浅谈钻爆法隧道浅埋偏压段施工技术

2015-10-31徐少红章志华刘智峰

建材与装饰 2015年12期

关键词：导坑井点管棚

徐少红　章志华　刘智峰

（中交第二航务工程局有限公司）

浅谈钻爆法隧道浅埋偏压段施工技术

徐少红章志华刘智峰

（中交第二航务工程局有限公司）

本文以沈海复线仙游至金淘高速公路A3合同段狮山隧道浅埋偏压段施工为实例，重点对井点降水、大管棚超前支护、开挖、支护和超前地质预报等方面施工技术进行阐述，集中体现隧道浅埋偏压段施工应遵循“强支护、短进尺、弱爆破、随挖随支护、先喷后锚”的施工原则，为类似工程提供经验和借鉴。

浅埋偏压；超前地质预报；井点降水；大管棚

1　工程概况

狮山隧道位于福建省南安市罗东镇境内，隧道全长1075.5m，左右洞呈分离布置。本合同段承建狮山隧道进口段部分，长度为539.8m（起止桩号：ZK129+652～ZK130+189.6，YK129+ 645～YK130+187）。

隧道进洞口自然山坡坡度约25～30°，自然山坡稳定；上部有厚约1～4m坡残积粉质粘土，下为花岗岩及其风化层。左洞进口覆盖层厚度约10.5m，开挖以土砂土状-碎块状强风化岩为主；右洞进口处覆盖层厚度约5～17m，开挖以砂土状强风化岩为主。左、右洞口边坡高约8～15m，坡体主要为强风化岩，结构松散，开挖后稳定性较差，且地形上有偏压现象。

本隧道进口埋深小、地形偏压、施工难度大，易发生变形及涌水等现象，故本隧道的浅埋段偏压施工段是关键控制点。

2　超前地质预报

隧道施工中，通过有效的超前地质预报手段，预测开挖工作面前方几米至几十米的围岩工程地质和水文地质条件，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报，以便有准备的做好各种预防和施工措施，保证隧道施工的顺利进行。在隧道施工前采用GPR地质雷达探测技术，对该浅埋偏压段围岩进行超前地质预报工作。

经探测发现，该浅埋段围岩岩性主要为全强风化花岗岩，呈松散状结构，为极软岩，局部岩体呈强风化状，呈碎裂块状结构，围岩稳定性差，该段隧道施工时应按照Ⅴ级围岩进行开挖支护。洞口附近地下水较发育，且地下水水位较高，隧道施工前需做好降排水工作。

通过对超前地质预报的地质资料分析研究后，决定对该浅埋偏压段采用双侧壁导坑法开挖施工，超前大管棚配合钢架、锚杆、钢筋网等工艺进行围岩支护，降水井点进行施工前降排水，以确保施工人员及机械安全，防止冒顶事故发生。

3　井点降水

隧道浅埋偏压地段地下水较发育，主要为风化基岩中网状裂隙-孔隙水，以及基岩裂隙水，雨季局部呈淋雨状-股流状出水。风化基岩中的裂隙-裂隙水赋存于第四系破残层底部及碎块状强风化岩层中，富水性及导水性较强，接收大气降水的补给；基岩裂隙水，主要受裂隙、节理等的控制，受大气降水的补给和基岩风化裂隙水的补给，透水性较好，富水性一般。经勘测，隧道洞口段地下水水位高于仰拱底部。为了减小地下水对开挖及支护的影响，确保隧道施工的安全、质量，采取降水井点进行降排水。降水井点采用3排井点，井点布置离隧道侧壁外2m，且平行于隧道侧壁，井点间距15～20m。为达到降水目标，井点深度超过隧道仰拱底部以下6m，并保证降水稳定后稳定水位在仰拱底部以下不小于0.5m。降水井点采用钻探设备成孔，并及时安装井管和过滤材料，井管内径10cm，抽水设备采用深井潜水泵，水泵置于设计深度。井点降水施工见图1。

图1　井点降水

4　大管棚施工

隧道左右洞进口成洞面洞顶覆土厚度分别为1.5m、3m，为使开挖后不发生拱顶面沉降变形、顶部掉块、坍塌等现象，保证施工安全，开挖前采用大管棚进行超前支护。

管棚采用外径108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管，长度为30m，环向间距50cm。每根钢管长分别为4m和6m，管壁上每隔15cm交错钻直径15mm的注浆孔，钢管接头采用外径114mm、壁厚5mm丝扣连接，丝扣长15cm。管棚加工图见图2。

图2　管棚加工图

4.1工艺流程

大管棚施工工艺流程见图3所示。

4.2套拱施工

套拱采用立拱架、支模板，并灌注C25混凝土形成，套拱起管棚导向墙作用。为保证长管棚施工精度，套拱内埋设3榀I18工字钢，钢架外设φ127壁厚4mm导向钢管，钢管与钢架焊接。钢架各单元由连接板焊接成型，单元间由螺栓连接，接头处焊缝高度为：腹板hf=9mm，翼板hf=12mm。

图3　管棚施工工艺流程图

4.3钻孔及钢管顶进

采用电动油压钻机，用以钻孔及推进钢管。开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准。钢管轴线外插角为1～3°。钻孔及钢管顶进顺序为自上而下。

由于套拱顶覆盖层较薄，大管棚钻孔成孔较困难，施工时采取跟管技术，边钻孔边打入钢管，保证大管棚施工过程中不塌孔。顶进钢管时，逐节使用联接套接长，直至钢管长度达设计要求。钢管安装到位后，外露于套拱5cm，并于外露的钢管上焊接环向φ32钢筋作为接地母线桩。

4.4放置钢筋笼

原设计大管棚未设置钢筋笼，经过对实际的水文地质情况分析研究后认为，需在管棚内增设钢筋笼，提高钢管的刚度和强度，以保障管棚对围岩加固和支护效果。在管棚拱顶90°范围，钢管内设置由4根φ20钢筋和固定环组成的钢筋笼，固定环为外径50mm、壁厚5mm钢花管，φ20钢筋与固定环焊接连接。管棚内置钢筋笼布置见图4。

图4　管棚内置钢筋笼设计图

4.5管棚注浆

管棚注浆前，需对岩层进行压水实验，以测定岩层吸水性，核实围岩渗透性，为选择泵压、浆液配合比作参考，同时检查管路及止浆塞效果。经过压水试验，确定本隧道管棚水泥浆的水灰比为0.5。

管棚采用钻机顶入，其顶入长度不小于设计管长的95%；注浆压力控制在0.5～1.0MPa，注浆压力逐步升高，达到终压并继续注浆15min以上；注浆过程中严格控制注浆压力，防止引起地面隆起，注浆顺序由拱脚向拱部逐管注浆。

5　钻爆开挖

该浅埋偏压段采用双侧壁导坑法进行开挖作业，围岩开挖采用光面爆破。

5.1爆破作业

炮眼凿孔采用凿岩台车，炮眼布置应符合下列规定：

（1）根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm。

（2）严格控制周边眼装药量，间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布。

（3）同类炮眼钻孔深度达到钻爆设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。

（4）装药作业采取定人、定位、定段别，做到装药按顺序进行；装药前，所有炮眼全部用高压风吹洗；严格按爆破设计的装药结构和药量施作；严格按设计的联接网络实施，控制导爆索的连接方向和连接点的牢固性。

（5）岩石隧道爆破作业，采用光面爆破或预裂爆破。光面爆破和预裂爆破参数参照表1、表2选用。

表1　光面爆破参数

表2　预裂爆破参数

5.2双侧壁导坑法

双侧壁导坑法是分部开挖隧道两侧的导坑，并进行初期支护，再分部开挖剩余部分的方法。施工时将隧道断面分成四块：左、右侧壁导坑、上部核心土、下台阶。侧壁导坑开挖后，应及时施工初期支护并尽早形成封闭环；侧壁导坑形状近于椭圆形，导坑跨度宜为整个隧道跨度的1/3；左右导坑施工时，前后拉开距离不宜小于15m；导坑与中间土体同时施工时，导坑应超前30～50m。

双侧壁导坑法施工顺序为：①左（右）导坑开挖；②左（右）导坑初期支护；③右（左）导坑开挖；④右（左）导坑初期支护；⑤上台阶开挖；⑥上台阶初期支护、导坑隔壁拆除；⑦下台阶开挖；⑧仰拱初期支护；⑨仰拱超前浇筑；⑩全断面二次衬砌。具体的施工步骤示意图参见图5。

图5　双侧壁导坑法施工步骤横断面及纵断面示意图

6　初期支护

6.1钢拱架

钢拱架由工22b钢、连接钢板、纵向联接筋及螺栓螺母共同连接成整体，在隧道开挖及初喷后进行安装。钢拱架加工制作时，应根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割、刨边的加工余量，确保加工尺寸准确，弧形圆顺。钢拱架加工好后要进行试拼装，做到尺寸准确，连接板结合紧密，连接孔不发生错位现象，方可运往掌子面进行拱架架设工作。钢拱架安装应保持铅直，在环向用C25混凝土楔形块顶紧，确保钢架与围岩的密贴。钢架安装好后，用锁脚锚管锁固固定，防止其发生移位。

6.2锚杆

锚杆采用φ25中空注浆锚杆，长度4m，环向间距1m，纵向间距1m，呈梅花型布置。中空注浆锚杆由中空锚杆体、硬质塑料锚头、隔离架、封水套、凸形托盘等部分组成。其施工内容主要包括钻孔、安装中空锚杆、注浆，注浆采用正反循环注浆，注浆压力0.5～1.0MPa。

6.3钢筋网

隧道拱墙设置φ6钢筋网，网格20cm×20cm。钢筋网在加工场内集中加工，钢筋网挂设时，尽可能利用锚杆，与锚杆焊接固定，钢筋网片随初喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm，钢筋网片搭接尺寸满足设计规范要求，不小于1个网格。

6.4喷射混凝土

喷射混凝土采用湿喷工艺，选用焦作市泰鑫机械制造有限公司生产的HS-900型湿喷机进行喷浆作业。隧道初期支护喷射混凝土分两次进行，即开挖完成后进行的初喷和钢拱架、锚杆、钢筋网安装完成后喷射混凝土。初喷厚度4cm，用以封闭混凝土岩面。第二次喷射时，先将钢架与岩面间的空隙喷射密实，然后喷射钢拱架腹部至设计厚度。

7　仰拱及仰拱回填

开挖成形后尽早施做仰拱，不仅能起到及时封闭围岩防止基底软化的作用，同时保证了洞内整洁，车辆畅通。为减少仰拱与出碴运输的干扰，采用仰拱栈桥跨过施工地段，以保证隧道底部的施工质量，确保结构稳定。

仰拱开挖后，及时进行仰拱初期支护。先施作混凝土垫层，再打锚杆，安装钢架，然后浇筑30cm厚C25模筑混凝土，施做混凝土垫层前，必须将基底清除干净，达到无虚碴、无积水。仰拱初期支护完成后，依次施做60cm厚C30仰拱钢筋混凝土和C15片石混凝土仰拱回填。仰拱混凝土达到设计强度的100%后方可允许车辆通行。