徐昆杰 袁楓杰

摘? 要：大管棚支護方式是保證隧道安全穿越多裂隙地層，軟弱破碎帶等不良地質(zhì)作用發(fā)育段的有效手段。本文以雞公咀隧道為工程實例，運用地質(zhì)雷達超前預報探測手段，并結(jié)合工程經(jīng)驗與分析，有效預測了鉆孔施工過程中可能存在的塌孔、掉渣等問題及其可能發(fā)生的位置，并對清孔設(shè)計進行優(yōu)化，有效指導了現(xiàn)場施工工作。這優(yōu)化設(shè)計在很大程度上緩解了被動清孔的盲目性，提高了施工效率，對該施工技術(shù)的發(fā)展具有較大的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：淺埋隧道;大管棚施工;清孔;優(yōu)化

中圖分類號：TD321 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

1 研究背景

多裂隙地層淺埋隧道施工中，大管棚設(shè)計的采用十分常見。大管棚支護是隧道通過多裂隙地層，軟弱破碎巖體等不良地質(zhì)地段開挖時的一種超前支護。在多裂隙地層淺埋隧道大管棚施工中，無論是目前較新的跟管技術(shù)，還是較老的手段，都不可避免的存在需要清孔的環(huán)節(jié)。

而由于鋼管清孔存在不確定性，其退鉆清孔米數(shù)的確定和清孔的設(shè)計大多取決于鉆孔設(shè)備的配置和施工經(jīng)驗，這種不可控的經(jīng)驗判斷給施工帶來了極大阻礙，輕則影響施工進度，重則危害工程質(zhì)量。

本文結(jié)合新建重慶鐵路樞紐東環(huán)線DHZQ-4標段雞公咀隧道的大管棚施工中的實際問題，立足于地質(zhì)科學，保證了施工質(zhì)量，做到科學管理[1]。

2 工程簡介

雞公咀隧道為上下層重疊隧道，下層為東環(huán)正線雙線隧道，中心里程DK63+911.375，全長472.75m。

全隧除DK63+935-DK64+010段為75米Ⅳ級圍巖外，其余400余米皆為Ⅴ級圍巖。出口端DK64+100-DK64+065處為導大管棚超前支護（圖1），共設(shè)計48根鋼管，每根長35米。

下層隧道大管棚施工過程中，出現(xiàn)孔內(nèi)掉渣，卡管現(xiàn)象嚴重。退管清孔，重新送管至原位置后幾米后，仍出現(xiàn)卡管現(xiàn)象。個別孔的卡管現(xiàn)象嚴重，退管耗時耗力，嚴重影響施工進度，甚至出現(xiàn)送不到設(shè)計長度又退不出管的隱患。

3 原因分析

孔內(nèi)部分地段發(fā)育節(jié)理縫，巖石易破碎掉渣，在送管過程中，管頭及孔內(nèi)管身部分擾動節(jié)理縫中易破碎巖土，導致掉渣，甚至塌孔。在節(jié)理縫少的孔中，掉渣量少或不足以卡管，整體上不影響送管進度;在節(jié)理縫密集的孔中，在送管過程中的掉渣會隨著穿過節(jié)理縫的增多而累積，從而塌孔或卡管。

由于未科學設(shè)計退管清孔設(shè)計米數(shù)，該處大管棚全部孔號的退管清孔均按現(xiàn)場施工經(jīng)驗安排，這種“送不進就退管清孔”的做法具有臨時性和盲目性，導致退管米數(shù)設(shè)計不合理：部分孔號的退管米數(shù)正處于節(jié)理縫中，退管清孔后，重新送入的鋼管會導致前次未影響、未充分掉渣的地段，從而繼續(xù)出現(xiàn)塌孔或卡管的現(xiàn)象[2]。

4 研究方法

根據(jù)實際施工現(xiàn)場地質(zhì)特點，通過進行充分的野外數(shù)據(jù)收集和整理，運用地質(zhì)雷達手段，查明施工地段地質(zhì)背景，根據(jù)節(jié)理分布位置合理設(shè)計退管細孔米數(shù)，以提高大管棚施工效率，達到科學施工[3]。

5 超前地質(zhì)分析

5.1 地質(zhì)背景

出口端DK64+100處出露巖性為T3xj砂巖及頁巖，砂巖：淺灰～灰白色（弱風化或未風化）和土黃色（強風化），中厚～塊狀，中～細粒結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，礦物無定向性。頁巖，灰褐色～黑褐色，泥質(zhì)膠結(jié)，局部夾煤線。同砂巖產(chǎn)狀，薄層狀夾于砂巖之間。

該處發(fā)育兩組節(jié)理J1：節(jié)理面閉合，無填充。其中，J2經(jīng)過后期經(jīng)歷構(gòu)造運動形成斷裂，與圍巖接觸部位出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，砂巖中礦物開始出現(xiàn)定向性，節(jié)理面風化嚴重，局部發(fā)育裂理、泥化，出現(xiàn)擦痕，導致同產(chǎn)狀裂隙發(fā)育，如圖2所示。

5.2 掌子面地質(zhì)雷達

為準確了解DK64+100～DK64+065段地質(zhì)情況，本文采用地質(zhì)雷達對DK64+100～DK64+070進行探測，以查明巖石裂隙發(fā)育程度及分布部位。

本次研究采用中國電波傳播研究所所生產(chǎn)的LTD-2100型高速地質(zhì)雷達，配備主頻為100MHz的天線對隧道掌子面前方的圍巖進行探測。介電常數(shù)設(shè)7.5，測程參數(shù)設(shè)為580ns，掃描速度16，采樣點數(shù)1024。

進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時，將天線貼緊掌子面沿AB測線從左側(cè)向右側(cè)緩慢勻速地移動，同時采集數(shù)據(jù)，采用點測方式，測點間隔10～15cm，測線長度約為8m。

6 結(jié)果分析

地質(zhì)雷達發(fā)現(xiàn)，施工處巖石巖性均為 T3xj 砂巖，風化程度為強風化，節(jié)理裂隙極其發(fā)育。強風化的砂巖呈土黃色，較前者相比易碎。其節(jié)理縫中巖石呈土渣狀，用手一碰即碎。該節(jié)理縫的存在是導致大管棚施工過程中掉渣、塌孔和卡管的主要原因。預報雷達探測深度為 30 m，結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)資料，將整個施工部位分析（圖3）如下：掌子面前方探測范圍內(nèi)，雷達回波能量異常較強，局部反射明顯，同相軸連續(xù)性差，結(jié)合掌子面地質(zhì)情況推測對應(yīng)段落圍巖與掌子面基本保持一致，主要為強風化砂巖，巖質(zhì)較軟，遇水易軟化崩塌，暴露易風化崩解，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖完整性及穩(wěn)定性差，自穩(wěn)能力差，易掉塊崩塌。節(jié)理分布分析如圖4左下為DK64+100～DK64+070大管棚施工段節(jié)理分布圖，紅線表示節(jié)理，粗紅線代表節(jié)理密集，細紅線代表節(jié)理稀疏。圖右地質(zhì)雷達分析結(jié)果，紅線框體表示巖石介質(zhì)變化較大（裂隙）部位;圖左下為DK64+100～DK64+070大管棚施工段節(jié)理分布圖，紅線表示節(jié)理，粗紅線代表節(jié)理密集，細紅線代表節(jié)理稀疏[4]。

圖4 地質(zhì)綜合分析圖

7 優(yōu)化設(shè)計

由于中-弱風化部位節(jié)理縫中的巖石強度與整體強度差異不大，故暫不涉及優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，略有卡管現(xiàn)象時，一般鋼管已穿過3-4處密集發(fā)育

的節(jié)理縫。故設(shè)計如下：20-25號孔，于18米處設(shè)計退管清孔;25-30號孔，于12米處設(shè)計退管清孔;30-48號孔于18米處，24米處設(shè)計退管清孔?，F(xiàn)場施工驗證了地質(zhì)探測準確性，提高了大管棚施工的效率、質(zhì)量[5]。

8 結(jié)論

本文通過現(xiàn)場測試、數(shù)值模擬等手段，對雞公咀隧道淺埋段復雜破碎圍巖大管棚施工清孔技術(shù)進行了詳細的研究，結(jié)論有：（1）通過現(xiàn)場超前地質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育是導致大管棚施工過程中掉渣、塌孔和卡管的主要原因。（2）根據(jù)地質(zhì)分析結(jié)果，通過數(shù)值模擬分析，得出最佳的清孔施工位置和時機，并很好地應(yīng)用于現(xiàn)場，現(xiàn)場施工驗證了模擬的準確性，大大提高了大管棚施工的效率，保證了大管棚施工的質(zhì)量。

參考文獻

[1]白太亮.富水砂層隧道超前大管棚支護技術(shù)優(yōu)化研究[J].鐵道建筑，2014（12）：60-63.

[2]黨榮.隧道大管棚超前支護施工技術(shù)研究[J].黑龍江交通科技，2015，38（3）：66+68.

[3]耿大帥.探析大管棚施工技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2017（49）：243-244.

[4]黃昌富.超前支護大管棚的導向跟管鉆進技術(shù)[J].巖土工界，2007（1）：78-80.

[5]馬卓軍.淺埋隧道中管棚超前支護的優(yōu)化設(shè)計[J].天津建設(shè)科技，2004（3）：36-37.

收稿日期：2020-01-22

作者簡介：徐昆杰（1980—），男，四川儀隴人，本科，中級工程師，研究方向：隧道地質(zhì)災(zāi)害防治。

通訊作者：袁楓杰（1992—），男，四川南充人，碩士研究生，中級工程師，研究方向：隧道與地下工程方向。