廈深鐵路蓮花山隧道施工技術淺析

廈深鐵路蓮花山隧道施工技術淺析

摘要：結合工程實例，介紹廈深鐵路蓮花山隧道施工技術，供同行參考借鑒。
關鍵詞：隧道 斷層 破碎帶 支護施工
        1 工程概況
        蓮花山隧道橫穿蓮花山，屬低山丘陵地貌，地表起伏較大，進出口地面坡度30°～50°，植被發育。進口位于饒平縣東鎮新村，出口位于潮安縣鐵鋪鎮洪厝鋪村，附近為縣X086，交通方便。進口里程為DK174+123，出口里程為DK181+771，中心里程為DK177+947，全長7648m，隧道最大埋深245m。全隧道設無軌運輸斜井兩座。
        本隧道DK181+618-DK181+718段通過V級圍巖斷層破碎帶，巖體局部破碎，多為強風化碎塊狀，可見綠泥石化，為斷層破碎帶，致使圍巖自穩能力極差，成型困難。根據圍巖情況，結合施工生產要素及施工生產能力，按照“早預報、勤量測、短進尺、弱爆破、強支護、早封閉”的施工原則，在拱部超前小管棚注漿預固結圍巖的保護下，采用三部臺階法進行施工。拱部預留核心土，周邊采用風鎬開挖，核心土及中槽運用PC200挖掘機開挖。
        2 施工方法
        2.1 超前小管棚施工
        2.1.1 工藝原理 在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導管并壓注具有膠凝性質的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結、膠化，形成具有一定強度和抗滲阻水能力的以漿膠為骨架的固結體，從而提高圍巖的整體性、抗滲性和穩定性；使超前小管棚與固結體形成一個具有一定強度的殼體，在殼體的保護下進行開挖支護施工。
        2.1.2　小管棚及注漿設計 采用4.5m/根的Ф42mm小導管布設在拱部，外插角5°~7°，環向間距40cm，縱向2.4m/一環；壓注1：1水泥漿液，采用425#普通硅酸鹽水泥，漿液中摻水泥用量3～5％的40Be’水玻璃，以縮短漿液的膠化固結時間，控制漿液的擴散范圍。
        2.1.3 施工要點
        2.1.3.1 小導管加工4.5m／根的Ф42mm小鋼管一端加工成尖錐形，距另一端100cm的位置開始至尖錐端之間按梅花型間距為20cm布設Ф6mm的孔眼4排，以利于小導管推進和漿液滲入破碎巖體。
        2.1.3.2 小導管安設 如巖體松軟，采用YT-28型風動鑿巖機直接推送，如遇夾有堅硬巖石處，先用YT-28型風動鑿巖機鉆眼成孔后再推進就位。
        在施作小導管前應注意：第一，噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止漿墻，為注漿作好準備工作；第二，準確測量隧道中心線和高程，并按設計標出小導管的位置，誤差±15mm；第三，用線繩定出隧道中心面，隨時用鋼尺檢查鉆孔或推進小導管的方向，以控制外插角達到設計的標準；第四，施工順序為從兩側拱腰向拱頂進行，為提前注漿留好作業空間。
        2.1.3.3 注漿 選用UB6型注漿泵注漿，采用漿液攪拌桶制漿。為防止漿液從其他孔眼溢出，注漿前對所有孔眼安裝止漿塞，注漿順序從兩側拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮風鎬環形開挖的方便，同時要達到固結破碎松散巖體的目的，保證開挖輪廓線外環狀巖體的穩定，形成有一定強度及密實度的殼體，特別是確保兩側拱腳的注漿密實度和承載力，采取注漿終壓(0.8～1.2MPa)和注漿量雙控注漿質量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。通過現場試驗確定拱腳終壓為1.2MPa，拱腰范圍為1.0MPa，拱頂為0.8MPa。注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續注漿，以確保固結效果，又達到控制注漿量的目的。
        2.2 開挖 為控制超欠挖及減少對圍巖的擾動，拱部弧形及邊墻周邊均采用風鎬分臺階開挖，核心土及中槽均采用挖掘機開挖，開挖進尺根據圍巖穩定性確定為0.6～1.2m，邊墻按鋼拱架的兩個單元分兩個臺階施工，上下臺階相距2m，左右邊墻錯開2m。
        2.3 初期支護
        2.3.1 初期支護參數 系統錨桿3.5m／根，拱部為Ф25中空注漿錨桿，邊墻為Ф22砂漿錨桿，縱向、環向間距為1.0m，梅花型布置；拱墻設I20b鋼拱架，間距60cm，鋼拱架拱腳設Ф42鎖腳錨管，4m／根，每側2根；掛Ф8雙層鋼筋網，網格尺寸為20cm×20cm，噴射混凝土厚28cm。

      2.3.2　噴射混凝土材料 
        2.3.2.1 機具 噴混凝土采用Bz—5型混凝土噴射機，壓力為0.2～0.4MPa。
        2.3.2.2 水泥及細骨科 采用P.O425普通硅酸鹽水泥；細骨料選用潮洲韓江砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。
        2.3.2.3 粗骨科 采用規格為5～10mm的碎石，經試驗檢測指標均達到規范要求。
        2.3.2.4 粘稠劑 選用STC型粘稠劑，經現場試驗，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可大量減少回彈量。
        2.3.2.5 水灰比 水灰比過大、過小都會使混凝土回彈量增加，浪費大量的材料；經現場多次試驗確定，水灰比為0.47的混凝土噴射效果最佳。
        2.3.3 噴射混凝土 開挖后為縮短圍巖的暴露時間，防止圍巖進一步風化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼拱架、系統錨桿及鋼筋網安設好后，再噴混凝土10～12cm；最后在下一循環噴射混凝土時分兩次噴射至設計厚度。
        噴射作業分段、分片由下向上依次分層進行，每段長度為3m。噴頭噴射方向與巖面偏角小于10°，夾角為45°；噴頭至受噴面距離在0.6～1.0m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，一般繞圈直徑在0.4m為宜。
        2.3.4 掛鋼筋 鋼筋網片采用Ф8圓鋼，除銹處理后按設計加工成100cm×200cm的網片；掛設時網片必須隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面間留3cm作為保護層，網片與系統錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土時不移動。
        2.3.5 安裝鋼拱架 型鋼除銹后按設計要求分節加工成型，鋼拱架分節間通過鋼板用螺栓聯接。
        2.3.5.1 鋼拱架嚴格按設計間距架立。
        2.3.5.2 為充分發揮鋼拱架的承載能力，首先要求鋼拱架必須垂直且與線路方向垂直；其次，架立拱部鋼拱架時，嚴格控制左、右拱腳標高，以防拱架偏斜，影響與邊墻鋼拱架的圓順連接或侵入襯砌厚度。
        2.3.5.3 為方便拱部鋼拱架與邊墻鋼拱架的連接，在拱腳連接處鋪不小于20cm厚的粗砂或石屑。邊墻鋼拱架底部必須置于基巖上，以防下沉變形。
        3 監控量測
        開挖完成后，在拱頂、拱腳及邊墻的內軌頂面標高處埋設測點進行拱頂下沉和水平收斂量測。測試元件用Ф12圓鋼加工而成，每根元件長46cm，錨入基巖內10cm，初期支護28cm，外露初支面8cm。水平收斂量測采用收斂儀進行觀測。量測頻率開始6h觀測1次，然后根據變形量的減小而減小量測頻率，即12h、24h，根據量測結果及時調整工序及預留變形量、開挖進尺等，便于指導施工，確保施工安全。量測點每隔5～10m布設1組。經量測，拱頂最大累計下沉量為10mm，水平最大累計收斂量為11mm。
        4 結束語
        通過對斷層破碎帶采用超前小導管棚預支護、人工環形及周邊開挖技術和錨噴初期支護措施，且通過現場監控量測得出以下結論：
        4.1 周邊人工開挖可減小對圍巖的擾動，有效控制超欠挖。
        4.2 超前小管棚注漿預支護，可以大量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質量和進度。
        4.3 通過現場監控量測，將預留變形量由設計的15cm調至8cm。

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