淺談隧道斷層破碎帶施工

秦　鎮(zhèn)

摘要：本文根據(jù)工程實(shí)例論述了隧道斷層破碎帶施工工藝原理及施工要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管；施工；支護(hù)

某隧道系雙線隧道，全長(zhǎng)3290m，施工出口端DIK47+610-DIK48+974段，長(zhǎng)1364m.其中DIK47+880-Dm48+040段通過(guò)Ⅱ類圍巖斷層破碎帶，巖性主要為片巖、頁(yè)巖、砂巖且?jiàn)A薄層泥灰?guī)r，節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育，層面交錯(cuò)，風(fēng)化極為嚴(yán)重，呈壓碎狀態(tài)，致使圍巖自穩(wěn)能力極差，成型困難。

針對(duì)上述情況，結(jié)合施工生產(chǎn)要素及施工生產(chǎn)能力，按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、不（弱）爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測(cè)量、速反饋”的施工原則，在拱部超前小管棚注漿預(yù)固結(jié)圍巖的保護(hù)下，采用三部臺(tái)階法進(jìn)行施工。拱部預(yù)留核心土，周邊采用風(fēng)鎬開(kāi)挖，核心土及中槽運(yùn)用PC200挖掘機(jī)開(kāi)挖。

1 超前小管棚施工

1.1 工藝原理

在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管并壓注具有膠凝性質(zhì)的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結(jié)、膠化，形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水能力的以漿膠為骨架的固結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性和穩(wěn)定性；使超前小管棚與固結(jié)體形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的殼體，在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工。

1.2 小管棚及注漿設(shè)計(jì)

采用4m/根的∮42mm小導(dǎo)管布設(shè)在拱部，外插角5°～7°，環(huán)向間距33cm，縱向環(huán)距2.5m，即每施作一排小導(dǎo)管，開(kāi)挖支護(hù)2.5m；壓注1：1水泥漿液，采用525#普通硅酸鹽水泥，漿液中摻水泥用量3～5％的40Be'水玻璃，以縮短漿液的膠化固結(jié)時(shí)間，控制漿液的擴(kuò)散范圍。

1.3 施工要點(diǎn)

1.3.1 小導(dǎo)管加工4m/根的∮42mm小鋼管一端加工成尖錐形，距另一端100cm的位置開(kāi)始至尖錐端之間按梅花型間距為20cm布設(shè)∮6mm的孔眼4排，以利于小導(dǎo)管推進(jìn)和漿液滲入破碎巖體。

1.3.2 小導(dǎo)管安設(shè)

如巖體松軟，采用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)直接推送，如遇夾有堅(jiān)硬巖石處，先用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼成孔后再推進(jìn)就位。

在施作小導(dǎo)管前應(yīng)注意：第一，噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻，為注漿作好準(zhǔn)備工作；第二，準(zhǔn)確測(cè)量隧道中心線和高程，并按設(shè)計(jì)標(biāo)出小導(dǎo)管的位置，誤差±15mm；第三，用線繩定出隧道中心面，隨時(shí)用鋼尺檢查鉆孔或推進(jìn)小導(dǎo)管的方向，以控制外插角達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；第四，施工順序?yàn)閺膬蓚?cè)拱腰向拱頂進(jìn)行，為提前注漿留好作業(yè)空間。

1.3.3 注漿

選用UB6型注漿泵注漿，采用漿液攪拌桶制漿。為防止?jié){液從其他孔眼溢出，注漿前對(duì)所有孔眼安裝止?jié){塞，注漿順序從兩側(cè)拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮風(fēng)鎬環(huán)形開(kāi)挖的方便，同時(shí)要達(dá)到固結(jié)破碎松散巖體的目的，保證開(kāi)挖輪廓線外環(huán)狀巖體的穩(wěn)定，形成有一定強(qiáng)度及密實(shí)度的殼體，特別是確保兩側(cè)拱腳的注漿密實(shí)度和承載力，采取注漿終壓（0.8～1.2MPa）和注漿量雙控注漿質(zhì)量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定拱腳終壓為1.2MPa，拱腰范圍為1.0MPa，拱頂為0.8MPa.注漿時(shí)相鄰孔眼需間隔開(kāi)，不能連續(xù)注漿，以確保固結(jié)效果，又達(dá)到控制注漿量的目的。

2 開(kāi)挖

為控制超欠挖及減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，拱部弧形及邊墻周邊均采用風(fēng)鎬分臺(tái)階開(kāi)挖，核心土及中槽均采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，開(kāi)挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為l-2棍鋼格柵的間距，即0.5～1.0m，邊墻按鋼格柵的兩個(gè)單元分兩個(gè)臺(tái)階施工，上下臺(tái)階相距2m，左右邊墻錯(cuò)開(kāi)2m。

3 錨噴初期支護(hù)

3.1 初期支護(hù)參數(shù)

系統(tǒng)錨桿采用3m/根的WTD25型中空注漿錨桿，縱向、環(huán)向間距均為100cm，梅花型布置；拱墻設(shè)鋼格柵，間距50cm，鋼格柵每側(cè)拱腳設(shè)4m/根的WTD25中空注漿鎖口錨桿，按梅花型布置在鋼格柵的兩側(cè)，環(huán)向間距50cm；掛∮6雙層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為15cm×15cm，噴射混凝土厚25cm。

3.2 噴射混凝土材料及機(jī)具選定

3.2.1 機(jī)具

噴混凝土采用Bz-5型混凝土噴射機(jī)，壓力為0.2～0.4MPa.

3.2.2 水泥及細(xì)骨科

采用425并普通硅酸鹽水泥；砂率控制在50％，含泥量≤3％。

3.2.3 粗骨科

采用規(guī)格為7～15mm的碎石，經(jīng)試驗(yàn)選用石灰?guī)r生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的碎石。

3.2.4 粘稠劑

選用STC型粘稠劑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可大量減少回彈量。

3.2.5 水灰比

水灰比過(guò)大、過(guò)小都會(huì)使混凝土回彈量增加，浪費(fèi)大量的材料；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)確定，水灰比為o.47的混凝土噴射效果最佳。

3.3 噴射混凝土

開(kāi)挖后為縮短圍巖的暴露時(shí)間，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼格柵及鋼筋網(wǎng)安設(shè)好后，再噴混凝土10～12cm；最后在下一循環(huán)噴射混凝土?xí)r分兩次噴射至設(shè)計(jì)厚度。

采用摻STC型粘稠劑半濕式噴射混凝土工藝，減小洞內(nèi)粉塵污染及回彈量。噴射前用高壓風(fēng)將巖壁面的粉塵和雜物吹干凈，水泥、粗、細(xì)骨料加少量水，用攪拌機(jī)干拌，水量按水灰比配制混凝土應(yīng)加入水總量的20％；拌好后將干料運(yùn)至噴射作業(yè)點(diǎn)再進(jìn)行人工拌和，并按水泥用量的10％摻入粘稠劑。噴射作業(yè)分段、分片由下向上依次分層進(jìn)行，每段長(zhǎng)度為3m.為加快混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度及提高混凝土的噴射效果，用多盞碘鎢燈提高作業(yè)環(huán)境溫度。噴頭噴射方向與巖面偏角小于10°，夾角為45°；噴頭至受噴面距離在0.6～1.0m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動(dòng)，一般繞圈直徑在0.4m為宜。

3.4 注漿

在初噴混凝土封閉圍巖后按設(shè)計(jì)布設(shè)錨桿和注漿。錨桿孔位誤差控制在《鐵路隧道施工規(guī)范》規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)。

3.4.1 鉆進(jìn)

用YT-28型手持式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鑿孔并清孔，應(yīng)沿徑向進(jìn)行鉆孔，確保錨入穩(wěn)定巖層的深度。

3.4.2 插入錨桿

將安裝好錨頭的WTD25中空注漿錨桿插入錨孔，錨頭上的倒刺立即將錨桿掛住。

3.4.3 安裝止?jié){塞、墊板、螺母

在錨桿尾端安裝止?jié){塞、墊板和螺母。

3.4.4 注漿

通過(guò)快速注漿接頭將錨桿尾端和UB6型注漿機(jī)連接。開(kāi)動(dòng)機(jī)器壓注1：1水泥漿，摻水泥用量3％的40Be'的水玻璃，為了保證錨固質(zhì)量及改良圍巖結(jié)構(gòu)，注漿終壓必須達(dá)到0.8MPa.

3.5 掛鋼筋

鋼筋網(wǎng)片采用∮6圓鋼，除銹處理后按設(shè)計(jì)加工成100cm×200cm的網(wǎng)片；掛設(shè)時(shí)網(wǎng)片必須隨受噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面間留3cm作為保護(hù)層，網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土?xí)r不移動(dòng)。

3.6 安設(shè)鋼格柵

鋼筋除銹后按設(shè)計(jì)要求分節(jié)加工成型，鋼格柵分節(jié)間通過(guò)鋼板用螺栓聯(lián)接。

鋼格柵嚴(yán)格按設(shè)計(jì)間距架立。為充分發(fā)揮鋼格柵的承載能力，首先要求鋼格柵必須垂直且與線路方向垂直；其次，架立拱部鋼格柵時(shí)，嚴(yán)格控制左、右拱腳標(biāo)高，以防拱架偏斜，影響與邊墻鋼格柵架的圓順連接或侵入襯砌厚度。為方便拱部鋼格柵與邊墻鋼格柵的連接，在拱腳連接處鋪不小于20cm厚的粗砂或石屑。邊墻鋼格柵底部必須置于基巖上，以防下沉變形。

4 監(jiān)控量測(cè)

初期支護(hù)完成后，在拱頂、拱腳及邊墻的內(nèi)軌頂面標(biāo)高處埋設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拱頂下沉和水平收斂量測(cè)。測(cè)試元件用∮12圓鋼加工而成，每根元件長(zhǎng)25cm，錨入初期支護(hù)體20cm，外露5cm，以防震動(dòng)影響量測(cè)結(jié)果。水平收斂量測(cè)采用鐵科院武漢巖體力學(xué)研究所研制的收斂?jī)x進(jìn)行觀測(cè)。量測(cè)頻率開(kāi)始6h觀測(cè)1次，然后根據(jù)變形量的減小而減小量測(cè)頻率，即12h、24h、48h、72h、168h，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整工序及預(yù)留變形量、開(kāi)挖進(jìn)尺等，便于指導(dǎo)施工，確保施工安全。量測(cè)點(diǎn)每隔5m布設(shè)1組。經(jīng)量測(cè)，拱頂最大累計(jì)下沉量為11mm，水平最大累計(jì)收斂量為13mm。

通過(guò)對(duì)斷層破碎帶采用超前小導(dǎo)管棚預(yù)支護(hù)、人工環(huán)形及周邊開(kāi)挖技術(shù)和錨噴初期支護(hù)措施，且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)得出以下結(jié)論：周邊人工開(kāi)挖可減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，有效控制超欠挖。超前小管棚注漿預(yù)支護(hù)，可以大量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，將預(yù)留變形量由設(shè)計(jì)的10cm調(diào)至5cm.。