拱顶隧道加固技术

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本文作者：孙玉兰 朱海城 单位：哈大铁路客运专线有限公司

铜汤高速公路工程是合肥—铜陵—黄山高速公路的一段，是安徽省以省会合肥为中心的十字主干道之一，是安徽省“十五”交通建设的重点工程。高速公路沿线穿越九华山、太平湖和黄山等著名景区，对安徽省两山一湖旅游经济的发展有积极的影响。河坑隧道位于黄山市太平县谭家桥镇，是分离式隧道，全长1986m，其中右线长1076m，左线长910m，隧道处于由元古代双桥山群设林组砂质板岩构成的构造剥蚀丘陵区，地势陡峻，隧道洞口位于山谷地带，表层为坡积碎石及含碎石亚黏土。

1隧道冒顶施工方法的选择

1.1地形概述河坑隧道右线左侧沿隧道走向有一狭长水沟，长年流水，并且与隧道走向在ZK179+735位置相交，此处隧道埋深为－2.4m，即隧道拱顶冒出原地面。并且此段围岩松散，节理发育，设计为S5级，属于强风化岩层，且含水量较大。围岩的自承能力极差，因此结构暗洞开挖必须控制隧道的收敛变形、地表及拱顶的沉降，防止塌方(见图1)。1.2施工方案选择对敞开明挖与暗挖施工方案进行了对比分析，明挖法施工工艺较成熟，结构的受力条件较好，施工中的安全系数高，山体沉降较小，但开挖量极大，工期较长，造价较高;暗挖法施工工艺较复杂，不受场地限制，不影响洞内开挖进度，结构的受力一般，对回填及注浆的要求极高，造价比明挖施工节省。因此，选用暗挖法施工。暗挖法施工的关键在于保证结构的安全，应先对山体进行清表处理，分层回填压实，打设注浆管，进行注浆，增强围岩的稳定性，使其形成一个壳体，然后在其保护下进行暗洞的开挖、支护、衬砌。

2明洞暗挖施工

2.1施工工艺流程隧道施工工艺流程:将水引排清表处理挡墙砌筑碎石土分层回填压实打设注浆管注浆砌筑边沟台阶法开挖隧道主体初期支护监控量测施作仰拱隧道衬砌。

2.2施工技术及质量控制

2.2.1山体围岩加固隧道的断面尺寸较大，开挖高度为10.23m，宽度12.56m。为保证洞内开挖的安全，ZK179+720—ZK179+750段在水沟与隧道相交ZK179+735位置，向两侧各延长15m，进行回填加固处理。地面控制测量定位后，先将水进行引排。待清除山体表面的植被，腐植土后，在山体表面分级开挖台阶，台阶高度为30cm一层，台阶宽度为2m，并且向内有5%的横坡，便于回填的水泥稳定碎石与山体围岩注浆后有紧密的结合，防止山体产生滑坡。在加固区域内最低处浇注C20混凝土挡墙，高度为5m，宽度为加固的区域范围并与原山体圆顺(见图2)。选用稳定性好的碎石土，掺入9%的水泥，进行分层回填。在底层加设8的钢筋网进行拉结，网格间距20cm×20cm。钢筋网的搭接长度为一个网格并且采用焊接。对每层回填的水泥稳定碎石土均用打夯机进行夯实，压实度均控制在97%以上。拱部的回填高度不小于4.2m，回填完成后采用C25喷射混凝土对表面进行封闭处理，喷射混凝土厚度为20cm。回填底部的预留钢筋网与顶部钢筋网焊接。以防止开挖时回填的水泥碎石土坍塌。

2.2.2无缝钢管加工注浆钢管采用108×6mm热轧无缝钢管加工制成，管身钻孔，孔眼直径8mm，间距30cm，按梅花形交错布孔以加大浆液渗透能力，管头加工成锥形以便于送入，为确保接头质量，以长15cm的丝扣连接，同一断面内的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少要错开1m。为防止加压后的浆液外流，每根钢管尾部均焊有止浆板，止浆板采用2cm厚钢板制作，中间钻有20带螺纹的眼，以备注浆时用(见图3)。

2.2.3钻机施作注浆钢管①按照设计要求注浆孔纵横间距为2m×2m呈梅花形布置，测量放样标出钢管的位置。②钻机移动、定位。③在标出的钢管位置上使用地质钻机钻入岩土层内至设计深度。④把按设计要求加工好的钢花管插入孔内，接头采用15cm长的厚壁管箍，上满丝扣，并把钢管轻轻打入岩体内。⑤钢管插入完毕后，钻进其它孔眼。钢管口与孔口周壁用水泥(锚固剂)密封。⑥接上水泥浆液管，用注浆泵把水泥浆压注入钢管，水泥浆液通过钢管的孔眼注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层(见图4)。

2.2.4钢管注浆钢管安装完毕后，即进入双液注浆，利用浆液的渗透作用，将周围岩体和水泥稳定碎石土进行二次加固及堵住围岩裂隙水，既能起到超前预支护的作用，同时又加强了钢管的刚度，严格控制注浆施工质量。1)注浆配合比合适的浆液配比既能提高浆液的扩散加固范围又能控制浆液的凝胶时间，在施工过程中配比要控制在如下范围:水泥浆水灰比为1∶1;水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.5，水玻璃模数m=3.0，波美度Be'=40。2)控制注浆压力每根管的注浆结束与否，不是以时间来判断，而是以注浆压力来控制，当注浆压力持续升高，接近或达到注浆预定压力时，该管注浆才可结束。注浆初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa，并持压2min。使注浆的效果达到扩散半径的要求，回填与围岩本身形成一个整体。3)注浆程序当钢管安装完毕时，用小木楔将钢管与围岩壁楔紧，再用防水胶泥(锚固剂)将空隙封闭住。止浆板与注浆泵之间用管接器相连。管接器由20闸阀和长10cm的20镀锌管制作，镀锌管两边加工成丝扣。同时在钢管尾部预留排气孔，当排气孔有浓浆外溢时关闭闸门，注浆速度一般应从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭，卸下进浆管，进入下一循环。

2.2.5洞内开挖及支护考虑到围岩的自承能力极差，并且长年受山体水的影响，同时为了减少对围岩的扰动，尽量避免开挖时造成拱部大面积的塌方。故选用台阶法预留核心土开挖的形式，开挖进尺控制在50cm以内，在开挖线边缘位置人工进行修边，必要时采用风镐。最大限度地控制超挖现象，以控制塌方。洞内开挖采用小导管超前，采用锚喷挂网加钢支撑的初期支护形式。在ZK179+720开始打设超前小导管，并注入双液浆。以形成开挖时的超前支护，防止开挖时回填顶部的塌方。超前小导管采用32mm的有孔钢花管，风枪打入。小导管长4.5m，拱部环向间距30cm，每隔3m打设一环，钢花管从钢支撑的上面通过。每环小导管的搭接长度不小于1.5m。钢支撑采用I18工字钢冷弯加工拱架进行支护，拱架纵向间距为50cm，同时增设锁脚锚杆，以增加钢支撑的稳定。用地表沉降控制的数据来指导洞室开挖的形式。在ZK179+720—ZK179+750每隔5m按一个断面设置3个地表沉降观测点(即中线处1个、边线处各1个)。并且随着洞内开挖进入加固里程段，每次开挖、支护后均要对隧道的拱顶下沉及周边收敛进行观测，第一时间掌握围岩和支护的动态信息，随时指导洞内的施工方案，保证通过加固段的施工安全。

2.2.6仰拱衬砌施工开挖后仰拱先行，及早封闭，以利于衬砌结构的整体受力，仰拱浇筑前，应清除松散材料、排除积水，浇筑混凝土由仰拱中心向单侧进行施工，一侧完成后进行另一侧仰拱施工。仰拱与边墙衔接处混凝土应捣固密实。同时做好仰拱钢筋的预留，以便于施工另侧仰拱钢筋的焊接，并按要求预留足够的焊接长度。

3结语

河坑隧道明洞暗挖中注意准确掌握工程地质、水文地质情况，制定出符合工程实际情况的设计方案，在施工中随时根据实际的地质情况，对隧道明洞暗挖处理进行动态设计，现场调整施工，施工中做好隧道量测工作，严格控制各工序的施工质量。