注浆戴帽法在洞口浅埋偏压穿越水沟隧道的应用

2017-07-05林昭玮福建省第一公路工程公司泉州362000

福建交通科技 2017年3期

关键词：戴帽管棚水沟

林昭玮（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

林昭玮
（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

本文以洞口浅埋偏压穿越水沟的隧道施工为工程实例，结合隧道施工方案的对比分析，详细阐明了注浆戴帽法的设计与施工工艺。通过注浆戴帽施工监测结果分析和应用效果可知，该方法在浅埋偏压穿越水沟的隧道洞口施工是可行的，为同类工程提供参考价值。

浅埋偏压穿越水沟注浆戴帽隧道

0 引言

根据“十三五”现代综合交通运输体系发展规划，在“十三五”期间，交通运输总投资规模将达到15万亿元，其中公路系统是最大的固定资产投资板块。在新一轮热潮中，工程建设规模日趋扩大，隧道工程项目将越来越多。在工程实践中，遇浅埋、偏压、穿越水沟等的隧道工程较为常见。采用常规的施工方法、施工工艺一般无法满足工程质量安全的要求，因此，如何选择恰当的施工方法，确保工程施工的质量安全，降低工程成本是施工技术人员的重要工作。

图1 洞口环境图（单位：cm）

1 工程概况

贵州境惠水至罗甸（黔桂界）第7合同段纳散隧道设计为分离式隧道，左洞508m，右洞510m，隧道洞身围岩以IV级为主，洞口段以V级为主，隧道区上覆土层为第四系残坡积层碎石土，冲洪积层卵石土，下伏基岩为三叠式中统许满组粉砂质泥岩。右洞口桩号YK45+488，洞口覆盖层薄，埋深浅，洞口自然山坡坡度约30~40°，洞门偏压严重，地表有一天然水沟穿越，具体洞口环境如图1所示。

2 隧道施工方案分析与选取

2.1 施工方案比较

根据工程概况中的洞口环境描述，洞口情况较为复杂，处理不当容易产生坍塌和侧壁失稳。如何安全通过洞口浅埋偏压穿越水沟段成为本隧道施工质量安全控制的重点、难点。

为了确保安全进洞及隧道结构安全，项目业主组织相关人员开会研讨，经过对图纸的阅读、现场查勘，有以下四种方案可以采用：方案一、设计档土墙进行地表回填，然后对地表进行注浆，最后开挖进洞方案；方案二、申请设计变更，在浅埋偏压穿越水沟段开挖边坡，按明洞施工方法进洞；方案三、反压回填稳定土，再铺设浆砌片石；方案四、注浆戴帽方案，即通过管棚注浆预加固，设置钢筋砼盖板，并在盖板上铺设浆砌片石的施工方法。

通过四种施工方案（如表1所示）的对比分析，结合洞顶穿越水沟的实际情况，最终决定采用管棚注浆预加固，设置钢筋混凝土盖板，并在盖板上铺设浆砌片石的方案，即注浆戴帽方案。

表1施工方案对比分析表

2.2 施工处治范围

通过工程类比以及本段隧道的地形、地质条件，采用管棚注浆预加固，横向范围按隧道开挖中线右侧18m，左侧5m，桩号YK45+475～YK45+488。

3 注浆戴帽法设计与施工工艺

3.1 注浆戴帽法设计

3.1.1 管棚设计

本隧道管棚设计为30m，钢管采用热扎无缝钢管Φ108mm，壁厚为6mm，钢管环向间距为50cm，外插角为1°～3°，钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。

3.1.2 钢筋混凝土盖板设计

混凝土强度采用C25，厚度为60cm；纵向（N1）、横向（N2）钢筋采用直径25mm，构造筋（N3）采用直径12mm，间距20cm，双层布置，层距49cm。因为盖板在边坡上，所以为了防止砼外漏，盖板砼模板要密封处理。盖板钢筋设计如图2所示。

图2 钢筋混凝土盖板钢筋布置图（单位：cm）

3.2 注浆戴帽法施工工艺

3.2.1 套拱施工

套拱施工应符合设计及规范要求，并注意以下施工事项：

（1）导向管应选择适当的直径，根据设计图纸要求，一般选择直径应大于设计的管径，避免在施工过程因导向管直径小，出现砂石卡钻的现象。

（2）导向管的定位安装应该准确，保证其外插角在1°～3°，避免在钻孔时由于钻头的自重产生下垂，从而使管棚侵入洞身界限，在洞身开挖时被损坏，无法起到支撑作用，也导致洞身上部注浆厚度无法达到预期设计要求。

3.2.2 钻孔清孔

钻孔应待套拱砼强度达到设计要求后方能开始施工。采用KY-140型潜孔钻。因钻孔场地在陡坡位置，为了保障施工安全，保证施工质量和施工进度，钻孔应“由下向上”。钻孔前应做好场地平整，保证钻机的安全。钻孔至设计长度后，需采用高压空气对孔内砂石进行清除，然后送入钢花管。

3.2.3 管棚安装

管棚的长度应该满足设计及规范的要求。管棚钢管在跟进过程中要派专人进行套接加长，管棚相接时，保证管棚中线在同一轴线上，顺丝拧紧，不得出现扭曲现象，并确保连接头与管棚钢管丝扣紧密结合，避免出现不同轴、偏心现象，导致管棚碰到孔壁，造成孔壁坍塌、卡管现象。

3.2.4 注浆准备

使用高压注浆泵进行注浆，水泥浆配合比为，水泥∶水=1∶0.5。

3.2.5 注浆

通过向管棚内注浆，水泥浆在压力的作用下渗透，对地下围岩的裂缝、空隙进行充填、挤压，从而改善围岩的性质，增强围岩的强度和整体稳定性。在管棚作用下，对隧道的侧向偏压力起抵抗作用。显然，注浆施工是本方案的重要环节，起着关键性的作用。注浆过程中，当注浆压力达到设计要求（2MPa）后，不能立即终压，应继续注浆15min以上方能终压，以保证注浆质量。

3.2.6 钢筋砼盖板施工

（1）盖板施工

待管棚注浆后浆液达到设计强度后，方能进行盖板施工。盖板施工前应先进行清表，将洞顶的表土清除，直至围岩裸露。在地表使用砂浆铺设垫层，垫层铺设应尽量平顺，避免砼浇筑时，水泥浆的流失，同时也保证了钢筋较容易绑扎。

（2）钢筋绑扎

钢筋采用直径25mm，横、纵向间距20cm，双层布置，两层之间间距为49cm，用钢丝进行绑扎固定。

（3）模板安装

在盖板的周边安装模板，上部应进行密封处理。模板的支撑应牢固。

（4）混凝土浇筑

混凝土采用强度C25，厚度为60cm，砼厚度最小部分不得小于60cm。砼浇筑过程应缓慢进行，避免浇筑速度过快导致模板胀模。在地理环境无法保证，模板安装较为困难时，可采用分层浇筑。但第一次浇筑完成后，必须对浇筑面进行拉毛处理，保证第二次浇筑的砼与第一次浇筑的砼有足够的粘结力。

（5）表面拉毛

钢筋砼盖板浇筑完成后，应将表面拉毛处理，保证钢筋砼盖板与浆砌片石的粘结能力，而不脱层或出现滑移。3.2.7浆砌片石施工

浆砌片石应待钢筋砼盖板强度达到设计要求后实施。按照设计图纸的要求，砌筑M7.5的浆砌片石。通过浆砌片石的砌筑，有效的减小了隧道偏压应力。另外在浆砌片石的施工应考虑与隧道地貌的整体性，达到与自然景观协调一致。

4 注浆戴帽法监测与施工效果

4.1 监控测量

测量监控，能够掌握围岩和支护动态，了解支护构件的作用及效果，确保隧道施工及运营安全与经济，将监控量测结果反馈设计及施工中，指导设计施工。本项目的监控量测由业主委托具有相应资质的第三方实施。在洞口浅埋偏压穿越水沟隧道施工过程中，监控量测显得尤为重要，应特别重视监控量测工作，确保隧道施工安全。盖板砼浇筑完成，达到一定强度后应按规范要求进行监控量测点位布设。以便施工过程及时进行监控量测工作。本项目洞口断面YK45+480监控量测曲线如图3所示。根据监测数据及曲线揭示，最大拱顶下沉值为-11.66mm，收敛速率相对比较稳定。测量监控单位同意按施工方案进入下一道工序施工。

4.2 方案应用效果

施工方案始终坚持贯彻“零开挖”进洞的环保理念。特殊段处理施工历时2个多月，与其它方案比较优点在于：（1）因地制宜，施工过程避免了大量的洞口土石方开挖或回填，造成生态破坏。（2）提高了施工安全和施工进度。

通过洞身开挖过程中对特殊段洞内外观察和测量，未发现危及施工安全的较大裂缝和洞身失稳侧移现象，施工过程未出现坍塌或冒顶事故。结合开挖过程中监控量测的指导作用，工程于2013年6月20日完成特殊段洞顶的处理，7月24日开始进行浅埋偏压穿越水沟段洞身开挖，9月份顺利穿过浅埋偏压穿越水沟段。