黨 瑩

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司 北京 100142）

喀斯特地區(qū)軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)及綜合效果分析

黨 瑩

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司 北京 100142）

大獨(dú)山隧道為I級高風(fēng)險(xiǎn)隧道，地質(zhì)條件復(fù)雜，不可預(yù)見地質(zhì)災(zāi)害較多，致使施工實(shí)際揭示圍巖情況與設(shè)計(jì)存在較大出入。大獨(dú)山隧道地層巖性通過關(guān)嶺組一段，圍巖巖性為泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r，巖質(zhì)較軟，含泥量嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水發(fā)育，巖體遇水后軟化極快，多呈散體狀及粉末狀，圍巖自穩(wěn)能力極差，施工過程中極易發(fā)生坍方。介紹大獨(dú)山隧道超前加強(qiáng)支護(hù)新技術(shù)，為同類隧道施工提供借鑒。

大獨(dú)山隧道 軟弱圍巖 支護(hù)技術(shù)

1 工程概況

大獨(dú)山隧道是滬昆客專的重難點(diǎn)工程之一，屬I級風(fēng)險(xiǎn)隧道，該隧道位于關(guān)嶺～普安區(qū)間，起訖里程為D1K852+772～D1K864+654，全長11 882 m。全隧共設(shè)置2座橫洞1座貫通平導(dǎo)，均采用無軌單車道。在D1K856+500線路左側(cè)設(shè)置長約1 043 m的一號橫洞，在D1K861+500線路左側(cè)設(shè)置長約1 361 m的二號橫洞，貫通平導(dǎo)長11 829 m，起訖里程為PD1K852+768～PD1K864+597，平行設(shè)置于線路前進(jìn)方向右側(cè)，與左線線路中線的距離為35 m。

隧道洞身主要穿越白云巖、灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r、泥巖夾砂巖等地層，其中可溶巖段長8 753 m。洞身依次穿越大興寨斷層、龍門地?cái)鄬印⒖鍘r斷層、大灣斷層、營盤坡斷層、楊家沖斷層、永寧鎮(zhèn)斷層等7個(gè)斷層，8個(gè)推測破碎帶，4個(gè)可溶巖與非可溶巖接觸帶。

大獨(dú)山隧道進(jìn)口地質(zhì)情況復(fù)雜。經(jīng)開挖揭示進(jìn)口段通過地層巖性為薄層狀泥巖與泥灰?guī)r互層，受構(gòu)造影響，掌子面巖層產(chǎn)狀豎直，在拱頂處變?yōu)榕で瑤r質(zhì)較軟、泥質(zhì)含量較重，巖體遇水浸泡后軟化較快，圍巖變成散體狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體被切割后多呈碎塊狀部分為粉末狀，地下水較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力較差；隧道施工開挖中易發(fā)生掉塊、掉泥。該段地質(zhì)復(fù)雜且段落長，務(wù)必引起高度關(guān)注。

2 施工方案

圖1 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚正面布置圖

圖2 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚縱向布置圖

2.1 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚布置

T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚正面布置圖見圖1，縱向布置圖見圖2。

2.1.1 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚設(shè)計(jì)

（1）材料。高強(qiáng)度全螺紋厚壁鋼管T76S：極限抗拉力1 200 kN（120 t），抗拉強(qiáng)度772 N/mm2；屈服力1 500 kN（150 t），屈服強(qiáng)度609 N/mm2；壁厚15mm。連接套：97 mm*220 mm。鉆頭：T76/D115/EXX。

（2）T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚設(shè)計(jì)。T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚縱向每15～30 m一環(huán)，相鄰兩環(huán)搭接長度不小3 m。外插角：1°～3°，環(huán)向間距：40 cm，每環(huán)50根。

（3）采用的施工設(shè)備。鉆機(jī)：C6鉆機(jī)（意大利進(jìn)口卡薩格藍(lán)迪鉆機(jī)）。注漿機(jī)：M400NT干料連續(xù)拌合灰漿泵（奧地利進(jìn)口）。高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚帶鉆頭，利用C6鉆機(jī)配置旋轉(zhuǎn)注漿頭，采用水泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，鉆進(jìn)、安裝、注漿一次完成，終孔進(jìn)行二次高壓注漿。

2.1.2 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚施工工藝流程（見圖3）

2.2 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚施工過程

2.2.1 施作定位鋼架

首先先形成鉆機(jī)工作室，然后施做定位鋼架。工作室采用拱頂挑高，掌子面開挖輪廓線起向后6 m范圍，拱部管棚施作范圍調(diào)高40 cm，形成鉆機(jī)工作室（此項(xiàng)工作在開挖過程中已經(jīng)完成）。其次在掌子面處組織施做定位鋼架，在開挖廓線以外拱部150°范圍內(nèi)架設(shè)一榀工字鋼（I22a），工字鋼上開φ160 mm的孔，孔距40 cm，在每個(gè)孔上焊接φ150 mm鋼管，長度1 m，作為導(dǎo)向鋼管。詳見圖4、圖5。

2.2.2 鉆機(jī)、注漿機(jī)準(zhǔn)備

采用巖質(zhì)較好的洞渣在掌子面墊出C6鉆機(jī)作業(yè)平臺，并將鉆機(jī)定位。同時(shí)調(diào)配M400NT注漿泵一臺，注漿泵與鉆機(jī)接頭連接， 注漿材料采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5（對應(yīng)流量表在570 ml/h）。并將高壓水管接到現(xiàn)場隨時(shí)準(zhǔn)備洗孔。

2.2.3 鉆孔

現(xiàn)場準(zhǔn)備工作完成，開始施做第一根管棚。鉆進(jìn)采用帶水泥漿鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中注漿壓力2～3 MPa。施做按隔孔施工。

2.2.4 終孔注漿

圖3 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚施工工藝流程圖

圖4 T76S管棚鉆機(jī)工作室

圖5 定位鋼架

待奇數(shù)孔全部施工完成后，對奇數(shù)孔管棚進(jìn)行終孔注漿，終孔壓力5～6 MPa，每孔水泥用量約0.3 t。其次施工偶數(shù)孔鉆孔注漿。

2.2.5 開挖

待偶數(shù)孔完成后，進(jìn)行正常開挖工序，開挖后見T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚超前支護(hù)效果：原掌子面前方破碎圍巖可有效地固結(jié)在一起，巖體整體性提高，穩(wěn)定性加強(qiáng)，有效地避免了在施工過程中出現(xiàn)掉塊及滑塌事故。

2.3 施工控制要點(diǎn)

鉆孔前，精確測定鉆孔的平面位置、外插角，并對每個(gè)孔進(jìn)行編號。鉆孔外插角1°～3°，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆機(jī)下沉量及左右偏移量。經(jīng)常量測孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時(shí)糾正。掌握好開鉆與正常鉆進(jìn)的壓力和速度。

3 工期分析

3.1 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚施做時(shí)間分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施做三環(huán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，施做一環(huán)30 mT76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚所需時(shí)間為2.6 d，平均每天開挖進(jìn)尺2.0 m，月進(jìn)尺50～60 m，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃兩個(gè)月施做5個(gè)循環(huán)，保證每月進(jìn)尺60 m，功效達(dá)到指導(dǎo)性施組進(jìn)度指標(biāo)的120 %～150 %。

3.2 Φ108大管棚施做時(shí)間分析

施做Φ108大管棚，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)施做一環(huán)30 m長大管棚需25 d，按平均每天開挖進(jìn)尺2.0 m，則月進(jìn)尺20 m。達(dá)不到Ⅴ級圍巖指導(dǎo)性施組進(jìn)度指標(biāo)。

3.3 綜合對比分析（見表1）

表1 350 m范圍管棚施做時(shí)間對比表

4 綜合效果分析

4.1 材料投入

根據(jù)現(xiàn)行市場單價(jià)，T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚比Φ108大管棚單價(jià)約高200元/m。

4.2 設(shè)備投入

T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚施做可采用C6鉆機(jī)施工而Φ108大管棚必須采用專用鉆機(jī)方可施工，相比比較T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚設(shè)備投入較小。

4.3 綜合費(fèi)用對比

4.3.1 T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚

①材料單價(jià)：380元/m。②機(jī)械臺班：C6鉆機(jī)：7.8臺班/循環(huán)；人工，46.8工天/循環(huán)。合計(jì)費(fèi)用：47 268元。③誤工：開挖工班，36人合計(jì)280.8工天，立架班12人合計(jì)93.6工天，噴漿班8人合計(jì)62.4工天，挖機(jī)，7.8臺班，裝載機(jī)，7.8臺班。合計(jì)費(fèi)用約16萬元。④綜合所有因素，每循環(huán)（30 m/環(huán)）T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚費(fèi)用為：77.7萬元。折算每延米費(fèi)用約：518元/m。4.3.2 Φ108大管棚

①材料單價(jià)：86.4元/m。②機(jī)械臺班：專用根管鉆機(jī)：75臺班/循環(huán)；人工：675工天/循環(huán)。合計(jì)費(fèi)用：701 250元。③誤工：開挖工班：36人合計(jì)2 700工天，立架班12人合計(jì)900工天，噴漿班8人合計(jì)600工天，挖機(jī)：75臺班，裝載機(jī)：75臺班。合計(jì)費(fèi)用約72萬元。④綜合所有因素，每循環(huán)（30 m/環(huán)）Φ108管棚費(fèi)用為：164.5萬元。折算每延米費(fèi)用約：1 033元/m。

4.3.3 分析說明

T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚施工快，支護(hù)效果好，將節(jié)省大量的時(shí)間及對窩工影響較??；Φ108大管棚施工周期較長，專業(yè)性較強(qiáng)，會造成大量的機(jī)械設(shè)備及人員的窩工。根據(jù)現(xiàn)場施工情況及工期要求，相比較T76S高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚在滿足工期的前提下節(jié)省大量的設(shè)備、勞力，并能有效確保施工安全降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

隧道施工中超前支護(hù)為后續(xù)施工創(chuàng)造良好的施工條件，是保證正常施工的前提，因此超前支護(hù)對隧道施工尤為重要，好的超前支護(hù)將對施工安全、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

On Comprehensive Effects of the Advanced Reinforced Support of the Soft Rock Tunnel in Karst Areas

DANG Ying

（No.2 Engineering Corporation Limited of China Railway 20th Bureau Group Co. Ltd Beijing 100142 China）

Dadu Mountain Tunnel is in Level-I high risk. The belonged geological conditions， with a large number of geologic hazards， are complicated. The design is not well compatible with the actual surrounding rock. The surrounding rock in the section of Guanlingzu in Dadu Mountain Tunnel is muddy limestone which contains a large proportion of mud and is soft in texture. Such a type of muddy rock will be softened quickly and becomes granular forms or powder if it meets rising grounding water. This kind of muddy rock is poor in self-stabilization and construction on the rock will easily result into collapse. This paper introduces the new advanced reinforced supporting technology used in Dadu Mountain Tunnel，which gives reference to similar tunnel engineering.

Dadu Mountain Tunnel soft surrounding rock supporting technology

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-1816（2015）02-0037-05

2015-03-18

黨瑩（1965-），女，高級工程師，研究方向橋梁、隧道現(xiàn)場技術(shù)。