江门隧道下穿玉龙湖泄洪通道施工技术

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【摘 要】 针对江门隧道Ⅵ级围岩下穿玉龙湖泄洪通道的难题，为保证隧道施工安全，通过对地表河道方案、超前支护方式、开挖工法三个方面进行综合比选，采取了地表施作隔水层、水平旋喷桩超前支护、双侧壁导坑法开挖等一系列技术方案，成功穿越了玉龙湖泄洪通道，对同类隧道施工有一定的参考意义。

【关键词】 Ⅵ级围岩 下穿泄洪道 水平旋喷桩 施工技术

1 前言

目前在隧道下穿河流和护城河的施工控制过程中，超前支护及开挖方式对安全、工期、成本都有关键的影响作用，超前支护主要采用的超前加固措施为水平旋喷桩、帷幕注浆、长管棚、冻结法、水平袖阀注浆等控制技术，开挖方式主要有CRD、CD、双侧壁导坑法、三台阶临时仰拱法等，采用何种超前加固及开挖方式需依据现场实际，进行经济安全比较后确定。

2 工程概况

2.1 工程概况

广珠货运铁路江门隧道全长9185m，隧道主要穿越低山丘陵区。江门隧道DK111+115～210段下穿玉龙湖泄洪道，隧道洞身浅埋，洞身基岩为花岗岩。强风化，裂隙发育，地表水发育，设计为Ⅵ级围岩。

DK111+140～195段为山谷谷底，在隧道线路右侧100m处有玉龙湖水库，库容约3～5万方，谷底作为玉龙湖泄洪通道，泄洪道宽约20m，常年有水流动，洞顶埋深3m，且处于玉龙湖泄洪道正下方。紧挨泄洪道，在隧道线路左侧DK111+130～140段为山卡啦餐厅坐台，隧道从餐厅最靠近隧道段坐台下方穿过，然后进入泄洪道，隧道洞顶距泄洪道底最浅处在3m。

2.2 工程地质

DK111+115～+210段下穿泄洪道里程范围内地层主要为燕山期侵入（γ25）花岗岩：主要矿物成份为长石、石英及黑云母，中粗粒结构，块状构造，主要为全风化（W4）花岗岩，呈褐黄、褐红等色，绝大部分矿物已风化成土状，可见残余结构，手捏有砂感，岩芯呈坚硬土柱状，浸水易软化崩解。

2.3 水文地质

该段地下水类型为第四系冲洪积地层中孔隙水及基岩风化裂隙水。地下水补给来源为大气降水及上层地下水的渗入，地下水位随季节和气候变化明显。该段隧道处于山谷地带，地下水丰富，隧道开挖涌水较大，这将对施工造成较大危害，玉龙湖泄洪道常年有水。

3 方案选择

下穿玉龙湖泄洪通道围岩为花岗岩，强风化，属于Ⅵ级围岩，受地下水的作用软化后呈流塑状，丧失稳定性，如何能安全通过该段，方案选择显得尤为重要。

3.1 地表河道防水施工方案

根据现场踏勘，初步决定有两种方案：渡槽方案和地表隔水层两种方案。

方案一：渡槽方案

在地表设置混凝土盖板。混凝土盖板为槽型结构，渡槽垂直线路方向长25m，宽度与原泄洪道宽度一致，槽深1m，坡度参照原地面坡度。采用C20混凝土，底板厚30cm，边墙厚20cm，主筋采用螺纹钢Φ14@250，架立筋采用φ20。渡槽端头位置，在接头处铺设防水板。渡槽采取用半幅施工方式保持泄洪道流水。

方案二：地表防水层隔水方案

在隧道中线两侧25m范围内的河床底铺设钢管网骨架，骨架间距0.5×0.5m，骨架上铺设防水板，使水流从防水板上流过。

方案一在汛期到来前施工，能够有效解决水渗入隧道的问题，需要临时征地（征地难度很大），并且盖板施工期间，对周围（山卡拉餐厅）干扰较大，且其施工过程中存在较大施工污染因素，另其成本较高。方案二相对施工难度小，施工干也扰较小，对外协调接口少，原隧顶至泄洪道底围岩自稳能力要求相对要高，需事先对该处进行详细勘查，施工期间需要监测力度大，要求监测及时反馈指导施工。通过两种方案对比，根据对该处地质勘查资料，选用方案二。

3.2 超前支护方案比选

常见的超前支护类型有管幕工法、水平旋喷桩工法、冻结法、帷幕注浆法、袖阀管注浆法等。

方案一：管幕工法

适用条件：粘土层、沙层、淤泥层、回填及强风化地层，隧道下穿铁路、高速公路及其它地上构筑物，而且要求隧道两端均有施工作业面。常用管径为φ299mm—φ800mm。

优点：可有效控制沉降。

缺点：工程量大、造价高、施工周期长。

方案二：水平旋喷桩工法

适用条件：粘土层、沙层、粉细沙层、淤泥层等松散富含水地层中隧道开挖前的超前预支护，一般桩径能达到φ500mm—φ800mm。

优点：1）该工法支护后形成的拱棚固结体可有效止水，防止漏沙及砂体坍塌，限制地层及地表变形，提高地层稳定性，保证施工和支护结构的安全；2）该工法可以根据不同的软弱地层条件及设计要求，旋喷的各项性能参数可根据实际需要进行调整。

缺点：1）施工周期相对较长；2）桩体虽具有梁效应，但由于桩体无筋骨，抗剪能力稍差，在上覆荷载大的情况下稳定性稍差。

方案三：冻结法

适用范围：适用于地下工程穿越淤泥、流沙等不稳定的含水地层，常用在地铁隧道的联络通道及流动性较大、极不稳定地层的隧道开挖前的预支护中。

优点：1）可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；2）冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5～10Mpa，能有效提高工效；3）冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构。

缺点：1）冻结法施工工程技术难度高，施工风险大，工程中不可预测因素多；2）冻结法施工技术要求高，专业性强，且由于其特殊性，现场需配备土建工程师、机械工程师、电气工程师和测量工程师；3）如开挖中停电等导致停工，甚至出现冒顶、涌砂事故。

方案四：帷幕注浆工法

帷幕注浆分为渗透注浆和深孔注浆两种方式，深孔预注浆一般可超前开挖面30m～50m，可以形成有相当厚度的和较长区段的筒状加固区，从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业的次数减少，它更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中，也更适用于采用大中型机械化施工。

优点：1）可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重力分布结果，并确定其塑性破坏区的大小，这也是应加固区的大小；2）无需将全部渗透孔隙充填密实，就可以达到加固和堵水的目的；3）注浆浆液可根据不同地质情况调整。

缺点：1）施工前需施作混凝土墙做止浆盘，帷幕注浆施工完毕后拆除止浆盘工作量较大；2）施工周期长。

方案五：水平袖阀管

袖阀管注浆作为一种成熟、先进的注浆工艺，被广泛地应用于基坑帷幕、地基及坝区加固等工程之中，拥有极为广阔的应用前景。袖阀管注浆是将袖阀式注浆管通过钻孔下入地层，采用分段注浆工艺，使浆液在压力条件下，较均匀地进入地层，以达到浆液在地层中分段可控、均匀扩散的目的。

优点：1）可分段注浆，从而解决不同地层吸浆能力不同的问题；2）可根据需要进行重复注浆；3）注浆过程中发生冒浆和串浆的可能性小；4）钻孔、注浆可平行作业，有利于提高工作效率；5）根据地层情况（砂层或淤泥质土），可在一根注浆管内采用不同的材料，选择不同注浆参数进行注浆作业。

由于本隧道不具有管幕施工的条件；该段花岗岩全风化层富含地下水，岩质疏松，开挖遇水崩解呈泥状，且隧道埋深较浅，围岩较差，上面为玉龙湖唯一泄洪通道，地表水极其丰富，帷幕注浆、袖阀管注浆效果不好，封堵效果难以达到要求；采用大管棚施工因饱和水影响，注浆达不到理想效果，管棚间不能咬合，难以解决问题；冻结法工艺复杂不利于施作，通过调研国内外的工程实例，采用水平旋喷桩效果较好，故超前支护采用水平旋喷桩加固方案。

3.3 开挖方法比选

开挖方式主要在CRD法、双侧壁导坑法、及三台阶+临时仰拱法之间比选，采用FLAC软件进行数值分析，三台阶+临时仰拱法计算无法收敛，不得采用。双侧壁导坑和CRD法都能保证隧道的安全，CRD法施工引起地层沉降较双侧壁小，但是衬砌承受内力较双侧壁大，而且工序转换较双侧壁法复杂，应力集中现象及地层扰动较双侧壁明显，因此选用双侧壁导坑法进行开挖。

4 方案实施

4.1 地表防水层隔水施工

在泄洪通道内隧道中线两侧25m范围内河床底，满铺骨架，骨架材料采用脚手架，骨架网格大小0.5×0.5m。交叉处用铁丝绑扎；钢管间搭接50cm，采用绑扎形式。

防水板采用与江门隧道防水层相同材料，热熔接头，沿泄洪道沟底铺设，两侧需高出河岸1.5m以上，高出部分平铺于地面，端头位置需埋入河床底，端头连接方式见图1。

4.2 洞内水平旋喷桩加固施工

自起拱线起轮廓线外施做两圈水平旋喷桩，旋喷加固体的直径为500mm，孔深30m，环向间距0.35m，外插角6～8°，相邻加固体咬合厚度大于10cm，为进一步控制掌子面内地下水，同时为减少前方土体滑移引起掌子面失稳，加剧结构变形和地表沉降，根据实际掌子面实际情况需要，在地层较差处增加数根水平旋喷桩，桩间距1～2m，桩长20m。

洞内水平旋喷桩施工前隧道顶部扩挖，形成水平旋喷桩施工工作室。正式施工前，现场先进行两根成桩试验，通过试验桩掌握钻进速度、拔钻速度、旋喷速度、喷浆压力、单位时间喷浆量等技术参数，确定旋喷的均匀性，确定最佳施工参数和最佳施工工艺。

旋喷桩施工工艺流程见图2。

4.3 下穿段施工

在水平旋喷桩保护下，洞内超前支护采用φ42超前小导管，小导管长4.5m，纵向2.5m一环，环向间距0.4m；开挖采用双侧壁导坑法，初期支护采用I20a工字钢架，纵向间距0.5m/榀布置；拱墙15*15cm钢筋网，3.5m长1.0*1.0间距系统Φ22砂浆锚杆，C25喷射混凝土27cm厚；临时支护采用I18钢架，0.5m/榀，27cm厚C20喷射混凝土。采用Ⅵ级围岩衬砌，开挖后及时封闭掌子面，初期支护及时封闭成环，仰拱二衬紧跟掌子面。

施工过程中加强监控量测，监测项目有洞内外观察、拱顶下沉、净空收敛、地表下沉。监控量测及时取得初始数据，确保数据的准确，根据变形速度按照相应的量测频率进行量测。现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线及量测数据与开挖面距离的关系曲线，进行数据处理或回归分析。依据回归分析，预测位移、收敛、拱顶下沉及地表下沉的最终值，以指导施工。

5 实施效果

针对隧道下穿玉龙湖泄洪道段隧道洞身超浅埋、强风花岗岩软弱围岩、裂隙发育、地表水发育等特点。通过对地表河道方案比选、超前支护方式、开挖工法三个方面进行综合比较，采用数值计算和工程类比等方法确定了脚手架网格配合防水板铺底、水平旋喷桩超前支护以及在进行水平旋喷的前提下采用双侧壁导坑的开挖方法。实践证明，采用以上技术方案在提高隧道围岩强度、防止地表水渗流至洞内、降低地表沉降和变形方面是成功的，确保了隧道的开挖安全，顺利通过泄洪通道。

6 结论及建议

（1）在不具备地表降水施工及渡槽施工的条件下，采用地表防水层隔水方案，有效降低了施工难度，有利于现场施工组织管理及施工协调，同时可节约施工成本。（2）实践证明，在富水强风化花岗岩地层中采用水平旋喷桩进行超前支护能增强隧道围岩的强度，防止发生涌泥、溃砂事故，控制地下水的流量，改善隧道作业环境，保证隧道施工处于安全可控状态。（3）在隧道施工过程中需加强监控量测，保证信息化施工。

参考文献：

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