宜萬鐵路邊家灣隧道淺埋軟弱圍巖施工技術(shù)探究

1、宜萬鐵路邊家灣隧道淺埋軟弱圍巖施工技術(shù)探究    【摘要】以宜萬鐵路邊家灣隧道為實例，介紹了淺埋軟弱圍巖隧道的施工方法、施工中發(fā)現(xiàn)的問題、采取的對策及取得的經(jīng)驗。 【關(guān)鍵詞】隧道，淺埋，軟弱圍巖，施工技術(shù)探究 1、前言 淺埋、軟弱圍巖隧道，地質(zhì)、地形情況復(fù)雜，在施工過程中，會出現(xiàn)各種不安全因素。宜萬鐵路邊家灣隧道淺埋軟弱圍巖段施工過程中，隨著掌子面開挖，地表及洞內(nèi)產(chǎn)生縱、橫向裂縫，初期支護(hù)出現(xiàn)開裂，鋼拱架扭曲變形，對施工安全產(chǎn)生極大的威脅，本文就如何采取對策減少裂縫及收斂變形，調(diào)整施工方案，確保施工安全，進(jìn)行介紹。 2、工程概況 新建宜（昌）萬（州）鐵路

2、第九標(biāo)段邊家灣隧道位于湖北省長陽縣賀家坪鎮(zhèn)境內(nèi)，為第線單洞隧道，隧道全長1329m。隧道出口DK70+406DK70+616段為淺埋軟弱圍巖段,其地質(zhì)情況是:第四系全新統(tǒng)坡積的粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化第三系砂巖，黏土土質(zhì)較勻，濕潤，稍密，土黃色，級普通土，0=140KPa；強(qiáng)風(fēng)化砂巖，破碎成碎塊狀，級硬土，0=360KPa；平均埋深6.4m，穩(wěn)定性差，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理密度小，多以順層剪節(jié)理性質(zhì)的構(gòu)造裂隙露出，在施工過程中易發(fā)生崩塌、掉塊、側(cè)壁失穩(wěn)等不良地質(zhì)災(zāi)害，危及施工安全。 3、設(shè)計支護(hù)參數(shù) 42超前小導(dǎo)管，長4.0m，環(huán)向間距為40cm，縱向搭接長度為1.0m；20b工字鋼間距為3榀/2m；2

3、2砂漿錨桿間距為1.2m×1.2m，長度為3.5m；6.5×8鋼筋網(wǎng)(全斷面)，網(wǎng)格尺寸20cm×20cm；C25噴射砼厚度為27cm；二次襯砌為C35鋼筋混凝土，厚45cm；42鎖腳小導(dǎo)管長4.0m，每榀拱架8根。預(yù)留變形量為13cm。 4、施工方案 根據(jù)設(shè)計的圍巖級別及支護(hù)參數(shù)，采取的施工方案如下： 4.1超前小導(dǎo)管結(jié)合套拱進(jìn)洞 套拱內(nèi)采用20b型工字鋼，間距為50cm，共4榀，最內(nèi)1榀盡量緊靠邊坡，工字鋼之間采用雙層22鋼筋連接，鋼筋環(huán)向間距為100cm。42超前小導(dǎo)管預(yù)注水泥漿加固圍巖，小導(dǎo)管與工字鋼焊接，套拱采用40cm厚C35混凝土澆注。套拱拱腳落在堅

4、實的基礎(chǔ)上，拱腳橫向焊接1.5m長20b型工字鋼，拱腳混凝土橫向?qū)?m，厚3m，防止下沉。 4.2三臺階七步作業(yè)法洞身施工 上臺階高度控制在2m，長度23m，中臺階高度3m，長度為35m，下臺階高度35m，長度58m，每循環(huán)開挖長度為0.5m；開挖采用風(fēng)鎬或挖掘機(jī)開挖，必要時輔以弱爆破。形成超前支護(hù)、開挖、初期支護(hù)、仰拱填充、二次襯砌、整體推進(jìn)的施工格局。 工序間距仰拱離掌子面距離不超過25m，襯砌離掌子面距離不超過70m。三臺階七步作業(yè)法的施工工序如圖1所示。 5、施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題 5.1地表與洞內(nèi)貫通的裂縫 掌子面開挖至DK70+486.5時，地表開始發(fā)現(xiàn)裂縫，開挖至DK70+475.

5、25時，洞內(nèi)也出現(xiàn)裂縫，地表裂縫隨著掌子面開挖，繼續(xù)向前發(fā)展，此時襯砌采取跳打方式已施工完DK70+493.55DK70+502.55。 5.2洞內(nèi)初期支護(hù)變形大 上臺階開挖后，拱頂下沉明顯，拱腳收斂變形較?。恢?、下臺階開挖后，仰拱施工前，拱頂下沉、拱腳收斂變形加?。谎龉笆┕ず?，變形速率趨緩，但仍未趨穩(wěn)定。經(jīng)持續(xù)觀測發(fā)現(xiàn)，DK70+510拱頂下沉累計16.5cm，水平位移累計11cm；DK70+500拱頂下沉累計16cm，水平位移累計9cm，表現(xiàn)為鋼架扭曲，噴層開裂、剝落掉塊。收斂變形及拱頂下沉速率一般為420mm/d。 2006年4月16日至2006年6月27日，對DK70+525DK70+

6、480段的洞內(nèi)拱頂下沉和地表沉降監(jiān)測結(jié)果見表1、表2，典型斷面洞內(nèi)拱頂下沉及地表沉降隨時間的變化曲線如圖1和圖2所示。表1和圖1可知此段洞內(nèi)各拱頂下沉點累計沉降量在120170mm之間，隧道的總體變形量較大，日平均沉降速率也較大，最大達(dá)30mm/d。從表2和圖2可知此段地表中心位置點下沉累計沉降量為3896mm，隧道的總體變形量較大，日平均沉降速率最大為8mm/d。 5.3變形原因分析 試驗表明：邊家灣隧道出口段軟巖的軟化系數(shù)為0.540.56，該軟巖遇水易崩解軟化，加之本地區(qū)雨量充沛，地下裂隙水較發(fā)育，與地表沖溝相對應(yīng)的洞身圍巖和相對埋深較淺地段一般極破碎，裂隙貫通，滲漏水嚴(yán)重并持續(xù)時間長，

7、結(jié)構(gòu)松弛，吸水膨脹泥化，力學(xué)強(qiáng)度降低。 初期支護(hù)開裂表明：盡管覆蓋層不是很厚，由于軟巖的松弛變形，巖體仍難以自穩(wěn)，軟巖呈現(xiàn)軟塑狀，其蠕變特性進(jìn)一步顯現(xiàn)出來，變形速率衰減緩慢，導(dǎo)致隧道凈空持續(xù)壓縮，裂縫寬度隨時間逐步增加，對施工安全造成威脅。 裂縫和變形也進(jìn)一步說明了，采用的支護(hù)參數(shù)和支護(hù)措施需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化和加強(qiáng)。 6、施工對策 6.1暫停掘進(jìn)，進(jìn)行臨時支撐搶仰拱，跳打襯砌，及時封閉 掌子面開挖至DK70+475.25時，由于收斂未趨穩(wěn)定，立即停止掌子面掘進(jìn)，上臺階已施工的初期支護(hù)用枕木垛支撐。中臺階已施工的鋼拱架用工字鋼橫向臨時支撐加固，工字鋼之間縱向連接。迅速施作仰拱，每次仰拱施工長度為

8、3m，仰拱離掌子面距離不超過10m，5天內(nèi)全部完成。 軟巖隧道前期變形速率大，變形時間長，且圍巖壓力大，圍巖壓力以形變壓力為主，松動壓力所占比例很小。根據(jù)施工實踐，二次襯砌施作可不必受規(guī)范的0.2mm/d的限制，否則勢必延遲二襯施作時間，使變形不易控制，造成支護(hù)變形侵限甚至造成坍塌。稍早施作二次襯砌來承擔(dān)部分因初期支護(hù)不足而產(chǎn)生的荷載對軟巖大變形隧道是可行的，對安全也是有利的2。 當(dāng)?shù)乇黹_始出現(xiàn)裂縫時，襯砌離掌子面距離為59.5m，按順序施工，9m臺車需20天以上，因此采取跳打襯砌方式，切實加強(qiáng)施工過程控制，加快施工進(jìn)度。當(dāng)掌子面開挖至DK70+475.25時，DK70+493.55DK70+

9、502.55段二次襯砌已施工完成。 掌子面暫停施工后，二襯繼續(xù)施工DK70+493.55DK70+484.55段，距掌子面9.3m，然后倒著施工中間未襯砌段，21天完成。 6.2增加導(dǎo)管、初期支護(hù)背后注漿加固 初期支護(hù)開裂部位及拱架連接處采用4m長42小導(dǎo)管注漿加固，每榀拱架左右側(cè)各增加4根小導(dǎo)管，盡量與拱架焊接。初期支護(hù)由于下沉及變形，背后存在不密實情況，在拱頂打眼注漿加固，經(jīng)加固后收斂變形明顯變緩。新作初期支護(hù)繼續(xù)堅持注漿加固，以增強(qiáng)初期支護(hù)的整體性。 6.3掌子面前方地表注漿加固 在襯砌施工期間，為了確保洞身繼續(xù)開挖施工安全，加固巖體，減小圍巖變形量，對掌子面前方洞頂?shù)乇?0（縱向）&#

10、215;25（橫向）m2范圍進(jìn)行42mm小導(dǎo)管注漿加固，孔深6m，間距為2m，按梅花型布設(shè)。 6.4調(diào)整繼續(xù)開挖支護(hù)參數(shù)，增加縱向托梁，加強(qiáng)拱架縱向連接 支護(hù)設(shè)計必須采用讓壓與加固、支護(hù)相結(jié)合的方法。對大變形要讓得適度；對于軟弱部分，要進(jìn)行加固調(diào)整；對于圍巖整體，要支護(hù)得住3。因此將預(yù)留沉落量增加到30cm。 42超前小導(dǎo)管，調(diào)整為雙排，排距為30cm，搭接長度為1.5m，每排布置情況不變。20b工字鋼間距調(diào)整為1榀0.5m；22砂漿錨桿間距調(diào)整為0.5m×1.2m，長度為4.5m，保證系統(tǒng)錨桿與拱架焊接，以增強(qiáng)初期支護(hù)的整體性。鋼筋網(wǎng)間距調(diào)整為8×8（全斷面），間距20c

11、m×20cm。42鎖腳小導(dǎo)管每榀拱架調(diào)整為12根。同時由于部分初支侵入襯砌，將襯砌混凝土強(qiáng)度提高一個等級。 中、下臺階開挖后，鎖腳小導(dǎo)管注漿使土體含水量增大，拱頂下沉明顯增大，為減小拱頂下沉，在拱腳增加一根工字鋼縱向托梁，托梁之間及托梁與拱架之間均采用螺栓連接。同時為減少環(huán)向裂縫，增加縱向連接筋，環(huán)向間距調(diào)為50cm，連接筋與拱架之間采用掛鉤滿焊連接。 6.5調(diào)整工序銜接距離 根據(jù)隧洞圍巖位移的線彈性分析，毛洞圍巖距隧洞開挖面2D（D為隧道跨度）時，掌子面對其約束效應(yīng)已消失，軟弱巖體主要表現(xiàn)為流變特性4。因此將開挖調(diào)整為超短三臺階施工，每循環(huán)開挖長度為0.5m，各個臺階施工長度取最小

12、值。一旦上臺階開挖達(dá)到10m，立即停止掘進(jìn)，用枕木垛支撐；取消中臺階、下臺階，直接開挖到上臺階；仰拱立即跟進(jìn)，然后每7m施工一次二襯。保證仰拱離上臺階長度不超過10m，二襯離掌子面距離不超過20米（2D=25m）。 6.6調(diào)整開挖方法 爆破震動大，容易產(chǎn)生裂縫，爆破后，拱頂下沉及水平位移等急劇增大，由于施工需要，盡量采用弱爆破，減少對圍巖的震動，避免產(chǎn)生裂縫，然后挖掘機(jī)開挖，最后人工用風(fēng)鎬修邊。 7、結(jié)論 7.1淺埋軟弱圍巖隧道，應(yīng)提高支護(hù)剛度，同時支護(hù)體結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計，應(yīng)與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結(jié)合，與圍巖變形及強(qiáng)度相匹配。初期支護(hù)背后注漿加固作用明顯，建議在以后淺埋軟弱圍巖設(shè)計中增加初支后注漿。 7.2工序銜接距離，應(yīng)盡可能縮短，等圍巖收斂穩(wěn)定后再施工二次襯砌顯然是要不得的，洞身開挖后，盡量在20天內(nèi)施工完二次襯砌。為防止襯砌開裂，可適當(dāng)增加預(yù)留沉落量，提高混凝土防裂性能及強(qiáng)度等級。 7.3淺埋軟弱圍巖隧道施工過程中，地表沉降、洞內(nèi)位移量測及超前地質(zhì)預(yù)報對指導(dǎo)施工作用重大。 7.4加強(qiáng)拱架的縱向連接及增加縱向托梁，有利于提高支護(hù)剛度，減少環(huán)向裂縫和沉降。 7.5軟弱圍巖施工中，必須遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、緊襯砌”的