富水淺埋千枚巖地段地質(zhì)條件下大斷面隧道開挖工法

1、富水淺埋千枚巖地段地質(zhì)條件下大斷面隧道開挖工法摘 要 結(jié)合宣峰嶺隧道DK756+670DK756+740段的施工，闡述了富水淺埋千枚巖地段地質(zhì)條件下暗挖施工技術(shù)，對以后類似工程施工提供一定的參考價值。關(guān)鍵詞富水 淺埋 千枚巖大斷面隧道暗挖施工技術(shù)滬昆高速鐵路是國家戰(zhàn)略性重大交通工程，以高起點、高標準、瞄準世界先進水平建設(shè)。 為適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展要求，基礎(chǔ)設(shè)施按滿足列車設(shè)計速度350km/h的標準建設(shè)，設(shè)計要求 隧道混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命不低于100年，無砟軌道使用壽命不低于60年，規(guī)模大、標準高， 工期異常緊迫。宣峰嶺隧道位于宜春市袁州區(qū)王華村，為全線第二長隧道，是全線控制性 工程，為單洞雙線隧道

2、，斷面面積最大達170余m2，屬于大斷面隧道，其中DK756+670 DK756+740段地表為山間沖溝，洞頂埋深約30m，洞身上方為蓄水水庫，沿沖溝而建。1工程概況宣峰嶺隧道為滬昆客專杭長江西段第二長隧道，全長2191.19m，起訖里程為 DK755+453.81DK757+645。該隧道圍巖主要以千枚巖為主，部分夾片巖，褐灰色、褐色、 灰白色，表層為全強風化，局部地表覆蓋第四系殘坡積粉質(zhì)粘土，線路地下水主要為第四 系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。第四系孔隙水主要分布于谷地、河流及其階地和沖海積平 原的第四系沖洪積砂類土和碎石類土層中；基巖裂隙水分布不均，主要賦存于低山丘陵區(qū)巖 石的構(gòu)造裂隙、

3、層間裂隙以及風化裂隙中，在斷層破碎帶、侵入巖接觸帶、褶皺核部裂隙密 集帶及揉皺強烈發(fā)育帶等儲水構(gòu)造中，水量較豐富；本線經(jīng)過地區(qū)，震旦、寒武、奧陶、石 炭、二疊、三疊等時代地層均含有碳酸鹽巖，巖溶現(xiàn)象發(fā)育，白堊、第三系含鈣巖層亦有溶 蝕現(xiàn)象，巖溶水十分豐富。其中DK756+670DK756+740段洞身相對淺埋段，圍巖類別為V級，該段采用Vb級圍 巖復合式襯砌斷面，超前支護采用超前050雙層小導管預注漿加固，壁厚5.0mm，長度5.0m， 環(huán)向間距0.4m，長度初期支護設(shè)I22a型鋼鋼架，縱向間距0.6m/棉,三臺階臨時仰拱法（設(shè) 臨時鋼架）施工，全斷面采用5m徑向注漿。洞頂埋深約30m，地表為

4、山間沖溝，洞身上方 為蓄水水庫，沿沖溝而建，勘察時，水深約35m。富水地段千枚巖，物探EH-4顯示洞身 DK756+674+723低阻異常，推測為巖體破碎。隧道施工中，地表水庫水易沿基巖裂隙涌入 洞中，隧道施工時應(yīng)加強施工工藝、工法的控制，并采取必要的防滲漏措施以防止水庫靜態(tài) 水下滲、涌入隧道，并導致地表水枯竭等環(huán)境地質(zhì)問題。詳見圖1-1富水千枚巖段平面布置、1-2富水千枚巖段縱斷面布置圖。羽射賦翻耽 顧理卻們豺郵帕項身上;恥礎(chǔ)肉破，曠 蒯北鞘由洲.醐EH-翌祎射1丁肪花1危4羽；0異常寂渤H蛾電 曜虻氏楠時巖甥浦法中曜藐戕械虹工余琮牌枳并 耕娛郵薜鼬蚓城軸粉下g浦暖虹并導親蛛妹驅(qū)耳魅圈L_1

5、1 TVb7D1-2富水千枚巖段縱斷面布置圖2施工方案的選擇常規(guī)的隧道富水地段處理都是采用將洞頂水庫水源排放完畢，由洞頂向洞身注漿施工， 洞內(nèi)強力超前支護后通過。如果將洞頂水庫水源排放完畢施工，經(jīng)現(xiàn)場實際調(diào)查，該水庫水源補給方式較為復雜， 主要補給方式是地表水，但是該處位于一個山凹內(nèi)，會水面積較大，且施工該段時又處于梅 雨季節(jié)，想在短時間內(nèi)將水排完難度較大。該水庫水源負責當?shù)卮迕耧嬎凸喔?，如果將?排放完畢將會造成很大費用開支。由于該處洞頂埋深較深，地勢較為險峻，洞頂注漿費用較大，并且對環(huán)境傷害將是不可 恢復的。經(jīng)現(xiàn)場實際勘測，方案采用洞頂水庫水位監(jiān)測，洞內(nèi)采用超前水平鉆探測前方水源，為 施

6、工提供有力可靠依據(jù)，洞內(nèi)在水量較大，圍巖破碎富水地段采用超強支護通過?？s短臺階 距離，仰拱及襯砌緊跟掌子面，仰拱與掌子面距離保證在30m以內(nèi)，襯砌與掌子面距離保證 在50m以內(nèi)，縮短每個臺階循環(huán)時間。3主要施工方法3.1超前地質(zhì)預報在進入富水淺埋段前，進行超前物探、超前水平鉆探，對該段的地質(zhì)及地下水情況作更 進一步的了解，以確定是否進行掌子面超前預注漿預加固措施。根據(jù)隧道地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，該地段裂隙水比較發(fā)育。因此可能存在突泥涌水現(xiàn)象。 當隧道出水量突然快速上升或出水水壓很大時，即可判定有涌水發(fā)生；如涌水顏色混濁，伴 有泥石等固體物質(zhì)，即可判定有突泥發(fā)生。富水淺埋段施工時采用綜合超前地質(zhì)預報

7、手段探 明掌子面前方地質(zhì)條件，對可能出現(xiàn)涌水突泥的地段采用超前帷幕注漿和局部注漿等堵水措 施。根據(jù)判明的涌水突泥性質(zhì)，采取“大堵、小疏、疏堵結(jié)合，以堵為主和地下綜合治理” 的原則，施工中以超前鉆孔試探，在反坡地段備有抽水設(shè)備，并在隧道內(nèi)設(shè)臨時蓄水箱，用 抽水機將水抽出洞外。3.2開挖方法施工中采用少裝藥、弱爆破、短開挖的施工方法進行開挖，三臺階臨時仰拱法（設(shè)鋼架） 掘進。上臺階以1棉拱架長度每循環(huán)掘進，平均每天兩個循環(huán)，即1.2m/天。中、下臺階均 以2棉拱架長度每循環(huán)掘進。工序流程:為考慮方便機械出渣先拆除上臺階兩棉臨時仰拱， 中臺階向前掘進2棉拱架長度并施作中臺臨時仰拱;上臺階向前施作兩個

8、循環(huán)并及時施 作臨時仰拱；拆除中臺階兩棉臨時仰拱，下臺階向前掘進2棉拱架長度；下臺階施作一 循環(huán)后洞身仰拱及時跟進，以3m為掘進長度進行開挖支護，并及時封閉；及時施作仰拱 二襯及仰拱填充，為二襯施作提供條件；二襯及時跟進。3.2.1上臺階開挖超前雙層小導管超前輔助支護，上臺階高度控制在4m，長度控制在5m以內(nèi)。掘進長度 以1棉鋼拱架間距，拱架落到堅實的基礎(chǔ)，如拱架底部松散則用混凝土澆筑基礎(chǔ)或用鋼板墊 實。拱架底部每側(cè)采用4根鎖腳小導管，并做注漿處理。每掘進一棉拱架即施作臨時仰拱進 行封閉成環(huán)。每進尺5米進行斷面徑向注漿，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定是否必要采用臨時豎撐。Sn圍巖徑向洋漿.一一.掘進縱斷

9、面圖雖然在掘進前期已經(jīng)進行了超前鉆探，但是掘進時一樣要嚴格實施超前加深炮孔，探明 掌子面四周水系發(fā)育情況，以防突水、突泥現(xiàn)象的發(fā)生。洞內(nèi)做好臨時排水系統(tǒng)。對初支后 表面仍存在水流較大時采用鋼花管插打進行集中引排。引排水不得直接通過中臺階臨時水 溝，而使用臨時儲水裝置及水管引排，避免拱腳長時間浸泡，使基礎(chǔ)遇水軟化，承載力下降 或者拱腳懸空，造成安全隱患。在開挖過程中及時進行地質(zhì)素描，了解巖層的節(jié)理發(fā)育情況。中臺階橫斷面示意3.2.2中臺階開挖打設(shè)超前導管，中臺階高度控制在3m,長度控制在15m以內(nèi)。掘進長度以2棉鋼拱架 間距，拱架基礎(chǔ)落到堅實的基礎(chǔ)，如拱架底部松散則用混凝土澆筑基礎(chǔ)或用鋼板墊實。

10、每掘 進一棉拱架即施作臨時仰拱進行封閉成環(huán)，每進尺5米進行斷面徑向注漿。上臺階初支面的漏水應(yīng)有幾種引排措施，不得直接滴到或者流到中臺階，避免中臺階及 以下整體遇水后軟化，造成圍巖自穩(wěn)能力下降。中臺階橫斷面示意3.2.4下臺階開挖下臺階高度控制在3m,長度控制在5m以內(nèi)。掘進長度以2棉鋼拱架間距，拱架基礎(chǔ)落 到堅實的基礎(chǔ)，如拱架底部松散則用混凝土澆筑基礎(chǔ)或用鋼板墊實。下臺階每進尺5米進行邊墻徑向注漿。下臺階開挖并初支完成后進行仰拱開挖并及時封閉，確保初支盡早成環(huán)，形成整體穩(wěn)定性。下臺階示意圖3.2.5仰拱開挖仰拱開挖后對基底進行虛渣清理，及時封閉，以不大于5棉鋼架長度（23m）進尺。每循環(huán)支護封

11、閉后進行斷面徑向注漿。仰拱封閉位置與掌子面距離控制在30m以內(nèi)，并及時 施作仰拱二次襯砌和仰拱填充，以便拱墻二次襯砌的及時跟進。3.2.6二襯襯砌淺埋地段的二次襯砌應(yīng)及時跟進，二次襯砌與掌子面的距離控制在50m以內(nèi)。淺埋段斷 面開挖時，預留變形量控制在3050cm，以防淺埋段周邊圍巖的較大沉降變形造成二次襯砌 厚度不足，給支護結(jié)構(gòu)造成質(zhì)量隱患。3.2.7變形較大地段及時施做臨時豎撐及扇形撐根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控兩側(cè)情況，當沉降變形量速率大于5mm/d，沉降累計值大于100mm時，立 即停止掌子面施工加設(shè)豎撐，繼續(xù)觀測圍巖變形情況，如果變形持續(xù)加大，繼續(xù)加設(shè)扇形撐，豎撐及扇形撐加設(shè)如下圖:臨時豎撐及扇型撐

12、橫斷面圖施工過程中加設(shè)扇形撐施工過程中加設(shè)豎撐4 監(jiān)控量測4.1地表沉降觀測監(jiān)測結(jié)果顯示該段沉降較小，最大沉降為DK756+700斷面中心點，累計沉降為41.2mm，沉降地表沉降觀測點布置見圖4-1。地表沉降觀測數(shù)據(jù)見圖4-2。圖4-1地表沉降觀測點布置示意圖妹的!雄H祗醯九5nn)11列系DK756+700te表沉降趨勢圖o o o o o o o A- o o o o o o.5_0.5.o.5.o.5.o.5.o.5.o.1 - 1 1 2 2 3 oo 4 4 5-寸 T72OZ maeclIoz ITZEIOZ mgEsz 罕早.吁齡 平舄莒 Toa TaeclIoa 9甲翌z gz

13、gloz WEsz T早.房 V72OZ .gaeclIoa甲T-z巖oz 甲 gEsz 早02 IXI8 I甲 m.Tow I甲I罕IEIOZ IE1濘窩 I說 早備oz o?-I2;窩 6甲1”宙跚測時間圖4-2 DK756+700地表沉降觀測數(shù)據(jù)4.2洞內(nèi)監(jiān)測洞內(nèi)主要進行了拱頂沉降和收斂的量測，由于該段埋深較淺，且為V級圍巖，縱向每 5m布置一監(jiān)測斷面，在采用了三臺階臨時仰拱法（設(shè)橫向臨時支撐）增加鎖腳注漿錨管等 措施下，拱頂最大沉降為76mm，收斂最大為65.4mm。初期支護穩(wěn)定。測點布置見圖4-3, 觀測數(shù)據(jù)見圖4-4,4-5。圖例:4拱頂下沉A凈空收斂圖4-3三臺階臨時仰拱法監(jiān)測點

14、布置圖o o o o o o o o o o o o o o o o O 0.5.0.5.0.5.0.5.0.5.0.5.U.5.0.5.0. -1 122 33 4 45 5 66 77 0O 一一寫她點蓉一1 一一61點點1窩 611甲留參 mMIoE 8TE忐TOCM b-TEs-5 i?-teems-e gTE孟 toe gll 甲邕OE 巴出忐tocm 寸 I 忐1ES-Z 骨忐XJS: ml平筲s: 二忐忐IO:M GTE忐1蒿 窣？寫置. 3罕箸待 -源咨 宇8 必.108 *鏟含: 始鏟潸g: 芋甲潸g: 郭甲潸g: 臥件君: 孫鏟泠: 罕7”務(wù) 成 宇7HS 宇7尚g(shù) 玖了宵

15、房 IVT警勇 OVT警境 OVT警勇 帝Tg.T境觀測時間圖4-4 DK756+700拱頂下沉觀測數(shù)據(jù)耽磋+T疝上臺洞內(nèi)收敏趨勢圖+系列150505050505050 -1122334455667 S事號本崢2 :q*件忌 ?早 S.IS;T;鏟件T鏟件懸 早藹懸 竿伊容si 罕砂江T.甲僉富 寸kv.江急 ?育持 .罕.甲僉持 .?僉急 W.江育富 ?砂江急 T.平僉持 一島念懸 、罕&降 莘&B 5罕?. 簿土忐1.燙 西甲7時1富觀測時間圖4-4 DK756+700凈空收斂觀測數(shù)據(jù)5結(jié)語目前宣峰嶺隧道下穿富水淺埋千枚巖段已經(jīng)安全順利的通過。實踐充分證明了，隧道下 穿富水淺埋千枚巖段采用超前物理鉆探、超強支護、加大監(jiān)控量測頻率、對變形較大段設(shè)置 豎撐和扇形撐方案的選擇和實施是切實可行的。與以前的常規(guī)方法相比，該方法具有明顯優(yōu)點：其一，通過超前水平鉆物理探法探明隧 道前方水系發(fā)育情況，根據(jù)水系方案情況確定相應(yīng)的施工方案。其二，超強支護是穿越該地 質(zhì)情況最有效的方法，相比排除地表水和地表注漿節(jié)省了大筆的費用。其三，先進的監(jiān)控量 測方法在實際施工中得到了很好的運用