超前加固支護(hù)技術(shù)在改建鐵路隧道洞門施工中的應(yīng)用

黃 華，張永厚

(1.烏魯木齊鐵路局 調(diào)度所，烏魯木齊 830011;2.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

隧道洞口所處地段的地質(zhì)條件往往較差，巖層破碎、松散、風(fēng)化嚴(yán)重，洞口施工或路塹開挖時(shí)破壞了山體原有的平衡，極易產(chǎn)生坍塌、順層滑動(dòng)、古滑坡復(fù)活等現(xiàn)象。既有鐵路隧道改建工程中，這些現(xiàn)象尤為突出，直接影響到隧道的穩(wěn)定性和施工安全。經(jīng)過多年探索，應(yīng)對不良地質(zhì)條件，積累了包括超前長管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管支護(hù)、超前鋼格柵支護(hù)、超前錨桿支護(hù)等多種施工技術(shù)。根據(jù)各種支護(hù)方法自身的特點(diǎn)、作用機(jī)理和適用條件的不同，在實(shí)際工程中，往往需要結(jié)合所在工程的具體地質(zhì)條件，采用一種或幾種支護(hù)方法的結(jié)合，以取得更好的效果。本文將結(jié)合既有鐵路達(dá)成線擴(kuò)能改造工程渠江四號(hào)隧道洞口施工實(shí)例，對格柵鋼架結(jié)合超前小導(dǎo)管進(jìn)行不良地質(zhì)處理進(jìn)洞的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 工程概況

渠江四號(hào)隧道是既有鐵路達(dá)成線擴(kuò)能改造工程中需進(jìn)行全斷面改擴(kuò)建的一座客貨混合單線電氣化隧道，設(shè)計(jì)行車速度160 km/h。隧道全長256 m，縱坡為4.7‰單向坡。改擴(kuò)建方法為對該既有隧道的原有襯砌采用爆破拆除的方法逐段拆除，然后重新進(jìn)行開挖、支護(hù)和襯砌，將其斷面擴(kuò)大，形成較大的行車空間，以滿足擴(kuò)能后新的列車限界要求。

隧道位于川中平緩構(gòu)造含油氣區(qū)及須家河含煤地層上部，基巖裂隙中可能有瓦斯等有害氣體逸出，需對瓦斯等有害氣體進(jìn)行探測、監(jiān)測和防爆控制。

2 洞門超前加固支護(hù)方案的提出

渠江四號(hào)隧道洞身穿越侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟(J2S)泥巖夾砂巖，巖層傾角平緩，局部輕微扭動(dòng)，產(chǎn)狀變化較小，未見斷裂構(gòu)造形跡。地層局部含脈狀石膏，地下水不發(fā)育，洞身191 m位于Ⅳ級圍巖地段。隧道出入口位于剝蝕丘陵地貌，丘坡分布坡殘積粉質(zhì)黏土，入口長34 m、出口長31 m位于Ⅴ級圍巖地段。

按照達(dá)成線改建總體部署要求，渠江四號(hào)隧道主體改建工期為2個(gè)月。如果實(shí)行原定由隧道中部向兩端先拱后墻爆破開挖方案，按每天施工進(jìn)度計(jì)算，不能滿足總體工期要求。為此，根據(jù)隧道圍巖狀況、各工作面的安全距離，決定采用由隧道中部向進(jìn)出口兩端各一個(gè)工作面，進(jìn)出口洞門向隧道中部各一個(gè)工作面，共計(jì)四個(gè)工作面同時(shí)開挖的方案進(jìn)行平行交叉作業(yè)，在保證安全的前提下達(dá)到總體工期的要求。

由于進(jìn)出口地段均為Ⅴ級圍巖地段，且進(jìn)口段洞頂仰坡防護(hù)區(qū)域有注漿加固痕跡，原有襯砌背后的空洞及充填不密實(shí)情況不明，原始爆破對圍巖的影響程度不明，圍巖穩(wěn)定情況不明，如果直接采用爆破手段，勢必造成洞頂仰坡滑塌，直接威脅隧道施工安全，對施工進(jìn)度也將產(chǎn)生嚴(yán)重影響?；谝陨蠋追N不確定因素，為保證施工安全、質(zhì)量和工程進(jìn)度，經(jīng)過技術(shù)分析比較，決定采用格柵鋼架結(jié)合超前小導(dǎo)管進(jìn)行既有洞口開挖施工。

3 超前加固支護(hù)方案

3.1 設(shè)計(jì)方案

對于軟弱破碎Ⅴ級圍巖的洞口淺埋地段，為確保進(jìn)洞安全，又能增開工作面，滿足工期要求，在開挖邊線緊貼洞門端墻，先立格柵鋼架一榀，鋼格柵以超前小導(dǎo)管架立，然后再按1 m間距于洞外立第二榀格柵鋼架，格柵鋼架間同樣以超前小導(dǎo)管進(jìn)行架立，格柵鋼架間及注漿小導(dǎo)管間掛鋼筋網(wǎng)片，用C20噴射混凝土形成早期護(hù)拱。

格柵鋼架由8個(gè)單元組成，格柵主筋采用HRB335φ22 mm，聯(lián)接鋼筋采用 HPB235φ10 mm、φ8 mm，每個(gè)單元由焊接組成，單元間由螺栓進(jìn)行連接。

超前小導(dǎo)管采用φ42 mm熱軋無縫鋼管，壁厚3.5 mm，環(huán)向間距40 cm，每根長3.5 m，外插角控制在10°左右。鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接上 φ6 mm加筋箍，尾端支撐于鋼架上，每排小導(dǎo)管縱向間距為2 m，每排至少搭接1.0 m。管壁四周鉆φ6 mm壓漿孔，尾部1 m長范圍內(nèi)不設(shè)壓漿孔。圖1為格柵鋼架結(jié)合超前小導(dǎo)管支護(hù)布置圖。

圖1 格柵鋼架結(jié)合超前小導(dǎo)管支護(hù)布置(單位:cm)

隧道初期支護(hù)噴射混凝土采用摻加RMA耐腐蝕劑的耐腐蝕混凝土，耐腐蝕劑摻量為水泥用量的6%，每方噴射混凝土水泥用量不小于400 kg，水泥采用普通硅酸鹽水泥。為提高噴射混凝土的力學(xué)性能，噴射混凝土摻入ZYPF改性聚丙烯微纖維，摻量為每方噴射混凝土0.9 kg。

3.2 施工方案

在既有洞門端墻上放出開挖輪廓線，在開挖輪廓線上按超前小導(dǎo)管環(huán)向間距定出小導(dǎo)管位置。超前小導(dǎo)管安設(shè)采用鉆孔打入法。由于巖體節(jié)理面產(chǎn)狀不同，小導(dǎo)管以平行于中線15°～20°外插角打入端墻，深入圍巖。環(huán)向間距40 cm。

定出鉆孔位置、鉆孔，檢查鉆孔的傾斜度和方向。鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5 mm，并用吹管或掏勺清孔。然后，將鋼管用人工或風(fēng)鉆頂入，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的沙石吹出。鋼管現(xiàn)場加工，BW250/50型注漿泵壓注水泥漿。將壓漿管用鐵絲綁扎于鋼管尾端，現(xiàn)場拌制注漿液，用注漿機(jī)向管孔內(nèi)注漿，按由下至上的順序進(jìn)行。單管注漿量通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。漿液采用水泥漿，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。

按開挖邊線架設(shè)格柵鋼架。安裝時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各個(gè)單元的長度，并相應(yīng)調(diào)整接頭的位置。格柵鋼架與小導(dǎo)管尾部焊接成一整體。將鋼筋網(wǎng)片與格柵鋼架及小導(dǎo)管連接成一體后噴射C20混凝土，形成早期護(hù)拱。在護(hù)拱的保護(hù)下，再行爆破拆除既有襯砌。爆破前，對仰坡漿砌坡面進(jìn)行拆除。每次爆破長度控制在1 m以內(nèi)。進(jìn)洞后，即按照先拱后墻法對Ⅴ級圍巖地段設(shè)置拱墻格柵鋼架及拱部φ42 mm超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，鋼架縱向間距1.0 m，超前小導(dǎo)管縱向間距2.0 m，環(huán)向間距0.4 m，每環(huán)20根，每根長3.5 m。

4 結(jié)語

渠江四號(hào)隧道改建施工，地質(zhì)條件復(fù)雜，不可預(yù)見性多，工期要求緊，給施工增加了較大難度。在施工中，根據(jù)地質(zhì)條件，通過每日施工情況不斷總結(jié)，及時(shí)調(diào)整施工方案，增加工作面，采取不同的超前支護(hù)加固方案，嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、緊襯砌”的原則進(jìn)行施工，保證了隧道開挖等工序的順利進(jìn)行。雖然提前進(jìn)洞加長了隧道長度，增加了工程造價(jià)，但由于方案得當(dāng)，確保了整體施工的安全和工程進(jìn)度。隧道自2009年4月初施工，于2009年6月初改建完成。整個(gè)施工過程沒有出現(xiàn)任何安全和質(zhì)量問題，說明施工中采取超前支護(hù)的必要性和正確性，為既有鐵路改建隧道的施工提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB10204—2002 鐵路隧道施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.