富水砂土复合地层超大断面隧道短管棚超前支护快速施工技术

宋振军

（中铁十二局集团有限公司宝兰客专项目部 甘肃天水 741020）

1 工程概况

某隧道隧道设计为单洞双线隧道，线间距5m，开挖断面积为152～168.4m2，隧道址区黄土台塬地貌，冲沟发育，地形起伏较大。山体绵延起伏，大部分被黄土覆盖，沟谷深切较大，多呈“U”及“V”字型。

隧道洞身通过地层为多种土体并存的复合地层，为第三系粉质黏土、粉细砂、砂类土、圆砾类土以及半胶结状砂层随机复合地层，软硬不均，层间结合极差，岩性变化极其复杂，循环间围岩出入较大，砂层与土层结合处渗水量较大，呈面状流出，局部呈股状，经现场测定涌水量为100～750L/min-10m。由于受地下水影响，围岩软化，蠕变性增强，易出现突水涌泥、流砂涌砂，施工安全风险极大。

2 富水砂土复合地层短管棚超前支护施工方法

2.1 施工工艺流程

隧道短管棚施工工艺流程图见图1。

2.2 施工控制要点

2.2.1 管棚工作室施作

（1）通过测量放样精确定位钢架，使用7500钢架按7500mm半径定位第1、2榀钢架。

（2）通过测量放样精确定位钢架，使用7500钢架按7550mm半径定位第3榀钢架。

（3）通过测量放样精确定位钢架，使用7500钢架按7600mm半径定位第4榀钢架。

图1 隧道短管棚施工工艺流程图

（4）通过测量放样精确定位钢架，使用7500钢架按7650mm半径定位第5榀钢架。

（5）通过测量放样精确定位钢架，使用7700钢架按7700mm半径定位第6榀钢架。

（6）通过测量放样精确定位钢架，使用7700钢架按7750mm半径定位第7榀钢架。

（7）通过测量放样精确定位钢架，使用7700钢架按7850mm半径定位第8榀钢架。

（8）通过测量放样精确定位钢架，使用8000钢架按8000mm半径定位第9、10榀钢架。

（9）通过测量放样精确定位钢架，使用7500钢架按7500mm半径定位套拱钢架。

2.2.2 拱顶放样

按照设计要求现场进行测量放样，精确定位出隧道拱顶中线及隧道中线左右偏距2.5m与中线平行的2根线，如图2。

图2 隧道拱顶放样示意图

2.2.3 管棚采用间隔钻孔注浆施工技术

管棚采用间隔钻孔注浆

（1）第一步首先施做奇数编号管棚：

①采用挖机在隧道上台阶施做一个长度不小于4m，宽度根据上台阶宽度而定，高度3.5～3.8m的工作平台，与下台阶呈30°左右的下坡，便于管棚机上下。管棚设计间距30cm，每环共计62根，对钻孔位置进行编号，首先施做奇数编号管棚，成孔一根装管一根，管棚全部完成后再集中进行注浆，对松软地层预注浆加固，解决了管棚间注浆串孔问题。

②第二步施做偶数编号管棚：

奇数编号管棚注浆完成后，已对地层进行了预注浆加固改良，开始施做偶数编号管棚，管棚成孔良好，通过偶数管棚的注浆，对该地层注浆效果好。

（2）隔孔高压注浆技术

①管棚注浆前，首先对已施工完成的初期支护背后进行注浆回填，防止管棚注浆时浆液从后方初期支护不密实位置流出，控制管棚注浆浆液的流动方向为掌子面前方。

②管棚施工对松软地层扰动大，隔孔注浆不会由于串孔造成相邻管棚注不进去浆液的问题，从而确保了每根管棚的注浆效果。

③高压注浆压力为30～40MPa，由于地层富水，浆液采用1：1水泥浆和双液浆，注意水泥浆和双液浆的使用顺序，按两种工况设计，以达到设计地层加固范围和堵水为目标，不得出现双液浆堵水迅速凝固而达不到一定的扩散半径。

④高压注浆全部完毕后，需要3～5h浆液凝固时间，3～5h之后方可进行下道施工。

（3）掌子面两次封闭方法

在施作管棚前，首先对掌子面进行网喷封闭处理，以确保核心土及掌子面砂层稳定，并且避免打设管棚时对围岩的扰动而出现大面积砂层滑落。挂设φ8网片，搭接长度为1～2个网格，喷射厚度为10cm的C25混凝土。

管棚完成后，注浆前再次封闭掌子面，确保注浆效果。由于打设管棚过程中，对掌子面围岩进行扰动，导致掌子面部分喷射的混凝土会脱落，因此需要再向掌子面均匀喷射C25混凝土，喷射厚度为5～10cm，保证掌子面为封闭状态，同时也防止高压注浆时浆液外流。

3 结束语

隧道在富水砂土复合地层采用6m短管棚，两台履带式全气动钻机同时作业，施工效率及精度高，施工一环62根，30个小时即可完成钻孔、注浆作业，达到了快速施工目标；通过研究间隔钻孔注浆施工方法，取得了良好的注浆效果；成功解决了前期施工中存在的漏沙漏水严重等问题，节约了超挖回填混凝土的使用量，减少了对塌方、变形的处理，节约了施工成本，同时也加快了施工速度，富水砂土复合地层Ⅵ级围岩平均月进尺28～30m，并创造了大西客专Ⅵ级围岩月进尺42m的纪录。

[1]铁建设（2005）160号，客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准[S].

[2]李向国.高速铁路技术[M].北京：国铁道出版社，2005.