颜春岭隧道火山灰岩地质隧底加固方案研究

方仁应

摘 要：颜春岭隧道位于海南省省海口市老城镇，隧道大部分埋深在30m之内，最大埋深35m，属于浅埋隧道，上覆土层及基岩全风化层（W4）具有弱膨胀性，差异风化明显，柱状节理发育.颜春岭隧道火山灰岩的独特地质情况，比选了微型桩与钢管桩基地加固方案在进度、施工等各方面的优劣，最终确定了钢管桩隧底加固的方案。

关键词：火山灰岩；隧底；加固；方案

中图分类号：U457.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0061-03

1 工程概况

颜春岭隧道位于海南省省海口市老城镇，进口处为潭池三队农场，紧邻预建老城火车站，出口为瑞今畜产品在建工业园。隧道大部分埋深在30m之内，最大埋深35m，属于浅埋隧道，上覆土层及基岩全风化层（W4）具有弱膨胀性，差异风化明显，柱状节理发育。进口分界里程为D2K14+640，出口分界里程为D2K17+500，全长2860m，其中明洞段长420m，暗洞2440m基本全部为V级围岩，合同工期2013年10月至2015年2月，工期紧任务重安全风险大。

隧道进口洞身D2K14+960～D2K15+040、D2K16+053～D2K16+076段设计基底为全风化W4玄武岩，具有弱膨胀性，采用Φ500微型桩加固基底，微型桩桩长5.5m～8.5m不等，桩间距1.5m×1.5m（边墙底范围加密至1.2m），交错布置，加固深度至弱风化层W3内0.5m。洞内微型桩根据实际情况必须采用水下混凝土灌注工艺，共714根，4821m。如果采用旋挖钻机施工根据明洞段施工情况平均每天6根，则洞内微型桩施工需4个月时间，工期太长。

2 围岩情况

颜春岭隧道的独特地质情况，该段基底仰拱以下部位大部分为W4全风化岩，实际开挖揭露的W4全风化岩中经常有球状大孤石。如下图1所示。

3 方案变更说明

颜春岭隧道洞内最高净空为9.87m，边墙净高7.33m，洞内微型桩施工目前国内只有以下三种钻孔机械可供选择，如果采用旋挖钻机成孔，旋挖钻机钻杆总高度为15m，实际洞内空间根本满足不了旋挖钻机作业；如果采用正反循环钻机成孔，正反循环钻机的作业高度为9.54m，理论上只能勉强施工隧道中心线左右两侧各2m范围内的微型桩；若采用冲击钻冲孔，钻机作业高度为8.35m理论上只能施工中心线两侧各3.8m范围内的微型桩，何况冲击钻对洞内扰动极大会破坏初支稳定，稍有不慎还会带来塌方冒顶，且桩基施泥浆浸泡地基和污染洞内环境。总之，隧道边墙弧形部位2.4m空间都满足不了旋挖钻、正反循环钻、冲击钻作业。而钢管桩采用干式成孔、对周边影响少，并可以在小面积场地上进行非常密集的施工，钢管桩的施工机具采用地质钻机，地质钻机的作业高度仅为3m，洞内空间完全满足地质钻机作业。

从颜春岭隧道的独特地质情况分析，该段基底仰拱以下部位大部分为W4全风化岩，但实际开挖揭露的W4全风化岩中经常有球状大孤石存在，旋挖钻机和正反循环钻机对全土层及强风化岩层很适用，但若碰到孤石根本无法钻进还会断杆。而冲击钻虽然能适应软硬地层及孤石，但若碰到孤石冲击扰动极大对软弱地层中的隧道初支有致命的破坏，而地质钻机可以适合任何地层不受限制。如下图2～图4所示。

4 变更方案

根据设备的比选结合目前国内现状，在沪昆高铁云南段、贵广高铁贵阳枢纽等隧道施工中，软弱隧道基底加固均采用钢管桩进行基底加固处理，进度及质量均可得到极大保证，为此建议将颜春岭隧道D2K14+960～D2K15+040、D2K16+053～D2K16+076段原设计基底加固的Φ500微型桩变更为Φ207钢管桩进行基底加固，钢管桩采用镀锌钢管，壁厚6.5mm，边墙部位桩间距0.5m（横）×0.6m（纵）（梅花形布置），其他部位桩间距0.8m（横）×0.8m（纵）（梅花形布置）.钢管桩嵌入基岩深度不小于1.1m，嵌入初期支护仰拱砼内不小于10cm，每横断面不少于16根；钢管桩孔身四周开泄浆孔，孔径10～16mm，孔纵向间距15～20cm，呈梅花形布置，尾部留不小于100cm不钻孔的止浆段；采用水泥砂浆注浆加固，建议水灰比0.4～0.8，建议注浆压力1.0～1.5Mpa。为提高钢管桩的承载能力，在钢管内增设钢筋笼，钢筋笼由四根Ф16主筋构成。钢管桩应与二次衬砌仰拱及边墙有良好接触，初期支护喷混凝土前，预埋Φ250PVC管对钢管桩进行定位。钢管桩仰拱一次施作纵向长度不大于3m，以减少仰拱初期支护暴露时间和仰拱施作滞后时间。如图5所示。

5 钢管桩施工方案

5.1 钢管桩施工工艺

（1）Ф207钢管桩施工工序：（a）钻机成孔；（b）放入Φ207钢管；（c）放入钢筋笼；（d）压注M30水泥砂浆。

（2）工艺参数：钢管桩嵌入基岩不小于1.1m。（如现场基岩面与设计不相符，应及时通知建设、设计及监理单位四方进行现场核对，调整加固深度，保证嵌入基岩深度不小于1.1m。）采用间距0.5m（横）×0.6m（纵）梅花形布置，垂直钻孔。

（3）施工工艺：

①测量放样：使用全站仪精确放样设计孔位，用水准仪测量地面高程，确定钻孔深度并在仰拱初期支护施作完成前预埋长0.5mФ100PVC管对钢管桩进行定位。

②钻孔：钻孔深度符合設计要求。钻进过程中做好记录，为注浆作业提供参考数据；钻孔与注浆孔间距应大于6m，钻孔时控制好造孔的垂直度。

③下管：根据引孔深度逐节安装注浆钢管，钢管采用钢管丝扣接长，直至下到孔底，钢管上口露出仰拱地面20cm。

④清孔：用高压风对孔内进行清理，减少孔内沉渣和泥浆。

⑤注浆钢管加工：注浆钢管周边设置泄浆孔，钢管桩泄浆孔按15mm的梅花形布设注浆孔。如图6所示。endprint

⑥封口：在孔口周围的采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生。

⑦注浆：先外侧后内侧，先两侧后中间，先单号后双号间隔跳注的顺序进行注浆。注浆应自下而上逐节并连续的灌注浆液。

5.2 施工要点控制

①对现场填土的物理力学性能进行试验，掌握了现场加固体的孔隙率和含水率。注浆工艺和注浆参数根据现场实测数据和现场注浆结果作相应的动态调整，注浆过程中，切实加强施工监督管理，严格按照施工规范和设计要求进行。

②钻孔施工：仰拱初期支护施作时，严格按照施工布置图，预埋好孔位。钻机定位要准确，开钻前的钻头点位与布孔点进行核对，钻杆垂直度应符合设计及验标要求。

③浆液配制：现场采用准确的计量工具（量筒），严格按照配合比施工。水灰比要根据现场试验及进展情况，经建设、设计、监理等单位核对后进行动态调整。

④注浆：注浆严格按程序施工，注浆采用进浆量、注浆压力双控。注浆由专人操作，当压力突然上升或从孔壁溢浆，立即停止注浆，每段注浆量严格按设计要求进行，溢浆时，采取措施确保注浆量满足设计要求。

⑤注浆完成后，将注浆孔及时封填密实，保证不溢浆。

⑥注浆过程中做好安全防护措施，尤其是注浆难度较大的注浆孔注浆作业，严防爆管伤人。

⑦中途停止注浆时，应清洗注浆管，以便多次重复灌注浆液。

（4）钢管桩施作后（含注浆）进行注浆效果检查和评定，不合格者应补注，施工完后按以下方法检测：

①物探检测，采用低应变法检测桩长及成桩效果。

②设检查孔，在该注浆段每15m设一检查孔，检查孔应取岩芯，观察注浆充填情况，并检查承载力不小于0.2MPa。

6 监控量测

根据地质条件、周边环境、隧道埋深、断面尺寸、开挖方法和设计要求加强此段监控量测，以确认地基处理加固的效果。选定监控量测项目包括：洞、内外观察；洞内拱顶下称、拱脚下沉；净空（收敛）变化；地表沉降、水平位移、差异沉降。测点设置牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防损坏。将监控量测纳入工序管理，在现场成立监控量测小组，编制监控量测方案和实施细则，及时量测、分析和反馈结论及建议。

7 进度分析

若采用Ф207鋼管桩加固，采用4台潜孔地质钻机同时施工，单机每天可成孔10根，4台钻机每天最少可成孔40根，折合仰拱进度每天可完成3米，每月至少可完成仰拱不少于80米，远远满足开挖每月45米的进度要求，在满足机械设备施工的同时进度也有保证。endprint