朱砂堡2号隧道浅埋顺层偏压进洞施工工艺

卜春丰

（中铁三局集团第二工程有限公司，河北 石家庄 050031）

1 工程概况

玉屏东—三穗东车站区间，双线隧道，左右线线间距为5.0 m，设计为20‰的单面山坡。构造剥蚀中低山区，最大埋深49 m，地面高程575～650 m，自然坡度10°～35°，局部陡峭，植被发育良好。

2 工程地质、水文地质及气候条件

2.1 工程地质条件

隧区沟槽覆盖第四系坡残积（Q[4]（dl+el））黏性土所覆盖，基岩部分裸露，为寒武系下统清虚洞组（∈[1]q）薄层灰岩。地层由新到老分述如下：

<0-2>溶洞（Q[4]（ca））：全充填黄褐色软塑状黏土。

<0-3>溶洞（Q[4]（ca））：半充填，褐黄色、硬塑状黏土充填。

<0-5>溶洞（Q[4]（ca））：空洞，无充填，钻具自由下落。

<6-3>红黏土（Q[4]（dl+el））：褐黄、浅黄、棕黄、棕红色硬塑～坚硬状黏土、红黏土，夹含20%碎石角砾。厚度变化较大，范围在0～6 m，广泛分布于缓坡及坡脚。属I&I级普通土。

<83-2>灰岩（∈[1]q）：浅灰色，灰岩，薄层，钙质、泥质胶结，节理裂隙较为发育，节理裂隙分割间距20～50 cm，裂隙面较平整，其上有钙质风化薄膜及水锈痕迹，岩质较坚硬、性脆，锤击声脆。强风化带（W[3]）岩体破碎，碎块状，厚0～2 m，属I&V级软石；弱风化带（W[2]）呈块状及柱状，属V级次坚石。

2.2 水文地质条件

2.2.1 地表水

隧区地表水以山间沟水为主，水量较小，雨季时沟内水量增加明显，普遍在2～3 L/s。

2.2.2 地下水特征

隧区地下水类型主要为第四系松散土层孔隙水、岩溶水。

2.2.3 水化学特征

根据钻孔SH-DZ-48-085-1取水样分析得出：地下水水质类型为 HCO3-、-SO42-、-Mg2+、Na+型，pH值为 6.7。根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号），在环境作用类别为化学侵蚀环境时，对混凝土结构无腐蚀作用。

2.3 气候条件

本隧段（羊坪县）属亚热带湿润季风气候，气温及降雨等各地虽有差异，但变幅不大。总的特点是：冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，雨量充沛，阴雨天多，四季不甚分明。年平均气温14.9℃，极端最高气温一般为34～37℃，黔东玉屏局部高达39℃，极端最低气温一般为-7～-10℃。年平均降雨量为1 200～1 500 mm，5～10月份为雨季，占年降雨量的80%。

3 进洞方案

首先进行边仰坡开挖。洞口边仰坡开挖应尽量避开雨期，首先在洞口边仰坡开挖及回填边缘线外5～10 m施作洞顶截水天沟，防止地表水冲刷边仰坡，以拦截地表水，避免雨水冲刷洞门造成危害；截水沟采用C25混凝土进行施工，做到圆顺流畅，不积水，不渗水，拦截导引地表水，防止地表水影响洞口施工，达到稳定坡面的目的。

为增加洞口及边仰坡的稳定性，确保进洞安全，在洞口范围内放出边仰坡开挖轮廓线，清除开挖范围内植被，按照“分层、分段，自上而下，边开挖、边防护”的原则，采用挖掘机自上而下进行开挖，人工配合精确刷坡。避免围岩振动过大，造成边坡、仰坡坍塌，甚至造成山体滑坡，影响洞口施工安全。

3.1 进口方案

本隧道进口段永久开挖边坡坡面当位于土层时采用混凝土人字形截水骨架护坡防护。明洞段临时开挖坡面当位于土层时采用喷锚网防护：喷C25混凝土厚10 cm，钢筋网采用Φ8钢筋，网格间距25 cm×25 cm；锚杆采用Φ22砂浆锚杆，每根长4 m，梅花形布置，间距1.0 m×1.0 m。明洞段明暗分界直立面当位于土层时采用喷锚网防护：喷C25混凝土厚8 cm，钢筋网采用Φ8钢筋，网格间距25 cm×25 cm；开挖范围内锚杆采用Φ25纤维锚杆，每根长4 m，仅喷C25混凝土厚8 cm。

3.2 出口方案

本隧道出口段永久开挖边坡坡面采用锚杆框架梁护坡防护。明洞段临时开挖坡面当位于土层时采用喷锚网防护：喷C25混凝土厚10 cm，钢筋网采用Φ8钢筋，网格间距25 cm×25 cm；锚杆采用Φ22砂浆锚杆，每根长4 m，梅花形布置，间距1.0 m×1.0 m，仅喷C25混凝土厚8 cm。明洞段明暗分界直立面采用喷锚网防护：喷C25混凝土厚8cm，钢筋网采用Φ8钢筋，网格间距25 cm×25 cm；开挖范围内锚杆采用Φ25纤维锚杆，每根长6 m，仅喷C25混凝土厚8 cm。

3.3 洞口开挖注意事项

洞口开挖前，应首先清除洞口开挖范围内的树木、杂草和树根，检查边仰坡以上的山坡稳定情况，处理坡面的危石。

洞口土方采用机械开挖施工时，边仰坡应预留约30 cm的整修层，采用人工刷坡并及时夯实整平成型，防止超挖，保证边仰坡平顺，坡率符合要求。

洞口开挖时，应自上而下分层开挖，严禁掏底开挖或上下重叠开挖，结合正洞开挖方法，预留进洞台阶，形成进洞面及边仰坡，并及时对坡面进行防护，加强对坡面监测。开挖后的坡面应稳定、平整、美观。

3.4 洞口开挖施工方法及工艺要求

隧道进口洞口为Ⅴ级围岩浅埋段，采用超前管棚预支护，台阶法加临时仰拱开挖进洞，超前支护采用Φ108大管棚，长度35m，环向间距40 cm，每环设置50根。加强支护采用全环I22a型钢钢架、间距60 cm及喷锚网初期支护。

3.4.1 管棚施工

管棚是利用导向架，沿着开挖外轮廓线，保证外插角为1°～3°之内，向开挖面前方打入钢管，形成对开挖面前方围岩的预支护。

3.4.2 材料要求

导管采用外径108 mm热轧无缝钢管，壁厚满足设计要求；管棚所用钢管进场必须按批抽取试件做力学性能和工艺性能试验，其质量必须符合国家有关规定及施工图要求。

注浆液采用水泥浆液，浆液应具有良好的流动性、可灌性、凝胶时间可根据需要调节、固化时收缩小，浆液与围岩、混凝土、砂土等的粘结力强，固结体具有高强度和良好的抗渗性、稳定性、耐久性，注浆材料和固结体无毒、无意味、无污染，对人体无害。

3.4.3 施工方法及工艺要求

施工误差要求：径向不大于20 cm，同一断面接头数量不大于50%，相邻钢管的接头至少错开1 m。施工方法分为以下六步。

3.4.3.1 施作套拱

混凝土套拱作为管棚的导向墙，套拱在洞身开挖轮廓线以外施作，套拱内埋设2榀工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。

孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。

3.4.3.2 搭钻孔平台安装钻机

钻机平台可用钢管脚手架搭设，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。

平台支撑要着实地，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。

钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，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，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。

3.4.3.3 钻孔

钻机距工作面距离不大于2 m，采用两台钻机同时作业，由两侧向中间，互不干扰，加快进度。为克服钻机具自重所产生的下垂，钻机要与导向管保持一致。

钻机开钻时，可低速低压，待成孔几米后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。为防止堵塞钻机风孔，可加大高压风清孔频率，切忌高压水清孔。

钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。

3.4.3.4 清孔、验孔

用ф108 mm岩芯管进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔；用高压气从孔底向孔口清理钻碴；用测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。

3.4.3.5 安装管棚钢管

导管加工丝扣，除尾部1.5 m外，每隔15～20 cm钻Φ10出浆孔；导管接头采用Φ121套管连接，为使钢管接头错开，钢管按9 m、6 m不等长加工，保证相邻钢管在同一截面的接头错开。

3.4.3.6 注浆

注浆前用喷射混凝土封闭掌子面并对孔口进行封堵，以防孔口冒浆，混凝土喷射厚度约15 cm，注浆压力控制在1～2 MPa左右，注浆时控制好注浆压力和注浆量，以防注浆过量而引起地面隆起。向奇数孔管棚内压注浆液，注浆前用喷混凝土将工作面封闭，并用速凝砂浆密封孔口管与钢管之间的缝隙。注浆方式采用全孔压入式，注浆机采用YZB-80型注浆泵。

配置浆液并注浆，浆液扩散半径不小于0.5 m，浆液为1∶1水泥净浆，注浆初压0.5～1 MPa，终压2 MPa。注浆前按参数进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验合格按实际情况确定，以确保达到固结围岩的目的。钻孔时出现卡钻或坍孔时应先注浆后再钻孔。注浆结束后及时清除管内浆液，并用水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。

注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

管棚施工完成后，采用台阶法加临时仰拱开挖进洞，施作初期支护，根据围岩变化情况设置临时仰拱，尽早形成封闭支撑结构，仰拱浇筑紧跟开挖，及时施作二次衬砌。

4 监控量测

监控量测法是施工的重要手段,是指导施工方案中的支护参数、施工工艺及各工序的作业时间的重要方法。地表沉降测点横向间距为2～5 m，每个断面设7～11个点，监测范围应在隧道开挖影响范围内设置。在隧道中线附近测点应设当加密，地表沉降应在开挖工作面前方、隧道埋深及隧道开挖高度处进行观测，直到二次衬砌封闭、下沉基本停止时的位置。地表沉降量测频率应与洞内拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。

[1]关宝树.隧道工程施工要点集.[M]北京：人民交通出版社，2011.

[2]吴波.地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析.[J]西南交通大学，2003.