隧道穿越巖體破碎、滲水量大、淺埋的軟弱圍巖, 選擇合適的施工方法至關重要。在秦嶼隧道出口段施工中, 我們采用超前小導管配合水泥-水玻璃雙液注漿超前支護, 結合架設120a工字鋼架、掛網、噴錨等措施, 順利通過淺埋河段, 取得良好的效果。
1 工程概況
溫福鐵路秦嶼隧道位于福建省福鼎市秦嶼鎮內, 是溫福鐵路地質最復雜、施工難度最大的隧道之一, 為溫福鐵路關鍵性工程之一。隧道全長7127m, 隧道位于構造剝蝕低山區, 最大海拔為360m, 相對高差為350m。山體連綿起伏, 時而懸崖峭壁、深溝大壑, 時而緩坡綿延、植被叢生。出口段穿越6條斷層, 斷層破碎帶寬度為10～20m, 傾角約70°～80°, 走向近東西向, 與線路大角度相交, 地表為坡積、沖洪擊及晶屑凝灰巖全風化層覆蓋, 地震彈性波速為3000m/s～3600m/s, 呈碎石狀壓碎結構, 埋深不足30m。
出口段DK127+250～DK127+428受F5斷層破碎帶影響, 設計預測涌水量500～1000m3/d, 地表為狹長形山谷的匯水地貌, 現辟為水田。隧道埋深約24～18m。當隧道掘進至DK127+415時, 圍巖變更為Ⅴ級圍巖, 掌子面呈褐黃色的強風化凝灰巖, 呈塊狀壓碎結構, 控制性節理5～7條/m, 走向近垂向, 可見水平和其他方向節理, 中間加有近水平向的褐黃～灰白色沉積泥巖軟層, 厚5～10cm。拱頂為褐黃色的全～強風化凝灰巖, 圍巖穩定性差, 掉塊嚴重。地下水發育, 掌子面有多處滲水, 流量約30m3/h。由于掉塊嚴重、滲水量大, 給施工進度和安全帶來較大影響, 如何有效地防止掉塊和止水是能否穿越該段軟弱圍巖的關鍵。
2 施工方案
經過廣泛收集資料, 聘請專家論證, 結合工程實際情況, 本著“管超前、預注漿、短開挖、強支護、勤測量、早封閉”的原則, 我們決定采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、三臺階臨時仰拱法開挖, 120a鋼架配合中空錨桿支護的處理方案。施工方案包括形成加固圈、三臺階臨時仰拱法開挖、初期支護等。
2.1 形成加固圈
形成加固圈就是通過超小導管配合水泥-水玻璃雙液注漿在拱部120°范圍的開挖輪廓線四周形成一定強度和厚度的水泥漿加固拱, 以提高圍巖自承能力和穩定性。超前小導管Φ42、長4.5m, 沿隧道拱部120°范圍的開挖輪廓布置, 換向間距40cm, 向外傾斜10～15°?？紤]鋼架間距和搭接長度, 按照3.2m每環布置, 預留搭接長度1.3m。注漿使用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵, 注水泥-水玻璃雙液漿。
2.2 三臺階臨時仰拱法開挖
開挖本著“短進尺、強支護”的原則, 采用三臺階臨時仰拱法開挖的處理方案。上階段開挖高度4.63m, 開挖進尺結合鋼架間距控制在0.8～1.6m;下臺階開挖高度3.87m, 左右交錯開挖, 進尺結合鋼架間距控制在0.8～1.6m。三個臺階縱向距離基本保持在3～5m, 以利于及早落底。開挖后, 盡量減少圍巖暴露時間, 迅速完成初期支護。
2.3 進行初期支護施工
初期支護參數如下:
(1) 初噴封閉掌子面 (4cmC25聚酯纖維砼) , 施作鋼拱架 (120a工字鋼拱架, 縱向間距80cm) , Φ22縱向連接鋼筋, 環向間距1m) , 施工鎖腳鋼管 (Φ50、長3m向下傾斜45°的無縫鋼管, 端部與鋼拱架兩側拱腳焊接) 。
(2) 導坑底施工臨時仰拱 (噴8cm厚C25砼, 必要時增加橫向支撐) 。
(3) 施工徑向系統錨桿 (Φ25帶排氣中空注漿錨桿, 長4m, 環向間距1.0m, 縱向間距0.8m) , 噴射砼厚度至設計厚度 (C25聚酯纖維砼, 厚度28cm) 。
3 施工要點
形成加固圈是本方案的施工重點, 而超前小導管施工及水泥-水玻璃雙液注漿是形成加固圈的重點。施工中確保超前小導管和注漿的質量是施工方案成敗的關鍵。
3.1 超前小導管施工
由于巖體為全～強風化凝灰巖, 基巖破碎, 含水量大, 成孔困難, 容易卡鉆、坍孔, 鉆孔操作比較困難。如何確保小導管的位置和角度滿足設計要求, 是方案成敗的關鍵所在。
小導管施工采用鉆孔打入法。按照封閉巖面→鉆孔→清孔→鋼花管安裝→注漿的施工順序施工。
施工主要工序:
(1) 封閉巖面:為確保注漿效果, 對開挖巖面采用厚度3～5cm的C25噴射砼封閉, 作為止漿墻。在鋼花管安裝完畢后, 用錨固對鋼管周圍進行封堵, 確保在注漿過程中不漏漿。
(2) 鉆孔:鉆孔前先檢查氣腿式風槍狀況是否正常。鉆孔速度應保持勻速, 特別是鉆頭遇到孤石時, 應控制鉆進速度, 避免發生夾鉆現象。鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置, 并根據鉆機鉆進的現象及時判斷成孔質量, 并及時處理鉆進過程中出現的事故。
(3) 清孔、驗孔:用高壓空氣從孔底向孔口清理鉆渣, 用經緯儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。
(4) 鋼花管安裝:在鋼管上按照15cm的間距梅花布置鉆注漿孔, 并在尾部留置不小于1m的止漿段。鋼花管安裝采用直接插入法, 必要時通過在尾部加墊板用風槍送入。
3.2 水泥-水玻璃雙液注漿施工
該段圍巖巖體破碎、裂隙發育、孔隙大、滲透性較好, 為超前預注漿施工增加了難度。預防漿液流失和有效控制注漿量是注漿工作的首要控制點, 是能否形成穩固、安全可靠的加固圈的關鍵。注漿操作主要包括以下幾個工序:
(1) 注漿參數:水泥漿液水灰比0.8～1.0左右, 水玻璃濃度30～35波美度, 水泥漿與水玻璃體積比1:0.3～1:0.8, 注漿壓力0.5～2.0MPa。
(2) 注漿順序:采用由低孔位向高孔位進行, 即由拱腳至拱頂順序進行。
(3) 注漿準備工作:注漿前先檢查注漿管路, 確保管路暢通、不堵塞、不跑漿, 機械性能良好。確認各項準備工作完成后, 做現場注漿試驗, 確定合理的注漿參數, 據以施工。
(4) 注漿施工:注漿采用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導管內, 注漿采用兩次間歇進行。首次注漿可適當減少水灰比, 增加水玻璃摻量, 注漿壓力控制在0.5～1.2 MPa, 當相鄰孔眼有漿液流出時即結束首次注漿。間歇3～5個小時后, 進行第二次高壓注漿, 注漿壓力1.2～2.0MPa, 當進漿量小于20L/10min時可結束注漿工作。若注漿量超限, 未達到壓力要求, 應調整漿液濃度繼續注漿, 直至符合注漿質量標準, 確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液重填, 方可終止注漿。
(5) 注漿過程派人值班, 填寫《注漿記錄表》, 記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力猛增而發生的異常情況。
3.3 監控測量
因該段屬淺埋地段, 施工中應重點對地表下沉、拱頂下沉及周邊收斂進行監控。地表下沉、拱頂下沉、兩組周邊收斂點按照三臺階臨時仰拱法施工順序在施工中布置。在開挖完后, 迅速進行埋設, 并進行初始讀數。通過對量測數據的分析處理, 掌握地層穩定性變化規律, 預見事故和險情, 作為調整和修正支護設計參數及施工方法的依據, 提供圍巖和支護襯砌最終穩定的依據。
4 施工注意事項
4.1 鉆孔前, 精確測定孔的平面位置、傾角、外插角, 并對每個孔進行編號。
鉆進過程中運用測斜儀進行鉆孔偏斜度測量, 嚴格控制小導管打設方向, 并作好每個鉆孔記錄。發現誤差超限及時糾正, 至終孔仍超限者應注漿封孔, 待強度達到要求后, 原位重鉆。
4.2 注漿過程中, 要隨時注意泵壓及流量變化, 若吸漿量很大或壓力突然下降, 注漿壓力長時間上不去, 應查明原因。
如工作面漏漿, 可采取封堵措施;如跑漿可通過調換漿液種類、調整漿液配合比、采用間歇注漿等措施達到注漿目的。
4.3 對注漿過程中發現有大的空洞等, 可首次先注水泥砂漿或砼, 后進行注漿。
5 結束語
本段隧道埋深淺、圍巖為全～強風化凝灰巖、地下水受地表水補給豐富, 圍巖遇水軟化、泥化, 自穩能力喪失較快, 是造成該段圍巖等級低、穩定性差、易超挖掉塊的主要原因。因此在施工處理中, 抓住掉塊主因, 采取超前小導管配合水泥-水玻璃雙液注漿進行止水加固, 取得了止水防滲和加固隧道圍巖的顯著效果, 整個過程安全、順利。尤其根據開挖過程中揭示的情況, 更加驗證了小導管配合雙液注漿加固聯合作用形成的加固圈是保證順利開挖、防止掉塊、減少超挖的重要手段。
摘要：溫福鐵路秦嶼隧道出口段穿越受斷層破碎帶影響的軟弱圍巖地段時滲水量大、掉塊嚴重, 施工中采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固, 三臺階臨時仰供法開挖的處理方案, 取得了良好的工程效果。文章結合工程實踐介紹了這種方案的成功運用。
關鍵詞：軟弱圍巖,超前小導管,水泥-水玻璃雙液注漿