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技术文章
 
 

隧道下穿红线渠施工技术分析

2016-6-15 点击次数：[842]
 
    １　工程概况
    岭西隧道所在地位于河南灵宝，为双线分离式隧道（左线：ＺＫ３０＋９１７～ＺＫ３１＋５１４，长５９７ｍ；右线：ＹＫ３０＋９１７～ＹＫ３１＋４８７，长５７０ｍ），隧道总体呈南北曲线走向，纵向轴线走向方位角约１５０°。隧道最大埋深１３２ｍ，属深埋中隧道。
    隧道总体属陡坡、冲沟地形，中低山地貌区。隧道轴线地面标高６５３～８２２ｍ 之间，纵向相对高差约１６９ｍ。隧道依次穿越３座山体，中间分布两条冲沟，沟深约４０～５５ｍ。进、出口处均为斜（陡）坡地形，进口处自然坡度约３０～５０°，出口处自然坡度约３０～４０°，局部略陡。
    基岩裂隙水不发育，大多数地表水沿冲沟或坡面向外排泄。ＺＫ３１＋１５２～ＺＫ３１＋１６２／ＹＫ３１＋１７８～ＹＫ３１＋１８８处地表有红线渠，宽度５ｍ，水深３ｍ，埋深３．５～５ｍ。该段隧道围岩为全～强风化安山玢岩，裂隙发育，岩体敲击呈粉碎状态，碎石状结构，自稳能力差。岩体内无地下水，雨季渗水漏水现象突出，红线渠走向８０°～９０°角，开挖后掉块现象严重。
    ２　施工方案
    施工中通过对浅埋、地表河流水量大的全～强风化安山玢岩进行超前注浆支护，沿开挖轮廓线周围构成特定强度和厚度（３～５ｍ）加固封闭拱的措施达到提高围岩稳定性和自承能力、加固围岩的目的。本施工方案重点考虑的内容为如何减少开挖施工对围岩的扰动。通过综合比较以往施工方案和参考设计文件，拟定施工方案如下：洞身超前大管棚预支护＋环形开挖预留核心土法开挖、支护＋全断面径向注浆＋二次衬砌。
    ２．１　前地质预报
    在施工掌子面距离富水段、浅埋段１５米左右采用ＴＳＰ－２０３系统进行长距离地质预报（２０～－２００ｍ），在距离掌子面５ｍ 左右进行超前钻孔探水，认真作好地质素描和监控量测，及时形成地质信息资料，上报设计部门和建设单位，根据设计部门反馈信息确定施工方案（图１）。
               
    ２．２　超前注浆支护
    超前注浆支护的目的是提高围岩自承能力和稳定性。施工中通过在拱部１２０°范围的开挖轮廓线周围施作１５ｍ超前大管棚，同时对围岩填充水泥－水玻璃双液浆以改善岩体工程特性，达到增强岩体整体性、提高围岩自承能力的目的。
    （１）洞身超前大管棚技术参数
    施工长度：１５ ｍ。钢管规格：热轧无缝钢管Φ１０８×６ｍｍ，节长９ｍ、６ｍ，以丝扣连接而成。施工中９＋６和６＋９组合交叉布置，防止钢管接头在同一平面。管距：环向间距中至中为４０ｃｍ。外插角：考虑到管棚施工中下垂影响，钢管外插角５°～７°。钢管施工误差：环向≯１０ｃｍ、纵向≯２０ｃｍ。
    （２）洞身超前大管棚施工工序
    施工工艺流程见图２，主要工序如下：
                     　
    扩大开挖断面→钻孔平台搭设→安装钻机→钻奇数孔→清孔、验孔→钢花管制安→奇数孔注浆→钻偶数孔→无孔钢管制安→偶数孔注浆。 
    ①扩大开挖断面 
    综合考虑管棚断面尺寸和外插角影响因素，在管棚施工前２～３榀钢架位置开始扩大钢架断面，逐步抬高钢架施工标高至２５ｃｍ 处，确保管棚施工后不侵入二次衬砌界限。
    ②钻孔平台搭设
    钻孔平台选用钢管脚手架一次性搭设牢固，上铺竹脚手板，防止施钻过程中下沉、摆动、位移等影响成孔质量。钻孔施作选用两台潜孔钻机自上而下对称进行，减少施钻时平台晃动。
    ③安装钻机
    采用潜孔钻机成孔。为保证成孔质量，施钻前对钻机准确定位，确保钻杆轴线与孔口轴线吻合。
    ④钻奇数孔
    为了防止缩径导致钢管难以安放，施工中采用直径Φ１２７ｍｍ的钻头成孔，先钻奇数孔。施工前对掌子面进行喷射混凝土封闭，确保注浆过程中不出现漏浆、串浆现象。钻孔施作前先对钻机机械性能进行检查，确定正常后方可开钻。初始钻进时，先低压低速，待钻机转速稳定且成孔２ｍ 后再根据围岩特征逐步调整风压、钻速。
    应保持匀速钻进。在遇到孤石时，更需降低钻进速度，切忌因盲目钻进导致出现夹钻。每成孔２ｍ用测斜仪测定钻孔位置、倾角，同时根据出泥状况及时判断成孔质量和地质情况，并对钻孔过程中出现的问题及时处理。成孔过程中认真记录孔口岩屑情况，由地质工程师对地质情况进行判断、描述。该判定情况作为超前地质预报的辅助资料。
    ⑤清孔验孔
    先以钻头往复扫孔带出较大残碴，后以高压风管深入孔底吹孔，并验孔确保孔深、孔径符合要求。
    ⑥钢花管安装
    钢管连接采用１５ｃｍ 长的丝扣连接，外套箍用３０ｃｍ长的Φ１１４＊９ｍｍ无缝钢管连接（图３）。棚管注浆段上用气割机制作间距１５ｃｍ、孔径１０～１６ｍｍ的梅花型注浆孔，钢管头部制作成圆锥形。尾部止浆段长度１１０ｃｍ，该段钢管不设钻注浆孔。
                       
    钢花管安装先把钢花管送入钻孔内至送不动位置，再用钻机上安装的活动法兰盘低速撞击顶进钢管至设计深度。
    ⑦奇数孔注浆
    浆液制作：采用两个储液桶分别用来配置水泥浆液和水玻璃浆液。水泥浆液水灰比（０．５～１．２５）：１，水灰比在注浆时根据地质情况适当调整。水玻璃通过原料配置成３５波美度。
    注浆参数：
    水泥浆液：水玻璃浆液＝１：０．６
    注浆压力：０．５～１．０ＭＰａ（初始压力），２～２．５ＭＰａ（终止压力）
    浆液扩散半径：４０ｃｍ
    采用ＹＺＢ－１２０／７型液压双液注浆泵，工艺流程见图４双液浆注浆工艺流程图。
                
    注浆次序按照先下部后上部顺序分两次进行。第一次采用减少水泥用量、增加水玻璃用量的低压注浆，注浆压力控制在０．５～１．２ＭＰａ之间，在相邻钢管流出浆液时停止；第二次在首次注浆结束３～５ｈ后进行，采用注浆压力１．２～２．５ＭＰａ的高压注浆，当注浆压力达到２～２．５Ｍｐａ时停止注浆。注浆结束后以Ｍ３０号水泥砂浆封堵管口空隙。
    ⑧钻偶数孔
    偶数孔的施工同奇数孔。
    ⑨无孔钢管制安
    作为注浆质量检查管安装于偶数孔内的无孔钢管在有孔钢管注浆后施作。
    ⑩偶数孔注浆
    在确认注浆效果达到加固效果后，对无孔钢管及四周注浆饱满。施作方法参见有孔钢管。
    ２．３　环形开挖预留核心土法开挖
    该段围岩按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤测量、早成环”的原则，采用正台阶预留核心土法开挖。
    施工工序如下（图５）：
               
    （１）人工环形开挖导坑上半断面，留核心土（上台阶１－１）
    （２）上导坑拱部初期支护（Ⅰ）
    （３）开挖上台阶核心土（核心土１－２）
    （４）下台阶分副开挖（下台阶２）
    （５）下台阶左右边墙初期支护（Ⅱ）
    （６）仰拱衬砌，严禁左右分幅施工（Ⅲ）
    （７）仰拱填充，严禁左右分幅施工（Ⅳ）
    （８）全断面模筑二次衬砌（Ⅴ）
    开挖施工在超前大管棚注浆凝结后施作。上台阶开挖高度５．７ｍ，开挖循环进尺参考钢拱架间距确定在０．８ｍ左右；下台阶开挖高度２．５ｍ，左右两侧开挖距离错开３～５ｍ，开挖循环进尺结合钢架间距控制在０．８～１．６ｍ。开挖后，迅速以喷射混凝土封闭围岩面以减少围岩暴露时间，然后施作初期支护和监控量测。上下台阶纵向距离基本保持在５～１０ｍ，以利于及早落底封闭。
    ２．４　全断面径向注浆
    全断面径向注浆主要是对开挖后的较大渗漏水部位进行再次注浆加强，固结范围为开挖轮廓线外５ｍ左右，以期达到防渗补漏的效果。
    径向Φ４２注浆小导管沿洞身四周布置，管长５ｍ、环向间距１００ｃｍ、纵向间距１００ｃｍ，根据渗水点情况对间距适当调整。拱部和边墙处径向布置，仰拱处垂直布置。仰拱范围内钢花管预留３０ｃｍ埋设于仰拱二次衬砌内，以发挥钢花管的桩基作用。注浆使用ＹＺＢ－１２０／７型注浆泵，注Ｍ３０水泥净浆。注浆操作主要注意以下几点：
    注浆参数：水灰比为０．６～１．０，注浆压力０．５～３．０ＭＰａ。
    注浆顺序：总体按照先底后高、先下后上、先边墙后拱部再底板的原则进行，渗水较大部位按照先少水孔后多水孔、先无水孔后有水孔，有股水流出且流量较大的部位，先四周后中央的顺序进行。
    注浆效果评定标准：径向注浆完毕后围岩渗水量不超过３ｍ３／ｍ·ｄ。
    ２．５　监控量测与分析
    施工中通过地质和支护状态观察、地表下沉、拱顶下沉、周边收敛等必要监测手段对围岩、支护状况进行数字化监控，通过数据的分析处理，预测围岩、支护状况发展趋势，并及时反馈到设计和施工中，起到安全、经济、动态施工的目的。 

    监控量测数据分析一般采用散点图和回归分析方法，监控量测分析主要包括以下内容：
    ①根据量测数值，绘制时态曲线。
    ②采用对数函数、指数函数、双曲线函数等三种函数回归系数试运算，选择回归系数最接近１的双曲线函数作为回归方程，推算最终变形量。
    ③分析结果及时反馈至设计单位，做到动态设计施工。   
    ３　施工注意事项 
    ３．１　洞身超前大管棚施工
    （１）为了保证管棚施工后不侵限和顺利过渡，在管棚施工前２～３榀钢架逐步扩大断面，确保管棚顺利穿过２榀钢架，同时满足净空要求。
    （２）钻孔前，对孔位进行准确定位，逐孔编号。钻进过程中严格控制大管棚倾角、外插角，发现偏差及时纠正，同时做好钻孔记录。
    ３．２　水泥－水玻璃双液注浆
    （１）注浆前进行通水试验，检测注浆泵、注浆管路及接头扣件是否连接牢固，防止爆管伤人。
    （２）注浆前进行现场注浆试验，确定合理的浆液配比及注浆压力，以此为据进行施工。
    （３）注浆时设专人监测压力变化情况，出现异常情况及时处理解决。
    ３．３　台阶法开挖
    （１）弧形导坑开挖原则上选用挖掘机配合人工风镐开挖，对于局部强～弱风化安山玢岩岩层，采用松动控制爆破。
    （２）采用短台阶法开挖，台阶长度１２～１６ｍ，每循环进尺控制在０．８～１．６ｍ，初期支护紧跟开挖面施作。
    （３）钢拱架施工中确保拱脚落于实地上，对于拱脚软弱部位采用混凝土垫块或石块垫起。钢拱架拱脚处设置锁脚锚杆，锚杆同拱架有效焊接，保证焊缝长度和质量。
    （４）下台阶开挖采取左右两侧错开３～５ｍ 开挖，施工中严禁两侧拱脚同时落地和拉中槽施工。
    ３．４　监控量测
    （１）监控量测点位在开挖过程中注意保护，防止挖掘机或爆破飞石碰撞测点，造成测点位移，影响测量数据的准确性。
    （２）在量测数据发生突变时，迅速核实数据准确性，确认围岩突变后，迅速反馈至决策层，启动应急预案。
    （３）通过监测数据的回归分析，预测最终变形量，调整预留变形量。
 
 
 
 
 
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