張紹俊ZHANG Shao-jun

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原030024）

1 工程概況

云竹隧道位于新建太焦高鐵山西段，武鄉(xiāng)站和榆社西站之間，隧道全長(zhǎng)3850m，最大開(kāi)挖斷面150 多平米，最大埋深約97.92m，最小埋深僅1.5m。隧址區(qū)沖溝發(fā)育，地表植被較少，地下水主要賦存于第三系松散層孔隙及三疊系基巖裂隙中，以第三系松隙潛水為主，正洞最大涌水量16701.49m3/d，正常涌水量10208.92m3/d。隧道出口段洞身穿越第三系地層，粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂相互夾雜，局部膠結(jié)、半膠結(jié)，呈松軟結(jié)構(gòu)；外界擾動(dòng)時(shí)，半膠結(jié)砂層具有流動(dòng)性；粉質(zhì)黏土膠結(jié)層密閉節(jié)理發(fā)育，開(kāi)挖卸荷導(dǎo)致節(jié)理開(kāi)張，遇水軟化特性顯著，并具有膨脹性，拱腳易脫落，極易坍塌。

2 膠結(jié)層施工技術(shù)方案的確定

根據(jù)黏土、粉砂膠結(jié)層具有流動(dòng)性、遇水膨脹性的工程地質(zhì)特性，確定隧道穿越此地層按“管超前、預(yù)注漿、控進(jìn)尺、早支護(hù)、快成環(huán)、控步距”的原則組織施工，關(guān)鍵工序施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 粉砂膠結(jié)層關(guān)鍵工序工藝流程圖

該段采用管棚+小導(dǎo)管超前支護(hù)，帷幕注漿超前固結(jié)前方土體，洞身開(kāi)挖采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，機(jī)械法開(kāi)挖輔以人工配合。初期支護(hù)采用I22a 工字鋼進(jìn)行支護(hù)，間距0.6m，鋼筋網(wǎng)采用Φ8 鋼筋網(wǎng)@20×20cm，初支厚度30cm。臨時(shí)支護(hù)采用I18 工字鋼，臨時(shí)仰拱噴射混凝土厚18cm。

掌子面掘進(jìn)每班一榀鋼架，開(kāi)挖后立即對(duì)開(kāi)挖面初噴，及時(shí)安裝鋼架及鋼筋網(wǎng)片并復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，打設(shè)系統(tǒng)錨桿。臨時(shí)仰拱鋼架及時(shí)施作并噴錨防護(hù)，盡早初支成環(huán)；設(shè)立專門監(jiān)測(cè)小組，按照設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)頻率及時(shí)掌握沉降及收斂數(shù)據(jù)信息，以便采取有效措施，并及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

3 施工技術(shù)控制要點(diǎn)

3.1 超前支護(hù)技術(shù)

①洞身粉砂層及膠結(jié)層段落，超前支護(hù)為拱部140°范圍Φ89 超前中管棚+Φ42 超前小導(dǎo)管，與鋼拱架一起共同受力，確保地層穩(wěn)定，降低施工中地層沉降及滑塌風(fēng)險(xiǎn)。中管棚采用Φ89 熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚5mm，長(zhǎng)10m。鋼花管前端1.5m 不鉆注漿孔作為預(yù)留止?jié){段，其余部分開(kāi)孔，孔間距14cm，梅花型布置。

管棚施工時(shí)，為保證管棚支護(hù)效果，盡量減小管棚外插角，現(xiàn)場(chǎng)采用在鋼拱架腹板位置燒孔，預(yù)留管棚打設(shè)位置，管棚端部與鋼拱架焊接一起。為了保證注漿質(zhì)量，要用注漿壓力與注漿量雙指標(biāo)控制注漿結(jié)束時(shí)間，同時(shí)可采取二次注漿的方式保證施工質(zhì)量。[1]

小導(dǎo)管施工時(shí)，若地層適合成孔，先成孔再安裝小導(dǎo)管；具有流動(dòng)性的粉砂半膠結(jié)層易塌孔，用鉆機(jī)帶小導(dǎo)管一次鉆進(jìn)安裝到位。注漿施工前用噴混封閉開(kāi)挖面，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，結(jié)束注漿。

3.2 帷幕注漿加固技術(shù)

掌子面采用全斷面帷幕注漿。現(xiàn)場(chǎng)帷幕注漿施工如圖2。

①孔位布置：注漿加固圈為開(kāi)挖輪廓線外5m，每次注漿施工長(zhǎng)度為30m，掌子面開(kāi)挖25m，預(yù)留5m 地層作為止?jié){墻。第一循環(huán)采用1.5m 厚C20 砼止?jié){墻。注漿孔環(huán)向間距300cm，每次注漿施工打設(shè)111 個(gè)孔位。

②鉆孔：采用管棚鉆機(jī)成孔，開(kāi)孔孔徑不小于108mm，孔底不小于90mm；孔口采用Φ108mm 無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)300cm，孔口管埋設(shè)牢固，止?jié){良好。鉆孔時(shí)遇涌突水或塌孔造成卡鉆時(shí)，暫停鉆孔，二次孔內(nèi)注漿后再組織成孔作業(yè)。[2]

③注漿：鉆孔和注漿順序由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工，注漿形式采用后退式注漿，巖層破碎容易造成坍孔時(shí)，采用前進(jìn)式注漿。注漿材料采用0.8～1∶1 水泥漿，42.5 號(hào)普通硅酸鹽水泥。

④注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰捉Y(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min 以上，且注漿量不小于設(shè)計(jì)進(jìn)漿量的80%，單孔進(jìn)漿量小于初始進(jìn)漿量的1/4，支護(hù)后注漿達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，單孔注漿結(jié)束。

全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃{達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)且注漿后段內(nèi)涌水量不大于1m3/m.d 時(shí)，全段注漿結(jié)束，否則需要補(bǔ)注漿。

⑤注漿檢查：可采取鉆孔取芯法、壓水試驗(yàn)法對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)注漿加固效果不良，必須進(jìn)行補(bǔ)充注漿。[3]

圖2 現(xiàn)場(chǎng)帷幕注漿施工

3.3 洞身開(kāi)挖及初期支護(hù)

洞身開(kāi)挖采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，機(jī)械法開(kāi)挖，堅(jiān)持“少擾動(dòng)、控進(jìn)尺、早支護(hù)、快成環(huán)、控步距”的原則。初期支護(hù)采用I22a 工字鋼進(jìn)行支護(hù)，間距0.6m，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋@20×20cm，噴射混凝土厚度30cm，Φ42 鎖腳錨管，長(zhǎng)4.5m。臨時(shí)支護(hù)采用I18 工字鋼，臨時(shí)仰拱噴射混凝土厚18cm。

厚4cm 初噴混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼架、復(fù)噴、錨桿、鎖腳錨管等初支工序連續(xù)作業(yè)，并自檢合格。鋼拱架安裝要緊貼掌子面，防止初支施工過(guò)程中，拱頂?shù)魤K及降低砂層流動(dòng)性帶來(lái)的溜塌風(fēng)險(xiǎn)。

臨時(shí)仰拱拱架拆除需待圍巖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后方可進(jìn)行。拆除臨時(shí)仰拱時(shí)，先拆除上臺(tái)階臨時(shí)仰拱，同時(shí)在拆除的過(guò)程中做好拱頂下沉，周邊收斂的監(jiān)測(cè)。上臺(tái)階臨時(shí)仰拱拱架拆除后如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定則可拆除中臺(tái)階臨時(shí)仰拱。

隧道施工成立專業(yè)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)小組，并將該項(xiàng)工作納入施工工序管理，實(shí)現(xiàn)信息化施工，提前掌握開(kāi)挖地層的特性，確定合理的支護(hù)參數(shù)和施工方法，制定施工中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題的處理預(yù)案，確保工程質(zhì)量和施工安全。針對(duì)該類型地層，隧道內(nèi)主要采用超前水平探孔、掌子面地質(zhì)素描、TSP 等超前預(yù)報(bào)手段。

3.4 新形勢(shì)下仰拱及二襯逐窗入模技術(shù)

面對(duì)新形勢(shì)下高鐵建設(shè)管理新常態(tài)和鐵總質(zhì)量安全紅線管理規(guī)定要求，需全面提升質(zhì)量安全意識(shí)。隧道襯砌方面，根據(jù)國(guó)鐵集團(tuán)《高鐵建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量安全紅線暫行管理辦法》規(guī)定，混凝土強(qiáng)度不足及仰拱、二襯安全步距超標(biāo)均屬紅線問(wèn)題。針對(duì)這一形勢(shì)，我們嚴(yán)控仰拱及二襯施工步距，二次襯砌采用逐窗澆筑、拱頂帶模注漿技術(shù)，規(guī)避襯砌砼缺陷風(fēng)險(xiǎn)；現(xiàn)場(chǎng)施工見(jiàn)圖3。

對(duì)于襯砌強(qiáng)度不足問(wèn)題，由于傳統(tǒng)布料工藝易造成二襯混凝土出現(xiàn)蜂窩麻面、集料窩、冷縫等質(zhì)量問(wèn)題，為滿足質(zhì)量要求，二襯施工采用混凝土逐窗入模工藝，避免傳統(tǒng)澆筑工藝缺陷，有效保證襯砌混凝土質(zhì)量。具體澆筑流程工藝為：設(shè)置砼分流裝置，通過(guò)主輸送泵管、料斗、各級(jí)滑槽、漏斗達(dá)到逐窗入模。在一級(jí)窗口進(jìn)料時(shí)，關(guān)閉二級(jí)、三級(jí)窗口；二級(jí)窗口進(jìn)料時(shí)，關(guān)閉一級(jí)、三級(jí)窗口；三級(jí)窗口進(jìn)料時(shí)，關(guān)閉一級(jí)、二級(jí)窗口。

對(duì)于仰拱步距問(wèn)題，在保證下臺(tái)階工作長(zhǎng)度的情況下，仰拱及時(shí)開(kāi)挖，及時(shí)支護(hù)，盡早封閉成環(huán)，整體受力，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；滿足條件時(shí)盡早施工仰拱及填充。對(duì)于二襯步距問(wèn)題，仰拱施工后，在初期支護(hù)變形滿足條件情況下，要配足人員，及時(shí)施工襯砌混凝土，尤其是對(duì)于粉細(xì)砂膠結(jié)層等不良地質(zhì)地段，施工中要盡量縮短二襯步距，以保證施工安全。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)拱頂帶模注漿

4 施工注意事項(xiàng)

①由于該地層擾動(dòng)后局部有流動(dòng)性、遇水軟化膨脹的特性，施工中尤其重視地下水的引排及施工用水的收集，避免浸泡拱腳、墻腳，降低地層承載力。②機(jī)械法開(kāi)挖人工配合過(guò)程中，安排專人觀察各開(kāi)挖面地層穩(wěn)定情況，防止大塊度膠結(jié)層掉落傷人、傷設(shè)備。③超淺埋粉砂膠結(jié)層地段，提前施工地表注漿及地表排水設(shè)施，再按照以上工藝流程做好洞內(nèi)預(yù)支護(hù)、預(yù)注漿。④掌子面的開(kāi)挖進(jìn)度要與仰拱步距紅線要求相適應(yīng)，步距不能超標(biāo)；同時(shí)掌子面進(jìn)度仍需滿足各監(jiān)管方要求，勢(shì)必要增加仰拱作業(yè)人員及模板的投入，做到24 小時(shí)不間斷施工仰拱。⑤加強(qiáng)二次襯砌逐窗入模及拱頂帶模注漿施工管理，切實(shí)降低二襯混凝土背后脫空及強(qiáng)度不足引起的紅線監(jiān)管壓力。

5 結(jié)束語(yǔ)

太焦高鐵云竹隧道黏土、粉砂膠結(jié)層段落施工，通過(guò)應(yīng)用超前管棚+超前預(yù)注漿加固技術(shù)，在洞身開(kāi)挖及支護(hù)過(guò)程中取得良好效果；二次襯砌采用逐窗入模及拱頂帶模注漿施工技術(shù)，在各級(jí)監(jiān)管檢查及多次國(guó)鐵集團(tuán)紅線檢查中評(píng)價(jià)良好。諸多施工技術(shù)的應(yīng)用，確保了整個(gè)施工、驗(yàn)收階段安全、平穩(wěn)，在其他不良地質(zhì)地段亦有較大的借鑒意義。在進(jìn)行類似隧道工程施工時(shí)，可根據(jù)具體施工環(huán)境并參考該施工技術(shù)合理選擇施工方案，以確保隧道施工質(zhì)量可靠、安全可控、信譽(yù)可保。