淺談屏邊隧道洞口段預加固施工技術

淺談屏邊隧道洞口段預加固施工技術

摘要：屏邊隧道進口段位於山體坡腳，系淺埋偏壓地段，圍巖軟弱鬆散，地質條件差，且線路右側20m外發育石碑衝滑坡體，進洞困難，洞口邊仰坡開挖中易出現滑塌及危及坍滑體穩定，為確保洞口施工安全。施工中採取了在洞口兩側設置預加固樁，在洞口範圍施做φ76mm鋼管樁等技術措施進行預加固處治，順利穿越淺埋、偏壓、軟弱地段，實現了安全進洞。

關鍵詞：鐵路隧道；淺埋；軟巖；預加固技術；

一、工程概況

屏邊隧道位於雲南省紅河州新建蒙（自）河（口）鐵路內，中心裏程DIK66+065，全長10381m,為單線鐵路隧道，其中隧道進口段DKD1K60+875～D1K61+150，淺埋偏壓，山坡較緩，坡地多為旱地、荒山。隧道進口表層位於粗角礫土內，其下為炭質板巖全風化層，地質條件差，且線路右側20m外發育石碑衝滑體。炭質板巖，黑色，炭質板狀構造，污手，巖質軟，易風化，易變形，成碎石角礫狀。自穩能力差，隧道圍巖為Ⅴ級。

二、施工方案

（一）、洞身兩側設置預加固樁

預加固樁施工採用人工分節開挖，鋼筋混凝土護壁跟進的方法進行。

通過設置預加固樁抵抗洞頂偏壓和開挖後洞身兩側的側壓力，具體設置參數為：D1K60+878.66線路兩側5m各設1#、2#預加固樁，加固樁樁徑均為2.5m×2.5m，樁長27m。

（二）、隧道拱部以上及洞口兩側鋼管樁預加固

為確保洞口施工安全，避免坍塌危及坍滑體，進口開挖前現先對D1K60+878～+900段及D1K60+870～875洞口段地表採用φ76鋼管樁預加固處理。在大面積施工鋼管樁前，先通過試樁試驗，檢驗鋼管樁施工設備、施工工藝的合理性、適用性，確定施工中的各項參數，然後再進行大面積施工。鋼管樁具體參數為：

1、D1K60+878～+900洞身段，襯砌範圍加固至開挖輪廓線外5m，襯砌兩側加固至W3地層以下3m；D1K60+870～+875洞口段加固範圍為擋牆開挖外3m範圍，加固至擋牆基底以下2m。

2、鋼管樁採用φ76mm無縫鋼管，壁厚6mm，間距1m×1m，交錯佈置，注漿材料採用水泥砂漿，水灰比1:1，注漿壓力為0.8～1.5MP。

為確保工期和施工安全，鋼管樁和預加固樁相隔一段距離同時施工。施工由進口向出口方向進行，待鋼管樁及預加固樁達到設計強度後方可進行進口路塹開挖及洞口超前大管棚施做，最後採用台階法進行洞身開挖支護。

三、施工工藝及方法

（一）、鋼管樁施工

1、施工放樣

鋼管樁在專業測量技術人員的操作下，先使用高精度的全站儀，對每根樁予以精確定位。並對每根樁做好護樁，以備施工過程中隨時進行復核查對。然後測出對應每根樁位的原地面標高，並根據鋼管樁樁底設計標高，計算出將每根樁的鑽孔深度，以書面的形式給現場施工員和管理人員予以技術交底。

2、鑽孔

採用XY-100型鑽機鑽孔。由於施工場地位於較斜的邊坡上，為了保障施工安全，確保施工質量和施工進度，鑽孔的總體施工安排是：“由高向低，由兩端向中間”。鋼管樁沿隧道線路中線左右側佈置，間距為1.0×1.0m,共計436孔。

鑽孔採用小循環鑽進施工方法，終孔孔徑為直徑110mm，鑽至設計標高後，需對孔內泥漿進行洗孔，然後下入鋼花管。為了防止出現鑽孔深度與鋼管長度出現交叉錯誤，測量孔位時按同一里程自山上向山下編號，在孔位上釘木樁並寫上孔號，同時在鋼管加工廠一一對應掛標籤，安裝鋼管時對號入孔，確保無誤。

3、鋼管備制與安裝

鋼管樁所用的鋼管須採用φ76×6mm的熱軋無縫鋼管。鋼管單根長度根據現場和測量技術人員的交底配製和調整，但必須保證與鑽孔孔深相對應。鋼管下孔前，應先在管壁上開孔以作為注漿孔。孔徑一般為Φ6-Φ8mm，間距15-20cm，呈梅花形排列。鋼花管採用在兩端車絲連接，一端為車內絲，一端車外絲，車絲長度不應小於15cmm且每個孔低最下面的一段鋼管前端加工成尖形。鋼管採用人工配合鑽機下管，每節鋼管應連接牢固，長度應符合設計孔深。

4、認真做好各項施工記錄

鑽機機長要做好鑽孔班的各種報表資料，由現場領工員簽字，確認孔號、孔深無誤後方可終孔下管。注漿要詳細記錄清楚每個孔的注漿量、注漿壓力、地表冒漿位置，形狀、冒漿量大小。

5、工地設置專職質檢員專職質檢員負責檢查督促鑽孔孔徑，孔深，鋼花管長度，連接質量，漿液配合比、注漿壓力，注漿量等要滿足設計要求。

6、注漿泵的設置及漿液製作

鋼管樁注漿要使用專用高壓注漿設備，並在山腳下平坦地段安裝注漿泵，注漿泵型號為：3SNS和BW-150型注漿泵。注漿應採用高壓膠管將漿液送到注漿孔內，注漿人員與製漿人員之間採用對講機聯繫。漿液採用攪拌機拌制，水泥漿水灰比為1:1，在拌制時要不停的攪動，避免水泥漿沉澱離析。

7、注漿方法及順序

鋼管樁注漿方法是：在注漿時，漿一根PVC管隨鋼管伸入孔底，鋼管伸入孔底後，即進行第一次注漿。由於鑽孔時孔底有殘渣和水，水泥漿從孔底向上反向注漿，漿殘渣和水擠出孔外，使鋼管與孔壁之間全部填充水泥漿，從而保證鋼管周圍有一層水泥漿保護層。第一次注漿後，在管口設置止漿塞，其目的是防止漿液從孔口部位冒出，止漿塞設置好後，進行第二次注漿，使鑽孔周圍的水泥漿進一步擴容增大，同時填充第一次注漿產生的收縮空隙，再一次增加土體強度，注漿達到設計壓力後封孔。注漿順序應是：“先周圍後中間，間隔跳孔注漿”。

8、注漿順序及施工重點

（1）施工注漿應先外側邊緣，後中心部位；

（2）土層注漿宜隔排跳孔、分層進行注漿；

（3）對於注漿效果較差地段應進行補充注漿。

（4）注漿壓力控制:注漿壓力一般控制在0.8～1.5MPa，最大壓力1.5MPa，當注漿壓力超過1.5MPa時，可停止注漿；必要時可間歇式注漿。當注漿壓力始終在0.8MP以下且注漿異常時，要停止注漿，查明原因後在確定是否繼續注漿。

（二）、預加固樁施工

1、施工工藝流程：測量定位→機具就位→樁成孔開挖→鋼筋砼護壁→樁位、樁底驗收→樁鋼筋籠安裝→灌注砼（養護）→樁質量檢測→樁基竣工驗收。

2、主要允許偏差項目：

預加固樁主要允許偏差表

3、挖孔前，要引出樁心的控制點，待第一節護壁澆築好後，將中心控制點標註在護壁上，以後每放一節都用大線錘吊中，找樁的中心及軸線控制點，確保樁徑不小於設計要求，樁軸線偏差不大於規範值，每澆完三節護壁，需校核垂直度一次，並做好記錄。

4、挖樁：土質開挖採用短鎬、鏟、鍬人工開挖，蘿筐裝土碴，卷楊機起吊出碴。進入砂巖層用風鎬施工，如遇堅石風鎬難以施工的，採用鑽眼爆破施工，但不得放大炮。

5、運渣：每孔樁原地面挖下150cm後，即在樁孔上安裝垂直運輸支架，用捲揚機作為運土設備，由人工運到指定地點堆放。

6、護壁施工：預加固樁護壁每節施工的長度為2米，厚0.2米，井口上部2m範圍為鎖口，其下每2m一節為護壁，樁井開挖2m後應立即施工鎖口，每挖2m及時施工護壁，確保施工安全。當樁井井壁土層穩定性差時，應縮短護壁分節高度，採用0.5-1m一節，必要時應加密鋼筋，加厚護壁，確保安全。不得在土石層變化或滑面處分節，應開挖一節立即支護一節（當出現坑壁坍塌或護壁變形破壞時，應及時加固支護處理）。每節護壁間的空隙不大於250mm，供灌注砼用，砼澆築完畢後，立即將空隙填滿、抹平。護壁砼採用人工澆築，人工搗實的方法，澆築8小時後才可進行拆模。

7、鎖口護壁要嚴格按設計圖施工，孔口上搭設護棚，孔口周圍設防護欄，挖排水溝。

8、成孔後對樁身的尺寸、孔底的標高、樁位的中線、井壁的垂直度進行全面的檢查，做好施工記錄。符合設計及規範要求後再施工鋼筋籠，澆築樁身砼。

9、鋼筋籠的製作

主筋採用對焊接長或其他保證強度和質量要求的連接工藝，在同一截面接頭要錯開，在接頭處35d範圍內，有接頭的受力鋼筋面積不得大於該截面鋼筋面積的50%，如採用搭接焊搭接長度不小於規範值（單面焊10d，雙面焊5d），主筋應點焊成束。注意鋼筋籠保護層的厚度不得小於7cm。若在樁外製成鋼筋籠，起吊過程中要保證不變形、不扭轉。

鋼筋籠加工主要允許偏差表

10、砼的澆築

澆築砼前要認真清理浮渣，抽淨孔底積水。在砼澆築過程中，採用串筒，保證串筒的端部距砼澆築面的距離不大於2米，防止出現離析現象。砼每下料1.5米左右，用插入式振搗棒振搗一次，保證砼的密實度，做好澆築記錄。接近樁頂標高時，若浮漿不多，砼超灌30cm左右，若浮漿過多則超灌50cm，以保證樁頂砼的強度。

11、聲測管的佈設

每根預加固樁聲測管共四根，分佈於樁的四角，通長佈置於樁內。聲測管採用金屬管，內徑不小於40mm，壁厚不小於3mm。聲測管下端封閉，上端採用木塞封閉，管內無異物，連接處應光滑過度，不漏水。管口應高出樁頂100mm以上，且各聲測管管口高度應一致。

12、預加固樁施工安全保證措施

每天上班前，檢查吊機的鋼絲繩、電源電器是否完好，做好檢查記錄，防止突發事故發生。樁內傳遞物品用吊渣桶，嚴禁直接向孔內投擲任何物品，孔口周圍必須設置護欄。下班停止作業前，用蓋板將孔口蓋好。預加固樁孔內作業人員必須帶好安全帽，掛好安全帶，安全帶掛在樁孔上面，遇到緊急情況，將人員儘快吊出孔外。爆破作業，必須由經過考試合格的爆破員擔任。嚴禁放大炮，實行小藥量爆破，警戒範圍為距爆破點200m設警戒人員。點炮後立即用木板加重物堵蓋孔口，以防孔內飛石；炮響後，爆破人員應按規定對爆破區域進行檢查有無瞎炮、危石等。為防缺氧及有害氣體中毒，對樁孔內氣體應每隔2小時進行檢測，凡一次檢測有害含量超過允許值時，應立即停止作業。待確保安全後再繼續施工。必要時可將空氣輸送管通到井底，強制通風換氣10分鐘左右再進行施工。

四、效果評價

屏邊隧道進口軟弱淺埋段，通過圍巖進行預加固處治後，使圍巖固結，提高了自穩能力。預加固後，再進行正常的暗洞開挖支護作業，使預加固措施與暗洞支護體系措施聯合作用，確保了圍巖的穩定和開挖的安全。本隧道在進洞施工中通過對地表沉降觀測和洞內量測結果表明，地表下沉測量和二襯施工前拱頂下沉測量以及淨空收斂量測，均在安全範圍內。這説明通過預加固方法是安全有效的，這也為今後淺埋軟弱圍巖隧道施工技術方面提供了經驗。

五、結語

淺埋軟弱圍巖隧道開挖前，通過採取必要的預加固措施，提前加固地層，提高圍巖的自穩能力，使之與暗洞支護體系聯合作用，使隧道封閉成環，形成自然壓力拱，為隧道的安全進洞打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]中國中鐵二院工程集團有限責任公司，新建蒙自至河口鐵路工程屏邊隧道設計圖.成都.2009

[2]鐵路隧道工程施工技術指南TZ204-2008

[3]中鐵二局股份有限公司.隧道及地鐵工程.中國鐵路出版社.2009

[4]客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南TZ203-200