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摘要：伴随着现代科学技术的逐步完善，在不断进步的经济社会对现代交通运输行业高标准要求的推动下，浅埋偏压性隧道进洞交通建设工作正面临着前所未有的发展空间与潜力。本文对某隧道浅埋偏压段的处理进行了分析,并对地面注浆加固、超前管棚及锁脚钢管的施工工艺进行了探讨,
关键词：浅埋偏压 隧道进洞 施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
某隧道全长648m，该隧道属于典型的浅埋偏压隧道，且围岩松散，溶槽、裂隙发育，充填大量的碎石土和黄粘土，地质条件较差，对开挖带来很大的安全隐患,极易出现塌方甚至冒顶事故。为保证施工质量、安全以及运营的安全,我们在浅埋偏压地段施工时采取必要的加固措施。一是在外侧增设应力挡墙,以抵抗山体的侧压力,挡墙采用C 25片石混凝土,与围岩之间填充C25片石混凝土同步浇筑。二是增加拱部Φ108管棚长度，由设计15 m改为36 m,以便更好地控制隧道初期支护变形和下沉,可以有效的控制开挖和支护施工质量以及后期运营安全。三是对型钢拱架拱脚采用锁脚导管代替锁脚锚杆。四是由于山体土较松散破碎,对地表进行预注浆加固处理,使隧道四周形成胶结。五是加强监控量测工作,随时掌握围岩变形情况,及时指导现场施工。本文着重介绍地表预注浆、大管棚施工及锁脚导管的施工方法。
二、浅埋、偏压段施工方案
1.地表注浆加固施工工艺
根据变更后的施工方案,首先进行外侧的应力挡墙施工,然后进行浅埋段的地表注浆加固。注浆法是利用压力将能固化的浆液通过钻孔注入岩土孔隙中,使岩土的物理力学性能得以改善的方法。对该段进行地表预注浆的主要起到提高围岩强度、降低围岩的透水性能,改善隧道的成拱的作用。
1.1地表注浆施工工艺流程
清理地表→测量定位、地面标高→钻机就位→钻孔→注浆管安装→施作止浆盘→钢管注浆→封管
1.2浆液配制
注浆材料采用水泥单浆液和水泥、水玻璃双浆液两种。对周边孔采用水泥、水玻璃双浆液,对内部孔采用水泥单浆液。当吸浆量较大或者地下水较丰富时,内外部均采用水泥、水玻璃浆液。水玻璃模数为2.9,波美度为40,施工时用水稀释成波美度为35。施工时加入3%的缓凝剂。
为了选择最佳的漿液配合比,试验人员做了几组对比试验,对其凝结时间及强度进行了对比,根据试验结果及施工设备情况,选用的单桨液水灰比为0.8∶1,双浆液水灰比为0.8∶1,水玻璃占水泥质量的17%。注浆压力是给予浆液在岩土层中渗透、扩散、压实的能量,其大小决定着注浆效果的好坏。根据围岩情况,注浆初压取0.5MPa~1MPa,终压取2.0MPa~2.5MPa,在补注时压力调高的3.0MPa~3.5MPa。
1.3钻孔
⑴首先进行地表土及腐殖土的清理,并初喷一层混凝土。
⑵安设钻机,钻机就位后进行桩位复测,确保在设计位置进行钻孔。
⑶加工和安装注浆管。注浆管采用Φ45×3.5 mm的无缝钢管,并在无缝钢管上布置压浆孔。现场拼装时应防止断管,安装时要保证压浆管顺直。
⑷施工止浆盘。将钢筋网片进行现场连接,并于注浆管焊接在一起,保证钢筋网片的整体性,从而保证喷射混凝土的整体性。然后施工15cm的C25喷射混凝土,封闭山体表层,为保证地表的排水通畅,喷射混凝土应保持与原始地形一致。
⑸注浆。注浆时应从外向内,从低处向高处注浆。首先对外部进行注浆起到围、堵、截的作用,然后对内部进行注浆,起到填、压、挤的作用。注浆量确定采用现场试验的方法,对具代表性的钻孔进行注水试验,分析岩土层的孔隙率和渗透系数,从而确定注浆量的大小。
⑹质量检测。第一轮注浆结束后,进行现场取芯抽检。对注浆效果不理想处进行高压补注。
2.大管棚施工工艺
2.1施工工艺流程
测量放线→导向墙施工→钻机就位→钻孔→清孔→安装花钢管→注浆→封口
2.2施工工序及控制要点
⑴导向墙施工
为确保大管棚施工的精度,使钻头、钻杆钻进时始终保持同一钻进角度、方向,在隧道洞门口浇筑管棚施工混凝土导向墙,导向墙在洞身外廓线以外施作,采用现浇C30模注混凝土,厚度为100cm。导向墙内埋设2榀I18工字型钢支撑,钢支撑与管棚导向管焊成整体。
⑵导向钢管制作
采用Φ140壁厚5mm的钢管作为管棚的导向管,导向管应根据管棚坐标,焊接定位在导向墙内的型钢拱架上,焊接前对每一根导向管的位置进行测量定位,考虑钻机沉落或其他因素产生的误差,取调整误差10,导向管调整3.5 cm,防止管棚下垂而侵入隧道来挖轮廓线内。
⑶钢花管制作
为了使浆液充分渗入地层,使得隧道拱部围岩形成加固层,管棚由无缝钢管上钻注浆孔制成,孔径10mm~16mm,孔间距188mm,呈梅花形布置,尾部留不钻孔的止浆段150cm。
⑷钻机就位
①钻机平台，钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设,搭设平台应一次性搭好,钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行,可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位。
平台支撑要落在坚固的基础上,连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。
②钻机定位，钻机选用地质钻机,钻机要求与已设定好的导向管方向平行,必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法,反复调整,确保钻机钻杆轴线与导向管轴线相吻合。
⑸钻孔
①为便于安装钢管,钻头直径采用Φ127mm。②钻孔应采取各一钻一的方式,岩质较好的可以一次成孔;钻进时产生坍孔、卡钻,需补注浆后再钻进。③钻机开钻时,可低速低压,保持钻杆顺直,钻进过程中一般保持低压慢进,中等转速,防止转速过快造成钻孔倾斜。④钻进过程中经常用测斜仪测定其位置,并根据钻机钻进的情况及时判断成孔质量,并及时处理钻进过程中出现的事故。⑤钻进过程中确保动力器,扶正器、合金钻头按同心圆钻进。⑥认真作好钻进过程的原始记录,及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。⑦若遇孔内涌水涌泥,应立即停钻,注浆封孔。
⑹清孔验孔
①用地质岩芯钻杆配合钻头(Φ127mm)进行来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求,防止堵孔。②用高压气从孔底向孔口清理钻渣。③用经纬仪、测斜仪等检测孔深,倾角,外插角,各项的允许偏差如表1。
表1允许偏差
⑺安装管棚钢管
清孔后应及时下管,防止塌孔。
①钢管在专用的管床上加工好丝扣,钢管四周钻Φ10mm~Φ16mm注浆孔;管头焊成圆锥形,便于入孔。②管棚顶进采用大孔引导和管棚机钻进相结合的工艺,即先钻大于管棚直径的引导孔(Φ127mm),然后可用10 t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进;也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。③接长钢管满足受力要求,相邻钢管的接头前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管接头至少错开1m。可采用5m及6m钢管交替盯紧。钢管的连接可采用焊管连接法或丝扣套管连接法。
⑻清孔
用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
⑼注浆
注浆采用BW-150型注浆机,珠江泵的主要性能要求;流量80 l/min,最大压力4.5MPa,功率为11kW,重量为300kg;采用注浆机将水泥浆液注入管棚钢管内,初压0.5MPa ~2.0MPa,终压3.0MPa,持压15 min后停止注浆。
3.锁脚导管的施工工艺
在进行了管棚施工后,随后进行了超前小导管的施工。隧道开挖采取短台阶施工法,每台阶间距控制在3 m~5 m。采取上导坑超前,中导坑随后,交错进行落底封闭,做到随开挖、随支护、随量测、随调整。
3.1锁脚导管施工工艺流程
安装拱架→锁脚导管位置确定→钻孔→插入小导管→注浆→与拱架连接牢固
3.2制作小导管
小导管采用外径Φ42mm,壁厚3.5mm的热轧无缝钢管,钢管前端作成尖锥状,尾部焊接Φ6.5加筋箍,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管联接,尾部长度不小于30cm,作为不钻孔的止浆段。管壁四周钻四排Φ6mm孔,孔间距10cm~20cm,呈梅花型布置。
对于Φ42焊管,为保证钢管钢度,可预先在钢管内灌入水泥砂浆(孔口端lm范围内不灌注)。
3.3钻孔、安装小導管
⑴拱架安装牢固,拱架下放置刚性垫块后开始钻孔。钻孔需在拱架两侧沿隧道径向垂直打入,孔深度为3.5m,钻孔完毕将小导管沿孔打入。如遇地层松软,也可用游锤或手持风钻直接打入。
⑵与拱架的连接
将末端用短筋环向焊固相连,以增强共同支护作用。
⑶密封
小导管打入后,将注浆泵的高压胶管与管口联通,并且用棉纱将管口处的缝隙塞紧,以保证注浆时不至于渗漏浆液。管路接通后要压水检查密封性,达到要求后方可注浆。
⑷注浆
浆液可用拌合机拌制,水泥浆水灰比1.5∶1,1∶1, 0.8∶1三个等级,浆液由稀到浓逐级变换,即注稀浆,然后逐步变浓直到0.8∶1为止,注浆宜用普通水泥或早强水泥,拌浆时可按试验室要求适量掺加减水剂,注浆压力控制在0.5MPa~1MPa。
4.监控量测工作
隧道开挖将会引起地表下沉、洞内的拱顶下沉及水平收敛,尤其是在浅埋、偏压段。所以施工中对拱顶下沉、水平收敛及地表沉降值的收集、整理工作是十分重要的,对这些数值的分析、预测,可以直接指导现场的施工生产工作。
三、结论
⑴浅埋隧道开挖时,围岩的应力场和位移场将发生调整,使之发生收敛变形,并可能引起地表下沉,根据开挖理论分析表明,开挖导致的变形量较大,而大管棚是控制开挖变形的较有力的措施,对防止隧道塌方效果明显。
⑵工程实践表明,锁脚锚杆的注浆效果、拱架下放置刚性垫块等因素对导管的作用效果影响较大。
⑶根据现场的监控量测数据表明,一般在开挖并进行初期支护后10d,变形开始变缓; 20d后基本稳定。表明采取预支护的措施达到了预期的效果。
参考文献：
[1] 房志群.林明星.关于浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工技术的探讨[J].中国新技术新产品,2008.(10).
[2] 陈彤.建筑工程施工质量的管理控制方法初探[J].China＇s Foreign Trade,2010.(Z2).
关键词：浅埋偏压 隧道进洞 施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
某隧道全长648m，该隧道属于典型的浅埋偏压隧道，且围岩松散，溶槽、裂隙发育，充填大量的碎石土和黄粘土，地质条件较差，对开挖带来很大的安全隐患,极易出现塌方甚至冒顶事故。为保证施工质量、安全以及运营的安全,我们在浅埋偏压地段施工时采取必要的加固措施。一是在外侧增设应力挡墙,以抵抗山体的侧压力,挡墙采用C 25片石混凝土,与围岩之间填充C25片石混凝土同步浇筑。二是增加拱部Φ108管棚长度，由设计15 m改为36 m,以便更好地控制隧道初期支护变形和下沉,可以有效的控制开挖和支护施工质量以及后期运营安全。三是对型钢拱架拱脚采用锁脚导管代替锁脚锚杆。四是由于山体土较松散破碎,对地表进行预注浆加固处理,使隧道四周形成胶结。五是加强监控量测工作,随时掌握围岩变形情况,及时指导现场施工。本文着重介绍地表预注浆、大管棚施工及锁脚导管的施工方法。
二、浅埋、偏压段施工方案
1.地表注浆加固施工工艺
根据变更后的施工方案,首先进行外侧的应力挡墙施工,然后进行浅埋段的地表注浆加固。注浆法是利用压力将能固化的浆液通过钻孔注入岩土孔隙中,使岩土的物理力学性能得以改善的方法。对该段进行地表预注浆的主要起到提高围岩强度、降低围岩的透水性能,改善隧道的成拱的作用。
1.1地表注浆施工工艺流程
清理地表→测量定位、地面标高→钻机就位→钻孔→注浆管安装→施作止浆盘→钢管注浆→封管
1.2浆液配制
注浆材料采用水泥单浆液和水泥、水玻璃双浆液两种。对周边孔采用水泥、水玻璃双浆液,对内部孔采用水泥单浆液。当吸浆量较大或者地下水较丰富时,内外部均采用水泥、水玻璃浆液。水玻璃模数为2.9,波美度为40,施工时用水稀释成波美度为35。施工时加入3%的缓凝剂。
为了选择最佳的漿液配合比,试验人员做了几组对比试验,对其凝结时间及强度进行了对比,根据试验结果及施工设备情况,选用的单桨液水灰比为0.8∶1,双浆液水灰比为0.8∶1,水玻璃占水泥质量的17%。注浆压力是给予浆液在岩土层中渗透、扩散、压实的能量,其大小决定着注浆效果的好坏。根据围岩情况,注浆初压取0.5MPa~1MPa,终压取2.0MPa~2.5MPa,在补注时压力调高的3.0MPa~3.5MPa。
1.3钻孔
⑴首先进行地表土及腐殖土的清理,并初喷一层混凝土。
⑵安设钻机,钻机就位后进行桩位复测,确保在设计位置进行钻孔。
⑶加工和安装注浆管。注浆管采用Φ45×3.5 mm的无缝钢管,并在无缝钢管上布置压浆孔。现场拼装时应防止断管,安装时要保证压浆管顺直。
⑷施工止浆盘。将钢筋网片进行现场连接,并于注浆管焊接在一起,保证钢筋网片的整体性,从而保证喷射混凝土的整体性。然后施工15cm的C25喷射混凝土,封闭山体表层,为保证地表的排水通畅,喷射混凝土应保持与原始地形一致。
⑸注浆。注浆时应从外向内,从低处向高处注浆。首先对外部进行注浆起到围、堵、截的作用,然后对内部进行注浆,起到填、压、挤的作用。注浆量确定采用现场试验的方法,对具代表性的钻孔进行注水试验,分析岩土层的孔隙率和渗透系数,从而确定注浆量的大小。
⑹质量检测。第一轮注浆结束后,进行现场取芯抽检。对注浆效果不理想处进行高压补注。
2.大管棚施工工艺
2.1施工工艺流程
测量放线→导向墙施工→钻机就位→钻孔→清孔→安装花钢管→注浆→封口
2.2施工工序及控制要点
⑴导向墙施工
为确保大管棚施工的精度,使钻头、钻杆钻进时始终保持同一钻进角度、方向,在隧道洞门口浇筑管棚施工混凝土导向墙,导向墙在洞身外廓线以外施作,采用现浇C30模注混凝土,厚度为100cm。导向墙内埋设2榀I18工字型钢支撑,钢支撑与管棚导向管焊成整体。
⑵导向钢管制作
采用Φ140壁厚5mm的钢管作为管棚的导向管,导向管应根据管棚坐标,焊接定位在导向墙内的型钢拱架上,焊接前对每一根导向管的位置进行测量定位,考虑钻机沉落或其他因素产生的误差,取调整误差10,导向管调整3.5 cm,防止管棚下垂而侵入隧道来挖轮廓线内。
⑶钢花管制作
为了使浆液充分渗入地层,使得隧道拱部围岩形成加固层,管棚由无缝钢管上钻注浆孔制成,孔径10mm~16mm,孔间距188mm,呈梅花形布置,尾部留不钻孔的止浆段150cm。
⑷钻机就位
①钻机平台，钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设,搭设平台应一次性搭好,钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行,可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位。
平台支撑要落在坚固的基础上,连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。
②钻机定位，钻机选用地质钻机,钻机要求与已设定好的导向管方向平行,必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法,反复调整,确保钻机钻杆轴线与导向管轴线相吻合。
⑸钻孔
①为便于安装钢管,钻头直径采用Φ127mm。②钻孔应采取各一钻一的方式,岩质较好的可以一次成孔;钻进时产生坍孔、卡钻,需补注浆后再钻进。③钻机开钻时,可低速低压,保持钻杆顺直,钻进过程中一般保持低压慢进,中等转速,防止转速过快造成钻孔倾斜。④钻进过程中经常用测斜仪测定其位置,并根据钻机钻进的情况及时判断成孔质量,并及时处理钻进过程中出现的事故。⑤钻进过程中确保动力器,扶正器、合金钻头按同心圆钻进。⑥认真作好钻进过程的原始记录,及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。⑦若遇孔内涌水涌泥,应立即停钻,注浆封孔。
⑹清孔验孔
①用地质岩芯钻杆配合钻头(Φ127mm)进行来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求,防止堵孔。②用高压气从孔底向孔口清理钻渣。③用经纬仪、测斜仪等检测孔深,倾角,外插角,各项的允许偏差如表1。
表1允许偏差
⑺安装管棚钢管
清孔后应及时下管,防止塌孔。
①钢管在专用的管床上加工好丝扣,钢管四周钻Φ10mm~Φ16mm注浆孔;管头焊成圆锥形,便于入孔。②管棚顶进采用大孔引导和管棚机钻进相结合的工艺,即先钻大于管棚直径的引导孔(Φ127mm),然后可用10 t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进;也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。③接长钢管满足受力要求,相邻钢管的接头前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管接头至少错开1m。可采用5m及6m钢管交替盯紧。钢管的连接可采用焊管连接法或丝扣套管连接法。
⑻清孔
用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
⑼注浆
注浆采用BW-150型注浆机,珠江泵的主要性能要求;流量80 l/min,最大压力4.5MPa,功率为11kW,重量为300kg;采用注浆机将水泥浆液注入管棚钢管内,初压0.5MPa ~2.0MPa,终压3.0MPa,持压15 min后停止注浆。
3.锁脚导管的施工工艺
在进行了管棚施工后,随后进行了超前小导管的施工。隧道开挖采取短台阶施工法,每台阶间距控制在3 m~5 m。采取上导坑超前,中导坑随后,交错进行落底封闭,做到随开挖、随支护、随量测、随调整。
3.1锁脚导管施工工艺流程
安装拱架→锁脚导管位置确定→钻孔→插入小导管→注浆→与拱架连接牢固
3.2制作小导管
小导管采用外径Φ42mm,壁厚3.5mm的热轧无缝钢管,钢管前端作成尖锥状,尾部焊接Φ6.5加筋箍,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管联接,尾部长度不小于30cm,作为不钻孔的止浆段。管壁四周钻四排Φ6mm孔,孔间距10cm~20cm,呈梅花型布置。
对于Φ42焊管,为保证钢管钢度,可预先在钢管内灌入水泥砂浆(孔口端lm范围内不灌注)。
3.3钻孔、安装小導管
⑴拱架安装牢固,拱架下放置刚性垫块后开始钻孔。钻孔需在拱架两侧沿隧道径向垂直打入,孔深度为3.5m,钻孔完毕将小导管沿孔打入。如遇地层松软,也可用游锤或手持风钻直接打入。
⑵与拱架的连接
将末端用短筋环向焊固相连,以增强共同支护作用。
⑶密封
小导管打入后,将注浆泵的高压胶管与管口联通,并且用棉纱将管口处的缝隙塞紧,以保证注浆时不至于渗漏浆液。管路接通后要压水检查密封性,达到要求后方可注浆。
⑷注浆
浆液可用拌合机拌制,水泥浆水灰比1.5∶1,1∶1, 0.8∶1三个等级,浆液由稀到浓逐级变换,即注稀浆,然后逐步变浓直到0.8∶1为止,注浆宜用普通水泥或早强水泥,拌浆时可按试验室要求适量掺加减水剂,注浆压力控制在0.5MPa~1MPa。
4.监控量测工作
隧道开挖将会引起地表下沉、洞内的拱顶下沉及水平收敛,尤其是在浅埋、偏压段。所以施工中对拱顶下沉、水平收敛及地表沉降值的收集、整理工作是十分重要的,对这些数值的分析、预测,可以直接指导现场的施工生产工作。
三、结论
⑴浅埋隧道开挖时,围岩的应力场和位移场将发生调整,使之发生收敛变形,并可能引起地表下沉,根据开挖理论分析表明,开挖导致的变形量较大,而大管棚是控制开挖变形的较有力的措施,对防止隧道塌方效果明显。
⑵工程实践表明,锁脚锚杆的注浆效果、拱架下放置刚性垫块等因素对导管的作用效果影响较大。
⑶根据现场的监控量测数据表明,一般在开挖并进行初期支护后10d,变形开始变缓; 20d后基本稳定。表明采取预支护的措施达到了预期的效果。
参考文献：
[1] 房志群.林明星.关于浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工技术的探讨[J].中国新技术新产品,2008.(10).
[2] 陈彤.建筑工程施工质量的管理控制方法初探[J].China＇s Foreign Trade,2010.(Z2).