软弱富水Ⅵ级围岩隧道仰拱安全快速施工技术

李雪林

(中铁三局集团西南工程有限公司，四川 成都 610083)



软弱富水Ⅵ级围岩隧道仰拱安全快速施工技术

李雪林

(中铁三局集团西南工程有限公司，四川 成都 610083)

针对江门隧道围岩为Ⅵ级全风化花岗岩且富水，遇水易软化、呈现流塑状的特点，为解决开挖仰拱时前方掌子面垮塌导致循环进尺控制难的问题，施工中采用仰拱基坑钢板桩超前临时围护，单次围护长度为两个仰拱循环进尺；仰拱开挖采用前后跳槽左右分部开挖技术，开挖两循环后及时施作仰拱衬砌。通过采用该技术有效确保了仰拱施工中前方掌子面的安全稳定，保证了仰拱开挖的循环进尺，提高了软弱富水围岩条件下仰拱的施工效率，取得了良好效果。

隧道；Ⅵ级围岩；软弱富水；仰拱；钢板桩

隧道施工中，仰拱开挖支护往往不受到施工各方的重点关注，仰拱开挖支护根据工序安排，有的与下台阶施工同步开挖施作，有的单独开挖后进行初期支护，当仰拱开挖支护满足一环仰拱衬砌施工长度时，安排进行仰拱衬砌施工。软弱富水Ⅵ级围岩隧道施工中，文献[1]采用了垂直咬合旋喷桩对隧道两侧进行隔泥堵水，洞身范围采用间距1.2 m×1.2 m旋喷桩加固改良土体；文献[2]采用全断面超前预注浆并辅以大管棚控制围岩变形；文献[3]采用超长大管棚、小导管注浆进行围岩加固，井点降水、帷幕注浆截水疏干隧道内地下水，以保证围岩稳定。以上文献采用相应措施后均顺利实现了隧道的开挖支护。江门隧道Ⅵ级软弱富水围岩施工中，由于围岩自稳能力差，仰拱开挖过程中，无法形成稳定的仰拱掌子面，开挖进尺难以控制，严重的情况下，随着前方围岩不断流坍，曾引起下台阶掌子面失稳。

1 工程概况

1.1 工程概况

广珠货运铁路江门隧道，是双线铁路隧道，全长9 185 m。其中DK111+76～DK112+010段，埋深11～17 m，围岩主要为全风化花岗岩，属于Ⅵ级围岩。隧道采用复合式衬砌，标准断面见图1，开挖宽度11.86 m，高度11.64 m。该段地下水类型为第四系残坡积及基岩风化裂隙水，地下水补给来源为大气降水，地下水位随季节和气候变化明显，隧道范围地下水丰富。隧道围岩遇水后软化成流塑状，承载力极低，没有自稳能力，围岩情况见图2。

图1 Ⅵ级围岩标准断面图(单位：cm)

图2 流塑状围岩图

该段采用三台阶临时仰拱法从大小里程分两个工作面同步掘进。超前支护采用∅108 mm大管棚结合∅42 mm小导管，洞外在隧道洞身两侧采用两排旋喷桩(∅600 mm@450 mm)止水，加固深度从拱顶上4 m至仰拱底下1 m，最大加固深度26 m。洞身范围内采用∅600 mm@600 mm搅拌桩加固，加固深度由拱顶上4 m至拱顶下3.5 m。洞身范围采用∅400 mm的真空井进行井点降水，真空井间距20 m，深度至仰拱底2 m。掌子面设置∅24 mm玻璃纤维锚杆，长度4 m，间距1.5 m×1.5 m。从地面对隧道范围进行袖阀管注浆加固，袖阀管间距1 m×1 m。上述措施实施后，上、中断面围岩状态得到较大改善，但是隧道内涌水仍然较大。在洞身开挖通过后，由于受到地形限制搅拌桩没有施作到仰拱部位，同时袖阀管注浆效果不好，仰拱开挖掌子面围岩在地下水作用下不断流坍，直接导致前方下台阶掌子面的滑坍。

1.2 施工难点

根据铁建设2010(120)号文件对隧道施工的要求，Ⅵ级围岩隧道仰拱初期支护与掌子面距离不得大于35 m，仰拱每循环开挖进尺不能大于3 m，故仰拱施工作业面距离下部开挖掌子面距离非常近。由于Ⅵ级富水围岩属于流塑状，没有自稳能力，尽管施工中对Ⅵ级围岩采用注浆方式进行预加固，实际效果不佳。仰拱开挖仍会造成掌子面围岩失稳，引起掌子面坍塌。如何保证仰拱开挖进尺不超标以及隧道施工安全是施工中的难点。

2 仰拱施工方案及流程

2.1 仰拱施工方案

考虑到隧道围岩自稳能力极低，为保证隧道仰拱基坑的稳定，将钢板桩引入隧道施工，采用钢板桩对仰拱开挖基坑进行临时围护，防止流塑状的围岩向基坑内涌，以确保前方掌子面的稳定。为加快施工进度，钢板桩一次围护两环仰拱进尺长度(6 m)，在钢板桩的保护下，首先开挖靠近围护结构一端的仰拱，仰拱开挖时采用放坡开挖的方式，对边坡采用锚喷支护进行临时防护以确保临时边坡稳定；仰拱开挖采取左右侧分部开挖的方式，开挖一部施工一部仰拱初期支护。靠近围护结构一端仰拱初期支护施工完毕后，开挖靠近已施工好仰拱衬砌一端的仰拱，同样采取分左右侧开挖的方式，同步施工仰拱初期支护。当两环仰拱初期支护完成后，绑扎该段仰拱钢筋，立模，施工仰拱衬砌，仰拱衬砌混凝土终凝后，施工仰拱填充混凝土。

相关参数：开挖放坡坡度1∶1；临时边坡喷射混凝土厚度5 cm，喷射混凝土强度等级C20；一环仰拱开挖进尺3 m；钢板桩采用拉森Ⅳ型，宽度400 mm，桩长6 m。

2.2 施工流程

仰拱施工工艺流程见图3。

图3 施工工艺流程图

3 仰拱开挖支护技术

3.1 施工准备

3.1.1 片石垫层施工

Ⅵ级富水围岩在机械扰动下会液化软弱。为增加基底承载力，方便机械作业，在仰拱开挖范围内铺设一层片石，片石铺设厚度以方便机械作业为宜，但准备施作钢板桩的范围禁止填筑片石。

3.1.2 材料准备

临时围护结构采用拉森Ⅳ型钢板桩，宽度400 mm，桩长6 m，采用标准长度12 m的钢板桩截断制成。

装卸钢板桩宜采用两点起吊，吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，注意保护锁口免受损伤。钢板桩堆放的方向、位置、顺序和平面布置应考虑下步施工的方便。钢板桩分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，上、下层垫木应在同一垂直线，堆放总高度不宜超过2 m。

3.1.3 下台阶掌子面临时封闭

因仰拱开挖作业面距离下部掌子面距离非常近，为保证前方下部掌子面稳定，在仰拱开挖前对洞身下部掌子面喷射8 cm混凝土临时封闭。

3.2 钢板桩插打

为保证钢板桩沉桩的垂直度及平整度，在钢板桩施工前首先施工导向架，导向架由围檩及围檩桩组成。围檩采用I20工字钢，围檩桩采用拉森Ⅳ型钢板桩。

因仰拱基坑开挖深度不深，故采用单层围檩双面布置形式，双面围檩之间的净距应比钢板桩宽度放大8～10 mm，围檩桩入土深度3 m，间距4 m，围檩与围檩桩之间用连接板焊接。

钢板桩垂直于隧道轴线方向布置，从隧道一侧向另一侧连续插打，由于隧道作业面较小，且钢板桩埋深较浅，采用挖掘机将钢板桩压入，插打时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽，轻轻振动压入土体。

开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向要确保精度，以便起到样板导向作用，故每打入1 m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋与围檩支架焊接固定(见图4)。

图4 步骤1：铺设片石、钢板桩插打

3.3 第一部仰拱开挖

钢板桩施工完毕后，立即进行靠近钢板桩一侧的第一部仰拱开挖，分左右两侧分部放坡开挖，临时边坡坡率1∶1，先开挖的一侧采用三面放坡开挖的方式，由挖掘机挖土，自卸汽车运输弃碴，开挖时尽量避免重复扰动土体，控制好开挖断面尺寸，严格控制超挖，但不得欠挖。开挖后立即安装仰拱栈桥恢复交通，栈桥安装牢固(见图5)。

图5 步骤2：第一部仰拱开挖

3.4 第一部仰拱初期支护、临时边坡防护

第一部初期支护分左右侧进行，在开挖后立即施作，开挖后首先喷射4 cm混凝土封闭仰拱开挖面及临时边坡，人工安装拱架，钢架间用高强螺栓连接，钢架纵向以∅22 mm钢筋连接，连接方式严格按照设计施工。钢架安装合格后，立即喷射初期支护混凝土封闭钢架，喷射混凝土采用两台湿喷机同时进行以加快完成初期支护(见图6)。

图6 步骤3：第一部仰拱初期支护、临时边坡防护

喷射手作业在开始时应先给风，再供料；结束时先停料，后关风；喷射头应尽量垂直受喷面，喷嘴距受喷面宜为1.5～2.0 m，喷头连续、缓慢做横向环形移动。喷射砼终凝2 h后，进行湿润养护。

3.5 第二部仰拱开挖、初期支护

第二部仰拱开挖、初期支护同样采用分左右侧施工的方式，二部施工时要加强对一部施工完成的仰拱初期支护进行保护，避免污染第一部的仰拱初支。

仰拱开挖支护要做好工序衔接，做到尽快完成开挖面的封闭(见图7)。

图7 步骤4：第二部仰拱开挖、初期支护

3.6 仰拱衬砌施工

两环仰拱初期支护完成后，绑扎仰拱钢筋，安装纵环向中埋式遇水膨胀橡胶止水带，安装纵、环向排水管、防水板位于仰拱衬砌内的部分，安装综合接地系统的钢筋。

安装端模及侧面弧形模板，监理验收合格后进行仰拱混凝土浇筑，当仰拱混凝土终凝后，立模进行仰拱填充混凝土施工，混凝土强度达到2.5 MPa时拆除仰拱侧模(见图8)。

图8 步骤5：仰拱衬砌、填充混凝土施工

3.7 拔除钢板桩

当仰拱混凝土填充完成后，逐根拔除钢板桩，进入下一循环的仰拱施工(见图9)。

图9 步骤6：进入下一循环仰拱施工

4 实施效果

上述方案实施后，有效的控制了每环仰拱的开挖进尺，避免了因掌子面滑坍而开挖进尺超标。同时加快了施工进度，仰拱开挖支护及衬砌施工每6 m循环时间4～5 d，满足了Ⅵ级围岩前方掌子面施工进度的需要。

5 结束语

(1)在Ⅵ级富水围岩仰拱施工中采用钢板桩临时围护，一次围护两环仰拱、分部跳槽开挖，施工安全性高，能有效降低隧道掌子面滑坍的风险。

(2)Ⅵ级软弱富水围岩仰拱施工所采用的方法简单，易于组织，在满足安全步距的前提下能有效提高施工进度。

(3)在软弱富水围岩隧道施工进行洞身预加固的时候，要综合考虑整个隧道范围内围岩的加固，以减少仰拱施工时面临的风险。

[1]吴发展.哈达铺隧道Ⅵ级围岩浅埋段施工技术[J].国防交通工程与技术,2014，12(6)：40-42

[2]孙明彪. 富水糜棱岩大断面隧道Ⅵ级围岩变形控制技术[J].现代隧道技术,2014，51(2)：152-156

[3]杜运国.益田路Ⅵ级围岩富水隧道综合施工技术[J].铁道标准设计,2010(2)：109-112

On the Safe and Quick Construction Techniques for the Inverted Arch of a Tunnel in Weak Rich-Watered VI-Type Surrounding Rock

LI Xuelin

(Southwest Engineering Co. Ltd. of the Third Engineering Group of China Railway,Chengdu 610083,China)

As the Jiangmen Tunnel is located in the VI-type surrounding rock of granite, which is fully weathered and rich-watered, is liable to weakening and shows the characteristics of a fluid-plastic body,the advanced temporary maintaining method of the inverted arch-foundation-pit-steel-sheet pile is adopted for the construction,with the one-time maintaining length limited to the circular footage for two inverted arches;the excavation for the inverted arch is performed by means of grooving ahead and behind,dividing the work face into the left and right sections and cutting them alternately.After two circulations of inverted arch excavation,the inverted arch lining is provided timely.By applying the above-mentioned techniques,the safe construction and the stability of the front work face for the inverted arch are effectively ensured,with the circulation footage of the inverted arch excavation ensured,the construction efficiency of the inverted arch in the conditions of weak rich-watered surrounding rock improved,and satisfactory benefits achieved.

tunnel;Ⅵ grand surrounding rock;weak enriched water;inverted arch;steel sheet pile

2016-05-24

李雪林(1973—)，男，高级工程师，主要从事土木工程施工技术管理工作。547706274@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.019

U455.4

B

1672-3953(2016)05-0070-04