楊榮輝

(中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司，陜西 西安 710032)

1 工程概況

新建懷邵衡鐵路線的巖鷹鞍隧道地處地質(zhì)條件極其惡劣的雪峰山區(qū)，隧道全長5 302 m，為雙線鐵路隧道，設(shè)2個輔助坑道，隧道平面布置與工區(qū)劃分如圖1所示。

圖1 隧道平面布置與工區(qū)劃分

隧道全段斷層較多，其中的F4斷層帶DK88+050～DK87+840段落為斷層密集破碎帶，巖性以石英砂巖為主，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎。受斷層破碎帶影響，當(dāng)掌子面推進(jìn)至DK87+998處時，發(fā)生了較為嚴(yán)重的涌水涌砂災(zāi)害，造成隧道全面停工。如何確保在后續(xù)斷層破碎帶影響段隧道施工的安全，成為本工程的重難點(diǎn)問題。

2 施工方案

F4斷層范圍每循環(huán)帷幕注漿加固長度25 m，開挖長度20 m，注漿孔終孔間距3 m，注漿壓力5.0～6.0 MPa，注漿速度10～100 L/min，前進(jìn)式注漿。采用?108 mm(壁厚6 mm)洞身超前長管棚注漿預(yù)支護(hù)，管棚縱向長25 m，環(huán)向間距20 cm(沿拱頂開挖輪廓線外側(cè)布置，設(shè)置范圍180°，每循環(huán)114根)，外插角≯11°。為保證開挖支護(hù)安全，拱部120°范圍內(nèi)管棚間輔以?50 mm(壁厚5 mm)超前小導(dǎo)管補(bǔ)充注漿加固，小導(dǎo)管長5 m，環(huán)向間距20 cm，縱向間距為3 m一環(huán),縱向搭接長度不小于1.5 m[1]。帷幕注漿注漿孔布置如圖2所示。

圖2 帷幕注漿注漿孔布置

F4斷層范圍圍巖級別為Ⅴ級，采用三臺階四步法開挖。初期支護(hù)類型采用雙層支護(hù)，第1層初支HW175型鋼；第2層初支180四肢格柵鋼架，主筋直徑?22 mm。正洞開挖前，對加固區(qū)進(jìn)行超前鉆孔檢查驗證，并檢測其加固效果，若檢測發(fā)現(xiàn)未達(dá)到加固效果，即視情況增設(shè)超前管棚加強(qiáng)支護(hù)或?42 mm超前小導(dǎo)管局部補(bǔ)注漿加固[2]。

3 施工過程

3.1 開挖過程

開挖采用三臺階四步開挖法，隧道開挖斷面劃分如圖3所示。

圖3 三臺階四步法開挖

第一步：先行開挖①部并立即施作周邊初期支護(hù)，①部與②間設(shè)置I22工字鋼作為豎向臨時支撐，邊墻拱腳鉆設(shè)2根鎖腳錨管(鎖腳錨管長5 m，直徑70 mm，壁厚3.5 mm)，導(dǎo)坑底設(shè)置臨時仰拱(I22工字鋼)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

第二步：②部開挖滯后①部約4～6 m(圖示d1)，②部開挖后立即施作周邊初期支護(hù)，邊墻拱腳鉆設(shè)2根鎖腳錨管(參數(shù)同①部)，導(dǎo)坑底設(shè)置臨時仰拱(I22工字鋼)復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

第三步：①、②部開挖20 m后，停止施工，施工第2循環(huán)帷幕注漿止?jié){墻及第2層支護(hù)(雙層支護(hù)的第2層)。開展第2循環(huán)帷幕注漿工作。

第四步：第2循環(huán)帷幕注漿完成后，①、②部繼續(xù)往前施工，并同時開展③部施工，③部滯后②部4 m開挖，完成后立即施工二次支護(hù)。④部施工滯后③部約8 m，④部開挖完成后應(yīng)立即施工二次支護(hù)，及時澆筑仰拱及仰拱填充。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報

3.2.1 掌子面地質(zhì)素描

隨著掌子面的推進(jìn)，需要地質(zhì)工程師對掌子面進(jìn)行持續(xù)的地質(zhì)素描記錄，并根據(jù)掌子面地質(zhì)素描的變化結(jié)合地勘資料進(jìn)行預(yù)測。為可能出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)情況提出預(yù)加固、加強(qiáng)支護(hù)或變更工法的工程措施。

3.2.2 物探超前預(yù)報

采取以地震波探測(TSP)為主要手段，輔以地質(zhì)雷達(dá)探測、紅外探水等物探方法，對隧道及輔助坑道的不良地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地下水進(jìn)行超前預(yù)報[3]。

3.2.3 超前鉆孔探測

結(jié)合三臺階四步法的開挖工法，設(shè)計如圖4所示的鉆孔布置。隧道斷面設(shè)置?108 mm探測鉆孔，孔長30 m，相鄰循環(huán)搭接長度5 m[4]。可根據(jù)探測的地質(zhì)情況采取密布或加深孔深等措施進(jìn)行調(diào)整。某次超前鉆探結(jié)果見圖5、圖6。

圖4 鉆孔布置

圖5 超前鉆孔探測結(jié)果一

3.3 超前支護(hù)

在F4斷層范圍為確保施工安全，采取超前大管棚和超前小導(dǎo)管相結(jié)合的超前支護(hù)方式。其中超前大管棚的縱斷面布置如圖7所示。超前小導(dǎo)管共有兩種形式：拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置的超前小導(dǎo)管和180°范圍外邊墻設(shè)置的超前小導(dǎo)管[5]。

3.4 初期支護(hù)

初期支護(hù)類型采用雙層支護(hù)，第1層初支采用HW175型鋼，第2層初支采用180格柵鋼架。第1層初期支護(hù)鋼架由12個單元組成，第2層初期支護(hù)鋼架由10個單元組成。第1層鋼架單元由HW175型鋼、連接鋼板焊接成型，單元間由螺栓連接，接頭處焊縫高度，腹板9 mm，翼緣12 mm。鋼架在初噴4 cm混凝土后架設(shè)，架設(shè)完畢后須再噴混凝土，并保證不小于5 cm的覆蓋厚度[6]。相鄰鋼架間采用?22 mm鋼筋連接，間距1.0 m，斜向內(nèi)側(cè)布置，并焊于鋼架內(nèi)翼緣處。鋼架縱向連接示意見圖8，雙層初支鋼架位置示意見圖9。

圖6 超前鉆孔探測結(jié)果二

圖7 超前預(yù)支護(hù)縱斷面布置(單位：mm)

圖8 鋼架縱向連接示意圖(單位：mm)

3.5 仰拱及二次襯砌

仰拱超前施工，襯砌緊跟，Ⅴ級圍巖仰拱封閉成環(huán)距離掌子面距離不大于35 m，二襯距離掌子面距離不大于70 m。仰拱施工采用15 m長簡易棧橋，整體式移動模架全幅一次澆筑11.9 m施工[7]。二次襯砌模板采用12 m長液壓模板臺車，HBT60混凝土泵送入模。仰拱、二襯混凝土均一次灌注成型，形成封閉結(jié)構(gòu)，提高襯砌結(jié)構(gòu)的承載力[8]。

圖9 雙層初支鋼架位置示意圖

3.6 監(jiān)控量測

表1為DK87+970沉降觀測部分?jǐn)?shù)據(jù)，觀測累計下沉19.9 mm；表2為收斂觀測部分?jǐn)?shù)據(jù)，觀測累計收斂14.2 mm。觀測時間為2017年4月6日～8月18日。從斷面DK87+970的沉降和收斂數(shù)據(jù)分析，采用該套施工技術(shù)施工隧道是安全的，措施是有效、得力的。

表1 DK87+970沉降觀測數(shù)據(jù)表

續(xù)表

表2 DK87+970收斂觀測數(shù)據(jù)表

4 結(jié)束語

通過巖鷹鞍隧道斷層破碎帶段施工的現(xiàn)場情況來看，斷層破碎帶影響段選用三臺階四步開挖施工工法，通過超前地質(zhì)預(yù)報與超前帷幕注漿預(yù)加固措施，采取雙層初期支護(hù)，實(shí)現(xiàn)了隧道的安全貫通，所采用的施工技術(shù)安全、有效，可供類似工程借鑒。