全风化砂岩互层段水软化后隧道施工方案探讨

2013-03-02曾青

山西建筑 2013年3期

曾青

(铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院，天津 300251)

1 隧道概况

新建铁路大同至西安客运专线干庆隧道设计为单洞双线隧道，线间距为5 m。隧道进口里程改DK586+051，出口里程改DK592+744，全长6 693 m。共设三座斜井，1号，2号，3号斜井与正线相交里程分别为改 DK587+937.705、改DK589+400、改DK591+240，平距分别为548 m，872 m，460 m。

2 地质概况

2.1 地层岩性

洞身位置穿越地层为第三系粉质黏土夹砂岩，粉质黏土，褐红色，坚硬～硬塑，岩芯呈土柱状，土质较均匀，局部砂性较大;砂岩，褐黄色，胶结较差，全风化～强风化，岩芯呈碎块夹砂状，手捏易碎，地层软硬不均，互层状结构，不同地层结合差，顶板易脱落，围岩易坍塌。

2.2 水文地质

全隧钻探孔未见明显地下水，且通过调查，隧道区各沟谷均干涸，没有流水，附近村庄水井也是在各沟底打设，水位均位于沟底以下50 m～90 m不等。但是考虑到第三系地层含水情况的不均匀性，洞身位置会含第三系孔隙潜水、上层滞水，雨季时水量会增大。

施工到雨季期间，由于受地表积水影响，部分洞顶围岩发生软化。隧道开挖后，洞内压力会减小，加之施工扰动影响，松动圈不断扩大，存在土体裂隙贯通，地下水下渗，恶化围岩稳定的风险。

3 现场施工情况

现场的施工进度情况：掌子面里程DK586+985，中导里程DK586+979.4，下导里程DK586+975.4，仰拱里程DK586+962.2，二次衬砌里程DK586+949.6。现场遇到此种地层时，加之受到洞内地下水和地表水下渗双重作用，围岩自稳能力极差，施工风险很大，支护发生了较大变形。

4 处理方案研究

结合隧道所处地质、地形、开挖断面情况，现场研究了如下四种方案，通过方案比较确定合理方案。

4.1 方案一：洞内深孔注浆预加固方案

隧道上半断面采用超前预注浆，对开挖面及轮廓外5 m范围内土体进行加固，以确保施工安全。超前预注浆孔环径向间距200 cm×200 cm。注浆采用φ90 mm分段前进式注浆，前进式注浆分段长度一般为15 m左右，施工中可根据现场注浆情况作适当调整。

注浆材料选用水泥浆及水泥水玻璃浆，注浆压力0.5 MPa～ 1.0 MPa，施工中根据现场试验调整合适的注浆压力、注浆填充率等注浆参数。为确保施工安全，注浆结束后必须进行钻孔检查，检查孔数量应达到总注浆孔数的10%以上，并满足规范要求。浆液必须凝结达到设计强度(无侧限抗压极限强度不小于1.5 MPa)，并取样验证确认后，方可进行下一步工作。

注浆完毕后拱部140°范围采用密排小导管加固，小导管加长到6 m，搭接长度3 m，环向间距30 cm。超前半断面预注浆纵断面示意图及开孔布置示意图见图1，图2。

图1 超前半断面预注浆纵断面示意图

图2 超前半断面预注浆开孔布置示意图

4.2 方案二：洞内超前水平旋喷桩预加固方案

1)对隧道拱部180°范围采用超前预加固桩对周围土体进行加固，超前预加固桩长度为15 m，桩径600 mm，桩间距为400 mm，设计外插角度暂定为3%～5%，每循环搭接3 m;成桩体达到的抗压强度5.0 MPa～8.0 MPa;为提高水平旋喷桩抗剪强度，采用拱部120°水平旋喷桩内插φ89钢管进行预加固，φ89钢管环向间距80 cm。

2)掌子面为确保稳定需设置超前预加固桩进行加固，掌子面超前预加固桩按水平方向打设，长度为12 m;一般按隧道断面等腰三角形布置，间距2 m×2 m。

3)扩大拱脚和加强锁脚锚管。为保证隧道初期支护受力稳定，在拱部120°设置大拱脚，大拱脚处设置厚度为80 cm。

4)为防止预加固桩在施工中咬合不好的问题，施工中根据现场情况必要时可在桩间加设小导管注浆堵漏加强。

5)按照先周边后掌子面顺序进行加固施工周边按照每次间隔1个，孔位从下到上或左、右交替进行(跳跃式成桩，两边强度平衡，可以减少因钻杆偏移造成桩间咬合率低的问题)。洞内超前水平旋喷桩预加固横断面布置图见图3。

图3 洞内超前水平旋喷桩预加固横断面布置示意图

4.3 方案三：地表垂直旋喷桩预加固方案

1)本方案是在通过从地表垂直打入旋喷桩以实现加固开挖隧道周边围岩的目的，为防止旋喷打设过深而增加施工难度和咬合度效果不好，对于隧道覆盖层顶部土体进行开挖清除后再进行地表旋喷施工，原则上从地表施工旋喷桩钻孔不大于40 m，清除地表土方后覆盖层约26 m。

2)地表土方清除需做好临时防护，措施如下：临时边坡坡率1∶1，临时边坡进行临时防护，临时防护采用锚喷支护，喷C25混凝土10 cm，砂浆锚杆长度2.5 m，间距2 m×2 m，钢筋网为φ8，网格尺寸25 cm×25 cm。

3)垂直旋喷桩加固范围为隧道外轮廓3 m范围，结构外缘3 m范围内为旋喷加固区域，3 m以外为空钻区域，中间如遇砂层透镜体，需进行旋喷护壁;为防止施工时隧道两侧砂层滑落，分别在两侧各设置3排旋喷桩加固地层，深度在隧道边墙处。

4)旋喷桩桩径为80 cm，桩间距为60 cm。

4.4 方案四：降排水+超前大管棚加固方案

1)降排水措施。

a.排水孔。隧道通过采用超前探孔引排水(利用89导管)，超前探孔采用φ90钻孔，长度为15 m，上台阶左右侧各设置1个，中台阶设置3个，为防止砂层中的细颗粒流失，小导管上的引排孔不宜过大，在引排过程中小导管端部可设置一层过滤网，可根据现场试验确定空隙大小。

b.降水井。每隔20 m在下台阶处设置一个降水井，井底应位于仰拱底1 m以下。降水井滤管直径可采用38 mm～100 mm的金属管，管壁上渗水孔直径为12 mm，呈梅花形排列，孔隙率应大于15%。滤管壁外应设两层过滤网。过滤网上孔径大小避免流沙现象发生。井点管的设置可采用钻孔法，井孔直径不宜大于300 mm，孔深比滤管底深0.5 m～1.0 m。在井管与孔壁间及时用洁净中粗砂填灌密实均匀。井点系统安装完毕后，需进行试抽，保证无漏水、漏气现象。井点废除后，立即回填井点，妥善封孔。

2)对隧道拱部180°范围采用φ108超前大管棚，超前大管棚长度为15 m，环向间距30 cm，纵向搭接长度3 m，管棚回填水泥砂浆增加刚度。

3)对隧道拱部180°范围大管棚之间设置φ42 mm超前小导管，小导管长4.0 m，t=3.5 mm，环向间距30 cm;超前小导管配合钢架使用，每1.8 m(3榀)施作一环，其纵向搭接长度不小于1.0 m。降排水方案纵断面示意图见图4。