2018侧导洞开挖和长管棚超前支护在某隧道的应用
[摘要]本文主要介绍了某隧道在与居民供水红线渠正交、整个红线渠渠身均在开挖面内如何进洞。红线渠的位置导致隧道的上部开挖无法进行，且因施工进度要求，必须尽早进洞开挖。因此，隧道洞口采取侧导坑法入洞，导洞开挖支护的同时进行渡槽施工，隧道渡过红线渠之后按照正洞开挖支护方案进行，渡槽施工完成后将红线渠的水引入渡槽中，同时扩挖隧道洞口，采用长管棚和注浆的方法进洞，保证洞口安全。通过侧导洞开挖、渡槽使用和长管棚注浆的方法，确保隧道洞口安全和施工进度。http://
[关键词]侧导洞 长管棚 隧道与水渠正交
中图分类号：U459文献标示码：A文章编号
Abstract: Author research a tunnel which is perpendicular to the ditch of resident water, How excavate when the red line channel is in the body of the excavation section face. The location of the ditch of residential water leading to excavation of the upper part of the tunnel is impossible, and due to the construction schedule requirements, excavate the tunnel as soon as possible. Therefore, resorting the guide tunnel method enter the tunnel. Excavate and support the guide tunnel at the same time aqueduct construction. When pass through the red ditch, the tunnel excavation and support according to designed methods.Lead the ditch of resident water into the愀?W?I攀搀?I???H, which aqueduct???N?`?Q?H?e?I???H??N?`???N???X?雅尸H攀搀. Expand攀?`?H?e愀?`??攀 of the tunnel, apply long pipe roof and grouting method to ensure safety. By guide tunnel and using long pipe roof methods ensure security??`?H?N the tunnel and guarantee the construction schedule.
Key Words: Side of the最?I?挡笈? tunnel Long pipe roof Tunnel intersect the ditch of resident water
一、前言
公路隧道洞口经常会遇到浅埋松散软弱层及破碎围岩带等不良地质段，由于其围岩自稳能力差，加之施工对围岩的破坏扰动，极易造成塌方事故。此隧道在与居民供水红线渠正交、整个红线渠渠身均在开挖面内，因施工进度要求，必须尽早进洞开挖。能否确保安全、顺利、尽早的进洞施工，是此隧道施工的关键所在。
二、工程概况
该隧道位于山区。隧道进口无直接通达的公路分布，隧道总体走向呈南北向曲线展布。洞轴线走向方位角约167°。采用分离式隧道，施工方法采用新奥法。
1.地形条件
隧道整体属中低山地貌区，斜坡、冲沟地形，隧道轴线地面标高588～713m 之间，相对高差约125m，隧道洞室最大埋深116m。进口处为基岩裸露的陡坡地形，自然坡度约为35°～60°，植被较发育，主要为杂草及小灌木丛为主，隧道进口上方与红线渠正交。
2.进口围岩组成与分布情况
隧道进口正交红线渠，渠底坐落在稳定的岩石上，但是渠底坡脚处堆积物为当年红线渠开挖工程的弃渣，其特征为：松散、颗粒大小不均、夹杂着大块孤石、泥、草等物质，遇水易产生滑动，均质性差，各向异性较明显，开挖稳定性难以保证。
3.水文地质条件
隧道进口位于分水岭的下方，仅沿斜坡在大气降雨时有一定地表径流，隧道出口位于冲
作者简介：岳喜军（1983-），男，陕西榆林人，硕士，研究方向：建筑仿生，公路隧道及煤矿巷道安全，E-mail:yuexijun2006@126.com
沟斜坡地形，四周山体汇水区域较大，冲沟是地表水向外排泄的主要通道，隧道出口的斜坡也仅在大气降雨时有一定地表面流。隧道进口上方分布有红线渠，渠内长年性有流水，渠宽约为3.0m，渠深约为2.0m，水深1.0m，流速约为1.5～2.0m/S 左右，水流量约为4.5～6.0m3/s。在隧道设计标高范围内基岩裂隙水总体不甚发育，暂时性地表水体大部分顺冲沟或斜坡坡面向外排泄，地下水不甚发育。
红线渠渠底标高为：584.469，渠顶标高为：587.969；隧道拱顶标高为：588.349，侧导洞洞顶标高：583.891。红线渠渠底深入隧道2.88米，侧导洞洞顶距红线渠渠底1.58米。红线渠断面为梯形，上端面宽为：1.42米，下端面宽为：1.78米，渠深2.50米，水量变化较大，常见水深为0.78~2.13米，雨水季水量更大。不计水流施加的动荷载，可算出由于水渠水流压力为12.48t/延米~34.08t/延米，再加上上方土体和水渠自身质量造成的压力，对隧道左导洞支护的强度和整体性要求较高。（如图2）
4.不良地质条件
隧道进、出口地形较陡，临空面较高，在隧道施工时可能产生浅层的岩石崩塌，需采取相应的支护措施。且红线渠正交该隧道，渠底岩石破碎，易滑塌。
5.洞口工程地质条件
隧道围岩主要由中元古界熊耳群许山组（Pt2x）的安山玢岩组成，属较软岩，在经历长期构造运动和风化剥蚀作用后，岩体节理裂隙发育～较发育，裂隙面大多倾角较大，贯穿性较好，多呈张开、微张状。愈接近地表，风化裂隙和构造裂隙愈发育，无充填或少量粘土或碎石土充填，岩石的完整性受到破坏。山体内岩体结构为层状、块状结构。根据洞口段节理裂隙统计，岩体完整性系数Kv=0.12～0.51，为极破碎～较破碎岩体。
三、某隧道前期侧导洞方案
某隧道施工全过程如下：隧道洞口段边坡加固处理，侧导洞开挖及支护同时进行引水渡槽施工，侧导洞渡过红线渠之后按照正洞设计断面开挖和支护，继续进行引水渡槽施工，引水渡槽性能达到设计要求时，再进行长管棚施工。
某隧道侧导洞支护采用I16工字钢，纵向间距0.8m，φ6.5钢筋网片(间距25×25cm 拱部)，Φ22砂浆锚杆，L=3.0m，超前注浆小导管采用直径42mm，壁厚3.5mm，长度为5m。侧导洞洞顶留有1.5m的距离，注浆后以保证渠底稳固。
从现场施工来看，注浆效果较差，由于洞口岩体是修筑红线渠的弃渣，弃渣为松散、颗粒大小不均、夹杂着大块孤石、泥、草等物质，颗粒之间孔隙较大，注浆没有达到设计的压力，浆液已经从掌子面和侧壁涌流出来，浆液扩散效果和粘结性也比较差，注浆之后导洞围岩强度和整体性没有充分增长，从实时监控量测数据也可以看出开挖之后变形量较大。监控量测数据显示：在2010年9月10洞口开挖到2010年10月11日ZK26+387断面断面累计变形量很大，截止2010年10月10日ZK26+390断面累计水平收敛达到：68mm，变形速度最大为6mm/d，且持续三天，至2010年10月11日，单日变形量达到9mm，有明显不稳定迹象。2010年10月12日用以上支护方法进洞4m后，掌子面左方发生塌方（图一），并在洞顶及红线渠侧边产生裂缝。
图一：侧导洞开挖时掌子面塌方 图二：侧导洞上方红线渠水位状况
经现场勘查后对塌方情况进行紧急处理，处理方案如下：a、采用洞渣在掌子面前方回填一反压平台，形成核心土体，维护掌子面安全，防止塌方进一步扩大。b、清除洞口上方一定范围内的地表土，采用喷浆全部封闭，并采取预加固措施阻断了地表水渗入下部围岩孔隙的通道，对表层松散围岩起到了支护和加固作用。c、在塌空区喷射0.5m厚C20混凝土，并布设2层φ8钢筋网片，网片间距20x20cm；掌子面其它区域喷射10cm厚C20混凝土，并布设单层φ8钢筋网片，网片间距20x20cm。d、超前φ42x3.5mm注浆小导管，注入水泥－水玻璃双浆液，注浆小导管长5米，环向间距40cm，纵向间距2m，与拱架采用焊接连接。e、加强监测力度，增加测点，增强监测频率，保证红线渠安全。
通过对塌空区的处理，塌方附近岩体变形速度降低了，改用水泥-水玻璃双浆液注浆之后，浆液扩散效果和粘结性有较大的提高，注浆之后导洞围岩强度和整体性都有显著增长，某隧道洞口侧导洞的变形大的问题得到有效的控制。
四、某隧道正洞长管棚方案和工艺
1.长管棚支护作用原理
长管棚支护结构式按松弛荷载理论设计，采用套拱作为环后向支点，钢管作为纵向预支撑，将钢管安放在已钻好的孔中沿隧道开挖轮廓线外排列形成钢管棚。长管棚注浆使浆液压入破碎围岩，浆液的胶结作用及对孔隙的充填压密，固结周围围岩并与初期支护型钢钢架组合形成预支护系统。提高了围岩的整体强度，增强了开挖稳定性。长管棚支护适用于极破碎的地层、塌方体、岩堆等地段，堆防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌有显著效果，其特点是支护能力强大，适用于无自稳能力的破碎围岩、浅埋隧道或地面有建筑物的地段。某隧道进口红线渠的居民用水通过渡槽引流后，将红线渠周围的围岩处理掉，再进行某隧道洞口长管棚的施工。
2.施工工艺及参数
施工顺序为：隧道洞口段处理→测量定位→混凝土套拱施作→搭设平台→安装钻机→钻孔(加工管棚钢管)→管棚插入及孔口处理→注浆→导坑开挖支护。（如图三和图四）
图三：某隧道洞口与红线渠图四：某隧道正洞洞口、渡槽和红线渠
(1) 隧道洞口段处理。为便于钻机钻孔，注浆作业，应在作套拱前，应分台阶进行洞口土石方开挖，上台阶高度在起拱线附近作为管棚施作平台，长度应根据钻孔设备和管棚钢管最长节长度确定，在施作套拱范围，由人工修整为设计要求的形状作为套拱底模平台。
(2)混凝土套拱施作。采用C30混凝土套拱做长管棚导向墙，混凝土套拱厚1.0m、长3.0m，套拱内埋设四榀I20b工字钢拱架，导向管采用Ф108mm×4.5mm无缝钢管，工字钢和导向管焊成整体，并用“∏”型Ф16钢筋固定，确保导向管稳定，方向准确。混凝土套拱施作好后与其相临面进行喷混凝土封闭，保证注浆时不跑浆。
(3)钻孔。搭建施工平台，安装钻机，钻机平台由上而下，由中间至两边，根据孔位依次搭好，要求钻机平台搭建牢固，利于安装固定钻机；开孔时，要低速低压，等成孔数米后，再加速加压，钻孔测斜用经纬仪测斜法，成孔一半时侧斜。
(4)管棚插入及孔口处理。钢管采用Ф89无缝钢管，管壁设有Ф12mm溢浆孔，节长3m和6m两种，管棚环间距离40~50cm，方向与隧道轴线平行，同一横断面内接头数量≤50%，相邻钢管的接头至少须错开1m。浅孔段采用人工推进，孔深阻力大时，采用机械推进，为防止塌孔并保证孔向正确，每钻一孔即顶进一根钢管，注一孔浆，钢管就位后加以固定，钢管与导向管间隙用棉纱堵塞，水泥砂浆封堵。
(5)注浆。采用注浆机注浆，按照钻一孔注一孔浆的原则进行，全孔一次压入，注浆参数为：水泥浆水灰比1∶1，注浆初压0.5Mpa～1.0MPa，终压2.0MPa，浆液扩散半径≥0.5m，当注浆量达到设计数量或注浆终压达到2.0MPa而浆液注不进时，再稳压3~5min即可结束注浆。同时，注浆的浆压浓度及压力应根据现场的实际情况进行调整。
3、施工注意事项
(1)根据施钻部位的地质情况，选取合适的倾角角度，仰角过小，将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖轮廓内影响后期施工；仰角过大，管棚离开挖轮廓距离过大，管棚下方的三角土体坍塌增加洞身开挖支护难度。
(2)长管棚注浆超前支护在破碎堆积物中注浆效果较好，但有时管棚之下扩散半径以内的岩体自然脱落形成超挖，由于管棚间距达40cm-50cm，管棚之间的石块及土层经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象。此时，必须及时回填封闭或施作超前小导管注浆进行支护。
(3)钻孔过程中如出现不均匀地质或孤石，为防止偏孔，在两种地层特别是从较软地层到较硬地层或孤石时，必须进行扩孔。
4、长管棚的应用效果
长管棚注浆施工整个过程较为顺利，未有塌方等地质灾害。在长管棚影响区域约30米处，每3m布置一个隧道监控量测断面，在长管棚深入岩体端处布置一个监控量测断面。通过实时监测发现，累计位移值较小，收敛速度缓慢，未见隧道失稳征兆。
五、结论
为了满足施工进度的要求并不影响隧道上方供水红线渠的使用，某隧道洞口采用侧导洞法入洞，导洞开挖支护的同时进行渡槽施工，渡槽施工完成后将红线渠的水引入渡槽中。正洞开挖时采用超前长管棚支护，该支护方式能够有效的加固围岩，很好的抑制地标沉降和拱顶下沉。侧导洞法入洞和超前长管棚支护在该类工程条件下能满足工程设计要求。
参考文献：
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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