陈家山隧道浅埋段施工技术浅析

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工程概况：陈家山隧道DK247+426～DK247+716段经过F6-1逆断层破碎带，设计最小埋深约30m，位于新庄镇红石崖村红石崖沟内，断层产状N70°W/80°N左行平移，切割Pt1、N2等地层，岩性为断层角砾夹断层泥，该段隧道预测正常涌水量4365.07m3/d，可能出现的最大涌水量13095.18m3/d。拱部主要以砂质黄土和碎石土为主，洞身和洞身以下为断层角砾石和断层泥，地下水丰富，且埋深较浅、存在塌方、围岩失稳、涌水、变形等风险。

1关键施工技术

1.1拱部超前支护

1.11管棚支护：管棚采用Φ89mm热轧无缝钢管，壁厚5mm，长度18m。管棚施做前先施工止浆墙，墙厚0.5m，止浆墙内预埋导向管，止浆墙采用C25混凝土，环向深入起拱线以下1米。管棚在拱顶140°范围内设置，每循环管棚搭接长度不小于3.0m。

1.12钻孔; （1）为了便于插管，钻孔直径应比管棚直径大20～30mm，采用Ф108mm钻头钻孔。（2）钻机开孔时应低速，等成孔0.5m以后再升压至1.0mpa，遇软弱围岩，再改用低压钻进。钻孔顺序由高位孔向低位孔进行，并间隔钻孔，先钻奇数号，注浆完毕后再钻偶数号。施钻时，钻机大臂必须顶紧在导向墙面上，以防止过大颤动影响施钻精度。（3）管棚钻机固定就位前，测量人员要准确测量钻机外插角。（4）钻机开孔时钻速宜低，钻进20cm后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，人工用两把管钳卡紧钻杆（注意不得卡丝扣），钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好联接套，钻机低速送至第一根钻杆尾部，方向对准后联接成一体。每次接长钻杆，均按上述方法进行。（5）钻孔达到要求深度18m后，按同样的方法拆卸钻杆，钻机退回原位。根据设计要求安装管棚。

1.13注浆; （1）管棚管身布设φ10注浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部150cm不设孔。注浆前，先将钢管口外径与孔口周边的岩石用水泥密封，但要预留一小通气孔，注浆时，使钢管与孔壁的环形空隙内的空气容易从此通气孔冒出。（2）注浆浆液选用1：1水泥砂浆，注浆初压力为0.5～3.0Mpa，通过现场注浆试验调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。（3）为了保证注浆效果，注浆采用一次升压法施工，即从注浆一开始就在短时间内将压力升高到设计规定值，并一直保持到注浆结束。在规定的压力下，根据进浆量情况分级调整浆液浓度，直至裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减小，达到结束标准即停止注浆。

1.2小导管超前支护; 超前小导管布置在拱部140°范围内，外插角为10～15°，环向间距0.6m，纵向搭接长度不小于1.5m;小导管长度3.5m，直径为φ42，壁厚为3.5mm。管材采用热轧无缝钢管，其前端加工成尖锥型，管身每隔15cm钻一直径为8mm的小孔，并沿管身呈梅花型均匀布置。导管尾端80cm不钻注浆孔留作止浆段。

1.3洞身开挖方法; 采用三台阶七步开挖法，上部弧形导坑开挖，预留核心土长度宜为3～5m，预留核心土面积大小根据围岩地质情况，便于施工和满足开挖面的稳定，必要时可喷混凝土保护宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。左右侧阶及左右侧下台阶开挖高度控制在3～5m，左右台阶开挖应错开2～3m，严禁对称开挖，并及时施作初期支护，配合锁脚锚杆封闭成环。开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1 m。隧底开挖每循环开挖长度2.5m，仰拱分段长度宜为6m。

1.4钢架施工方法; 本段支护采用H175型钢架，全环设置，纵向间距0.5m/榀，环向采用Φ22/1m钢筋连接，采用长4m的Φ42锚管锁脚，为确保钢架稳定，拱脚采用挖槽就位的方式，且必须立于基岩上，采取可靠措施避免拱脚处积水。

1.5锚杆施工方法; 浅埋段施工系统锚杆设置原则为：边墙为φ22普通砂浆锚杆，锚杆长度4m，每延米8.5根，拱顶为组合中空锚杆。组合中空锚杆注浆压力控制注浆压力0.2～0.5Mpa，砂浆锚杆采用钢筋制作，梅花形布置。

1.6湿喷混凝土施工方法; 采用湿喷法施工，分初喷、复喷两阶段进行，喷射机选用PZS3000型湿喷机，湿喷料由拌合站统一拌制。防止围岩失稳，应在开挖2-3小时内完成初期支护，初喷4cm厚混凝土，复喷厚度30cm。初喷前对岩面进行修整，清除松动岩块，对欠挖突出部分进行凿除，对超挖部分用混凝土补平;则用高压风清扫岩面;检查喷射机工作是否正常;要进行喷射试验，一切正常后进行混凝土喷射工作。初喷完成后，安装型钢拱架和网片以及施作锚杆，“三检”完成后进行复喷，喷射顺序先下后上，对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射混凝土所覆盖，保护层不得小于4cm。

1.7衬砌施工方法; 本段仰拱及拱墙均采用C35钢筋混凝土，厚度50cm，仰拱填充采用C25混凝土。浅埋段施工遵循“仰拱超前、拱墙整体衬砌”的原则，仰拱、衬砌及时施作，确保仰拱距掌子面距离不大于30m，二衬距掌子面距离不大于50m。仰拱及填充采用栈桥平台以解决洞内运输问题，仰拱与仰拱填充分开施作。待仰拱填充施作完成后，利用多功能作业平台人工铺设防水板，绑扎钢筋后，采用液压整体式衬砌台车进行二次衬砌施工。

1.8隧道监控量测; 监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。而且，在隧道工程中进行量测，绝不是单纯地为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息应能确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施。结合陈家山隧道的实际情况，将地质超前预报与初期支护观察、水平净空收敛量测、拱顶下沉、地面下沉量测作为施工监控量测的主要项目。

2防涌水突泥的防范措施以及应急救援

隧道突涌水防治对于地下水发育、具有较强富水性的断层及其影响带，为保证隧道施工安全，确立“以堵为主，限量排放”的原则，施工中采取如下方案与措施。加强超前地质预报工作（1）将超前地质预报纳入正常的施工工序，聘请专业的地质预报队伍，制订严格的实施细则，配备先进的地质预报仪器，选择预报经验丰富的地质工程师负责预报工作，以便准确判译，以便进行动态设计和施工决策。（2）本段隧道采用长短结合、物探与钻探相结合的综合预报手段，探明前方不良地质体及赋水情况，并预测可能发生的涌水。（3）采用综合注浆技术根据隧道的工程水文地质条件，实际施工中将根据超前地质预报结果采用全断面注浆（帷幕）、径向注浆、局部注浆、补充注浆和回填注浆等不同的方式。以取得较好的地层加固效果和达到堵水的目的，以满足现场施工安全要求。

应急方案：严格按监控量测施工方案进行测量及数据分析，每日及时上报，当拱顶下沉速率和围岩收敛速率异常时应及时上报，及时用应H175型钢对洞身进行中支撑及横撑，并下令停工撤离。同时成立了应急救援领导小组和抢险突击队，备足了应急救援物资、对救援预案进行培训宣贯、演练。

3结束语 目前隧道正在建设的不少，并逐渐积累了丰富的经验。本文结合陈家山隧道设计，施工开挖方案进行了浅讨，为今后大断面隧道的施工积累了经验。但对这样的大断面隧道，施工中尚存在许多技术问题有待研究。