2018小垅弯隧道施工技术

2460239

　　摘要：小垅弯隧道是渝怀线为数不多的偏压隧道之一，隧道地质结构破碎，裂隙水极发育，V级围岩偏压47m，最浅埋深仅1.8~4m。本课题结合小垅弯隧道地质偏压情况，对地质偏压隧道施工方法、支护及衬砌结构等进行科学分析研究，总结出一整套地质偏压隧道设计和施工理论方法。为今后同类工程提供了指导和借鉴。
http://
　　关键词：偏压隧道，软弱围岩，施工技术
　　一工程概况
　　 小垅弯隧道位于渝怀铁路三十三标段贵州境内，里程+475间，全长352m，偏压段为进出口两端，里程分别为：进口DIK562+123~DIK562+138，偏压15m，出口DIK562+472~DIK562+440，偏压32m，出口外设3m明洞。此两段地表层为2m厚的陈旧性坡积石，极其松散，裂隙水发育；其下为褐色麻岩加页岩，岩质破碎，风化极其严重，自立性差属V级围岩。
　　 本隧道进出口段埋深较浅，且都处于偏压地段，最浅处埋深仅为1.8m~4m。隧道地质结构复杂，断面形式变化多达7次。根据设计提供的资料，黔东南地质灾害较多，极易发生滑坡事故，因此在施工中必须反复优化施工方案，确保万无一失。
　　二偏压段的施工方案
　　 为确保隧道进、出口段围岩稳定和施工安全，对进口段长度15m和出口段长度32m采用地表加固和增设超前小导管联合钢格栅加强支护的双重措施，尽量保证围岩应力的平衡，以保证洞门的顺利施工。
　　 地表加固：采用L=2~4m长的Φ22锚杆挂网喷砼厚10cm。
　　 洞内支护：采用Φ40超前小导管预注浆固结地层，四肢钢格栅及锚网喷砼厚20cm初期支护。
　　 2.1地表加固
　　 洞口仰坡约为45度，最薄处距洞顶1.8m，覆层为层厚5~15cm褐色泥岩夹杂有坡积碎石，整体性极差。采用2~4m长锚杆挂网喷砼加固，锚杆间隔1m梅花形布置共128根。见图1、2：
　　2.1.1施工重点
　　 ① 地表锚杆主要作用抵抗偏压应力，通过自身的锚锁力，使地表偏压层与尽可能深的基岩连成整体，在基岩上生根，将偏压应力通过锚杆传至深层基岩。因此锚杆施工时务必与地面垂直，锚固剂填塞长度以杆长二分之一为宜。锁门锚杆主要作用抵抗松散围岩的前倾力，增强正面边坡的稳定性。
　　 ② 经过准确放线，在洞门口立第一榀钢格栅，锚杆固定。钢筋网片向下拉通与第一榀护门格栅及正面锁门锚杆焊接，喷射砼厚10cm，使仰坡、洞门成为一个整体，增强洞门抗位移能力。立护门格栅的积极意义在于为打超前小导管、开挖洞门提供了一个刚性骨架支撑。
　　 ③ 把地表锚杆、锁门锚杆、护门格栅、钢筋网片所焊接而成的巨大钢支护体系，喷射砼厚10cm，形成了一个坚固的壳体，又通过锚杆深层固结与基岩上，这就把松散的偏压围岩固结成稳固的整体。基本上杜绝了滑坡事故的可能性。
　　2.2洞内施工
　　 经过开挖后围岩现状的分析决定：开挖采用微短正台阶法；衬砌为先拱后墙法；选用超前小导管及锚喷钢格栅作为施工支护。
　　 2.2.1开挖
　　上导坑由于V级围岩比较松软，为保证进洞安全，在开挖时先对洞门进行预先加固。
　　
　　
　　 沿护门钢格栅外轮廓线打入Φ40小导管进行预先注浆加固。注浆压力0.5MPa，浆液为1：1的水泥浆，小导管间距30cm，L=4m，外插角5?~10?，纵向相邻搭接。搭接长度不得小于200cm，注浆后待浆液硬化后使较松软的围岩形成一个硬化的加固圈，在此圈的保护下进行开挖。
　　 由于洞口围岩比较松散，开挖时以风镐为主要作业手段。上导台阶开挖长度为3m，开挖高度为2.5m，以方便人工施工为易。开挖时先沿护门钢格栅内轮廓掏进，核心土坚决不能动，开挖后立即进行施工支护，安装四肢钢格栅。注意用虚渣盖住格栅拱脚垫板，以方便与下导格栅相连。
　　 ① 安装前三榀格栅时一定要把格栅、超前小导管、伸入洞内的地表锚杆焊成一个整体，整合三者不同的支撑作用形成一个立体的钢筋骨架，牢牢地锁住洞口。
　　 ② 打小管棚时由于风枪的结构尺寸和格栅架立作用的影响，管棚往往向上斜挑，以致开挖后在纵向削切力的作用下行成扇形临空面，格栅顶部与管棚面总有15~50cm的间隙（图5）。
　　 对此间隙的处理要高度重视，绝对要挂网分层喷填密实。太多的经验教训告诉我们，大多数事故的根源源于拱部的持续变形！
　　 ③ 对于特别软弱的泥石段要采取逐步支护法，如DIK562+468段。此段为软泥夹石段，植物根系在竖向形成一个个贯通的滑动面，整个侧壁几乎无自立性。支护时把格栅分成几段来安装，先稳固两拱脚再逐渐向拱部合围。事先要准备木排架做支撑用。
　　
　　
　　 ④ 要保证小导管超前支撑至少2m以上，充分发挥小管棚立杆见影的支撑作用。因为此时浆液凝固形成强度尚需时间，而刚性管棚却能立即承受上部荷载，在刚性管棚的保护下施工不需任何停顿。
　　 ⑤ 注意保留核心土1.5m以上，以加强对掌子面的支撑力。对较硬的岩层以
　　 松动爆破为主，周边眼不装药间距20cm，爆破后以便沿周边眼形成断裂面，新掌子面形成后立即喷砼封闭以阻止掌子面的变形。
　　 大腰线、下导坑施工
　　 软弱围岩侧壁自立性较差，故分大腰线、下导坑两部施工。下导坑滞后大腰线7~8m。
　　 大腰线开挖时两侧壁要前后施工，间距最小保证3m。一侧一次开挖长度不能超过2个拱脚。拱脚暴露过多极易造成上部格栅受力不均匀，问题严重时可引起喷砼表面开裂、变形以致失稳。开挖后立即安装格栅支护，Φ22锚杆锚固，格栅相互间用Φ20钢筋焊接。喷射C20砼，喷砼前应对沙子、米石进行清洗，现场试验速凝剂的掺入量。喷射时自下而上，先喷格栅间的凹处再喷网后，纵向按蛇形进行喷射，喷头转动半径一般在15cm左右，喷射2h后要洒水养护。第一次先喷成肋条状，待下一榀格栅喷砼时回头喷平。
　　 下导开挖时也分两侧壁前后施工，间距最小保证3m。一侧一次开挖长度不能超过2个拱脚。开挖后立即安装格栅支护，Φ22锚杆锚固，格栅相互用Φ20钢筋焊接,喷射C20砼。下导部分地段已先露出青灰色粗粒花岗岩，布炮时周边眼间距以30cm为宜，炮孔直径32mm，炮眼长度L=2m，装药集中度=0.09Kg/m，Φ25乳化炸药间隔装药，周边眼以松动开裂为目的最后起爆。由于地层情况变化很大，甚至每一米都不一样，要用工程类比法随时调整周边眼设计参数，在保证“爆的下”的前提，力求扰动最小。
　　2.2.2初期支护
　　 初期支护是偏压隧道施工的重中之重，因此施工支护应紧跟开挖，每开挖0.8m，支护0.8m，同时支护必须符合设计要求，不能侵入二衬断面。
　　 上导开挖时，我们采用Φ40超前小导管注浆、四肢钢格栅及喷锚、挂网支护。四肢钢格栅由Φ22罗纹钢筋制成，安装后沿每米高度两榀间设Φ22拉接筋一道，使钢格栅形成整体。锚杆用Φ22罗纹钢筋，L=3m，间距0.8m*1m，（纵向*环向）树脂锚杆。挂Φ8钢筋网片，间距20cm*20cm，喷射砼厚25cm，以包住钢格栅为易。支护时要加强喷射砼的厚度，使钢格栅、网片、锚杆形成一个整体，充分发挥它们的联合支护作用。
　　2.2.3二次衬砌
　　 仰拱成型后立即进行二次洞身衬砌，在二衬内设Φ14双层钢筋网片，边墙、拱部一次成型。网片间距20cm*30cm（环*纵），钢筋保护层厚30mm。二次衬砌紧跟开挖面，容易受到围岩收敛应力的影响，二次衬砌未达强度就承受过大压力，容易造成砼损伤。衬砌内合理布置钢筋就是积极的预防措施，用钢筋骨架来抵抗早期的收敛应力，确保偏压隧道施工安全。
　　
　　三几点体会
　　 偏压隧道通过软弱地层采用地表加固法，我们认为对平衡偏压应力、固结岩体都有非常好的作用，不但保证了施工安全，而且对多雨地区的地表防水也有良好的作用。
　　 施工时必须做到“短开挖、少扰动、强支护、早成环”的施工原则，随开挖，随支护。以策安全。
　　 初期支护是保证偏压隧道通过软弱地层的关键所在，只有加强初期支护，保证小导管的搭界长度，加强砼喷射厚度，才能更充分发挥钢格栅、锚杆、网片的联合支撑作用。
　　 隧道施工监测是一项繁琐而细致的工作，施工能否在安全的前提下顺利进行，施工监测起到了很重要的作用。
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。