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廈深鐵路蓮花山隧道施工技術(shù)淺析
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，介紹廈深鐵路蓮花山隧道施工技術(shù)，供同行參考借鑒。
關(guān)鍵詞：隧道 斷層 破碎帶 支護(hù)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(jìn)出口地面坡度30°～50°，植被發(fā)育。進(jìn)口位于饒平縣東鎮(zhèn)新村，出口位于潮安縣鐵鋪鎮(zhèn)洪厝鋪村，附近為縣X086，交通方便。進(jìn)口里程為DK174+123，出口里程為DK181+771，中心里程為DK177+947，全長(zhǎng)7648m，隧道最大埋深245m。全隧道設(shè)無軌運(yùn)輸斜井兩座。
本隧道DK181+618-DK181+718段通過V級(jí)圍巖斷層破碎帶，巖體局部破碎，多為強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀，可見綠泥石化，為斷層破碎帶，致使圍巖自穩(wěn)能力極差，成型困難。根據(jù)圍巖情況，結(jié)合施工生產(chǎn)要素及施工生產(chǎn)能力，按照“早預(yù)報(bào)、勤量測(cè)、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的施工原則，在拱部超前小管棚注漿預(yù)固結(jié)圍巖的保護(hù)下，采用三部臺(tái)階法進(jìn)行施工。拱部預(yù)留核心土，周邊采用風(fēng)鎬開挖，核心土及中槽運(yùn)用PC200挖掘機(jī)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(dǎo)管并壓注具有膠凝性質(zhì)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(jié)、膠化，形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水能力的以漿膠為骨架的固結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性和穩(wěn)定性；使超前小管棚與固結(jié)體形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的殼體，在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開挖支護(hù)施工。
2.1.2 小管棚及注漿設(shè)計(jì) 采用4.5m/根的Ф42mm小導(dǎo)管布設(shè)在拱部，外插角5°~7°，環(huán)向間距40cm，縱向2.4m/一環(huán)；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(jié)時(shí)間，控制漿液的擴(kuò)散范圍。
2.1.3 施工要點(diǎn)
2.1.3.1 小導(dǎo)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(shè)Ф6mm的孔眼4排，以利于小導(dǎo)管推進(jìn)和漿液滲入破碎巖體。
2.1.3.2 小導(dǎo)管安設(shè) 如巖體松軟，采用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)直接推送，如遇夾有堅(jiān)硬巖石處，先用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼成孔后再推進(jìn)就位。
在施作小導(dǎo)管前應(yīng)注意：第一，噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻，為注漿作好準(zhǔn)備工作；第二，準(zhǔn)確測(cè)量隧道中心線和高程，并按設(shè)計(jì)標(biāo)出小導(dǎo)管的位置，誤差±15mm；第三，用線繩定出隧道中心面，隨時(shí)用鋼尺檢查鉆孔或推進(jìn)小導(dǎo)管的方向，以控制外插角達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；第四，施工順序?yàn)閺膬蓚?cè)拱腰向拱頂進(jìn)行，為提前注漿留好作業(yè)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?jié){液從其他孔眼溢出，注漿前對(duì)所有孔眼安裝止?jié){塞，注漿順序從兩側(cè)拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮風(fēng)鎬環(huán)形開挖的方便，同時(shí)要達(dá)到固結(jié)破碎松散巖體的目的，保證開挖輪廓線外環(huán)狀巖體的穩(wěn)定，形成有一定強(qiáng)度及密實(shí)度的殼體，特別是確保兩側(cè)拱腳的注漿密實(shí)度和承載力，采取注漿終壓(0.8～1.2MPa)和注漿量雙控注漿質(zhì)量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定拱腳終壓為1.2MPa，拱腰范圍為1.0MPa，拱頂為0.8MPa。注漿時(shí)相鄰孔眼需間隔開，不能連續(xù)注漿，以確保固結(jié)效果，又達(dá)到控制注漿量的目的。
2.2 開挖 為控制超欠挖及減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，拱部弧形及邊墻周邊均采用風(fēng)鎬分臺(tái)階開挖，核心土及中槽均采用挖掘機(jī)開挖，開挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為0.6～1.2m，邊墻按鋼拱架的兩個(gè)單元分兩個(gè)臺(tái)階施工，上下臺(tái)階相距2m，左右邊墻錯(cuò)開2m。
2.3 初期支護(hù)
2.3.1 初期支護(hù)參數(shù) 系統(tǒng)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(huán)向間距為1.0m，梅花型布置；拱墻設(shè)I20b鋼拱架，間距60cm，鋼拱架拱腳設(shè)Ф42鎖腳錨管，4m／根，每側(cè)2根；掛Ф8雙層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)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(jī)具 噴混凝土采用Bz—5型混凝土噴射機(jī)，壓力為0.2～0.4MPa。
2.3.2.2 水泥及細(xì)骨科 采用P.O425普通硅酸鹽水泥；細(xì)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(guī)格為5～10mm的碎石，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求。
2.3.2.4 粘稠劑 選用STC型粘稠劑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，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(huì)使混凝土回彈量增加，浪費(fèi)大量的材料；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)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(shí)間，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼拱架、系統(tǒng)錨桿及鋼筋網(wǎng)安設(shè)好后，再噴混凝土10～12cm；最后在下一循環(huán)噴射混凝土?xí)r分兩次噴射至設(shè)計(jì)厚度。
噴射作業(yè)分段、分片由下向上依次分層進(jìn)行，每段長(zhǎng)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(dòng)，一般繞圈直徑在0.4m為宜。
2.3.4 掛鋼筋 鋼筋網(wǎng)片采用Ф8圓鋼，除銹處理后按設(shè)計(jì)加工成100cm×200cm的網(wǎng)片；掛設(shè)時(shí)網(wǎng)片必須隨受噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面間留3cm作為保護(hù)層，網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土?xí)r不移動(dòng)。
2.3.5 安裝鋼拱架 型鋼除銹后按設(shè)計(jì)要求分節(jié)加工成型，鋼拱架分節(jié)間通過鋼板用螺栓聯(lián)接。
2.3.5.1 鋼拱架嚴(yán)格按設(shè)計(jì)間距架立。
2.3.5.2 為充分發(fā)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(shí)，嚴(yán)格控制左、右拱腳標(biāo)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(jiān)控量測(cè)
開挖完成后，在拱頂、拱腳及邊墻的內(nèi)軌頂面標(biāo)高處埋設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拱頂下沉和水平收斂量測(cè)。測(cè)試元件用Ф12圓鋼加工而成，每根元件長(zhǎng)46cm，錨入基巖內(nèi)10cm，初期支護(hù)28cm，外露初支面8cm。水平收斂量測(cè)采用收斂?jī)x進(jìn)行觀測(cè)。量測(cè)頻率開始6h觀測(cè)1次，然后根據(jù)變形量的減小而減小量測(cè)頻率，即12h、24h，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整工序及預(yù)留變形量、開挖進(jìn)尺等，便于指導(dǎo)施工，確保施工安全。量測(cè)點(diǎn)每隔5～10m布設(shè)1組。經(jīng)量測(cè)，拱頂最大累計(jì)下沉量為10mm，水平最大累計(jì)收斂量為11mm。
4 結(jié)束語
通過對(duì)斷層破碎帶采用超前小導(dǎo)管棚預(yù)支護(hù)、人工環(huán)形及周邊開挖技術(shù)和錨噴初期支護(hù)措施，且通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)得出以下結(jié)論：
4.1 周邊人工開挖可減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，有效控制超欠挖。
4.2 超前小管棚注漿預(yù)支護(hù)，可以大量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。
4.3 通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，將預(yù)留變形量由設(shè)計(jì)的15cm調(diào)至8cm。
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