砌內(nèi)的部分，安裝綜合接地系統(tǒng)的鋼筋。

安裝端模及側(cè)面弧形模板，監(jiān)理驗(yàn)收合格后進(jìn)行仰拱混凝土澆筑，當(dāng)仰拱混凝土終凝后，立模進(jìn)行仰拱填充混凝土施工，混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時(shí)拆除仰拱側(cè)模(見(jiàn)圖8)。

圖8 步驟5：仰拱襯砌、填充混凝土施工

3.7 拔除鋼板樁

當(dāng)仰拱混凝土填充完成后，逐根拔除鋼板樁，進(jìn)入下一循環(huán)的仰拱施工(見(jiàn)圖9)。

圖9 步驟6：進(jìn)入下一循環(huán)仰拱施工

4 實(shí)施效果

上述方案實(shí)施后，有效的控制了每環(huán)仰拱的開(kāi)挖進(jìn)尺，避免了因掌子面滑坍而開(kāi)挖進(jìn)尺超標(biāo)。同時(shí)加快了施工進(jìn)度，仰拱開(kāi)挖支護(hù)及襯砌施工每6 m循環(huán)時(shí)間4～5 d，滿足了Ⅵ級(jí)圍巖前方掌子面施工進(jìn)度的需要。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)在Ⅵ級(jí)富水圍巖仰拱施工中采用鋼板樁臨時(shí)圍護(hù)，一次圍護(hù)兩環(huán)仰拱、分部跳槽開(kāi)挖，施工安全性高，能有效降低隧道掌子面滑坍的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)Ⅵ級(jí)軟弱富水圍巖仰拱施工所采用的方法簡(jiǎn)單，易于組織，在滿足安全步距的前提下能有效提高施工進(jìn)度。

(3)在軟弱富水圍巖隧道施工進(jìn)行洞身預(yù)加固的時(shí)候，要綜合考慮整個(gè)隧道范圍內(nèi)圍巖的加固，以減少仰拱施工時(shí)面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

[1]吳發(fā)展.哈達(dá)鋪隧道Ⅵ級(jí)圍巖淺埋段施工技術(shù)[J].國(guó)防交通工程與技術(shù),2014，12(6)：40-42

[2]孫明彪. 富水糜棱巖大斷面隧道Ⅵ級(jí)圍巖變形控制技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2014，51(2)：152-156

[3]杜運(yùn)國(guó).益田路Ⅵ級(jí)圍巖富水隧道綜合施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(2)：109-112

On the Safe and Quick Construction Techniques for the Inverted Arch of a Tunnel in Weak Rich-Watered VI-Type Surrounding Rock

LI Xuelin

(Southwest Engineering Co. Ltd. of the Third Engineering Group of China Railway,Chengdu 610083,China)

As the Jiangmen Tunnel is located in the VI-type surrounding rock of granite, which is fully weathered and rich-watered, is liable to weakening and shows the characteristics of a fluid-plastic body,the advanced temporary maintaining method of the inverted arch-foundation-pit-steel-sheet pile is adopted for the construction,with the one-time maintaining length limited to the circular footage for two inverted arches;the excavation for the inverted arch is performed by means of grooving ahead and behind,dividing the work face into the left and right sections and cutting them alternately.After two circulations of inverted arch excavation,the inverted arch lining is provided timely.By applying the above-mentioned techniques,the safe construction and the stability of the front work face for the inverted arch are effectively ensured,with the circulation footage of the inverted arch excavation ensured,the construction efficiency of the inverted arch in the conditions of weak rich-watered surrounding rock improved,and satisfactory benefits achieved.

tunnel;Ⅵ grand surrounding rock;weak enriched water;inverted arch;steel sheet pile

2016-05-24

李雪林(1973—)，男，高級(jí)工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)管理工作。547706274@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.019

U455.4

B

1672-3953(2016)05-0070-04