中铁五局成都工程有限公司 四川成都 610000
摘要：该技术主要介绍了隧道遇水石流情况，快速处理及安全度过该段的施工技术，依托新建铁路成兰线成都至川主寺（黄胜关）段杨家坪隧道为工程背景进行相关技术研究。
关键词：注浆；水石流；超前钻孔；后打锚杆
一、工程概况
杨家坪隧道出口位于四川省茂县光明乡中心村下关子组。出口全长1635m（DK124+035~DK122+400），其中Ⅴ级围岩785m，Ⅳ级围岩850m。DK124+035~DK123+300段纵坡为1‰，DK123+300~DK122+700段纵坡为10.3‰，DK122+700~DK122+400段纵坡为17.8‰。DK122+400~DK123+845段1445m为单洞双线合修隧道；DK123+845~DK124+035段190m茂县车站伸入隧道，为三线车站大跨隧道。隧道围岩主要为绢云千枚岩夹灰岩、砂岩及千枚岩夹炭质千枚岩、泥质灰岩。不良地质主要有：涌水突水、高地应力、有害气体等。此段地质条件差，洞身通过堆积卵石土地层，围岩成拱性及自稳性差，出口位置山体较陡，施工场地狭窄，且桥隧相连，施工难度大。
二、原设计及现场揭示情况
2.1原设计情况
杨家坪隧道出口施工相关参数：
1、开挖断面面积133.03m2，最大开挖高度11.56m，最大开挖宽度14.10m；
2、初期支护全环采用钢钢架（工20b型），钢架间距80cm；
3、喷射混凝土等级C30耐腐蚀混凝土，拱墙厚度27cm，仰拱厚度25cm；
4、系统锚杆拱部采用4m长Φ22组合中空锚杆，边墙采用长4m Φ22砂浆锚杆，间距1.2×1.0m（环×纵）。
2.2现场开挖揭示情况
根据开挖揭示杨家坪隧道出口工区在茂县群千枚岩夹炭质千枚岩、泥质灰岩洞口进洞段（DK124+035～DK123+940）地下水不发育，基本为干燥及少量渗水状态，在继续穿越志留系中上统茂县群（Smx（4））千枚岩夹炭质千枚岩、泥质灰岩过程中，水量逐渐增大，情况如下：
1、杨家坪隧道出口DK124+028~DK123+655段施工中围岩有大量渗水，局部出现线状和股状水。日涌水量约为3510m3/d。
三、施工情况
3.1出现问题
采用现行的隧道施工技术施工，隧道施工出现了如下工程问题：
1、掌子面施工至DK123+655时，在拱顶偏右侧出现突发性水石流，方量约4000 m3
3.2施工调整
1、于DK123+660处中台阶设置止浆墙，止浆墙采用C30混凝土，墙底厚3m，墙顶厚度不小于2m，止浆墙采用2排Φ22砂浆锚杆与周边围岩进行连接，锚杆环向间距1.2m，锚杆长4m，止浆墙内长度为1m，止浆墙基础设置在基岩上，施作前先清除溜塌体，并采用Φ42钢花管对中台阶围岩进行加固，钢花管间距2*1m，钢花管长4.5m。
2、对DK123+659～+629段采用全断面帷幕注浆，注浆范围为拱墙，开挖轮廓外8m，仰拱下方为5m。
3、对初期支护刚度进行了加强，初期支护调整为全环HW175型钢钢架，钢架间距60cm；拱部采用Φ76中管棚超前支护，纵向间距5.4m，环向间距0.4m，每根长度8m；喷射混凝土等级C30，拱墙厚度25cm，隧底厚度23m；系统锚杆拱部采用4m长Φ22组合中空锚杆，边墙调整为8m长Φ32自进式锚杆，间距1.2×1.0m（环×纵）。
2、调整开挖工法，先由目前三台阶加临时仰拱法过渡成CD法施工工法，以目前下台阶DK123+667处作为CD法的起点（于现在掌子面线左开始施工右导坑。右导上台阶施工约3m后，开挖中下台阶、仰拱时，先将临时竖撑落底，形成导坑后再开挖中下台阶及仰拱）。
四、工法技术的核心
4.1创新点
1、采用帷幕注浆结合中隔壁开挖法过度塌方段。
帷幕注浆堵水能有效堵住地下水，中隔壁法过渡塌方段，中间开挖断面小，拱部中间型钢支撑牢固，减小了塌方的概率。
2、初期支护锚杆后打，有效控制变形。
开挖时先开挖软弱侧围岩，初喷后快速架设工字钢，迅速受力，减小围岩变形，并采用后打长锚杆、钢花管施作。
3、安全可靠，环保。
帷幕注浆能使对山体水土保持有一定的作用，维持了山体的水压。中隔壁法施工采用短进尺、弱爆破、勤量测，施工安全。
4.2关键技术原理
掌子面处理方案
1）采用φ76钢花管注浆加固变形段落，并于掌子面上台阶预留核心土处打设泄水孔。于掌子面拱顶向上打设探孔，如遇空腔，采用砂浆回灌密实。
2）然后于DK123+655掌子面打设一环18m长中管棚（φ89管棚）。
3）超前支护采用双层小导管。永久侧边墙采用钢管桩注浆加固。
4）每台阶永久侧设32a垫槽钢，临时竖撑侧设28a垫槽钢，永久侧于32a垫槽钢上第一根连接筋采用I18型钢代替，加强受力。
5）按中隔壁法的标准工艺流程进行开挖支护施工，右侧导坑先行（线左侧），左、右侧导坑依次错开约15m距离，同步向前推进。
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6）先由目前三台阶加临时仰拱法过渡成CD法施工工法，以目前下台阶DK123+667处作为CD法的起点（于现在掌子面线左开始施工右导坑。右导上台阶施工约3m后，开挖中下台阶、仰拱时，先将临时竖撑落底，形成导坑后再开挖中下台阶及仰拱）。
第一步：
（1）采用C25喷射砼对溜坍体表面进行封闭，喷混凝土后50cm，上台阶掌子面处喷混凝土厚2m。
（2）对上台阶及中台阶溜坍体进行注浆加固，注浆锁口管采用PVC管，加固深度至原台阶面下50cm。
第二步：
（1）加强超前地质预报工作：掌子面布置8个超前钻孔，每孔60m，每孔取芯分析；上台阶左右两侧导坑布置2个TSP物探探孔，孔深为120m，探明前方围岩情况；采用红外线探测方法探测掌子面前方裂隙水发育情况；采用地质雷达探测方法探测掌子面前方破碎围岩情况及空腔范围。
第三步：
（1）超前探测工作完毕后，于DK123+659处中台阶设置止浆墙，止浆墙采用C30混凝土，墙底厚3m，墙顶厚度不得小于2m；止浆墙预留孔口管位置应根据超前探测结果另行布置。
（2）止浆墙采用2排φ22砂浆锚杆与周边围岩进行连接，锚杆环向间距1.2m，锚杆长4m，止浆墙内长度为1m；止浆墙基础设置在基岩上，施作前先清除溜坍体，并采用φ42钢花管对中台阶围岩进行加固，钢花管间距2.0m×1.0m，钢花管长4.5m。
第四步：DK123+659～+629段采用全断面帷幕注浆，注浆范围为拱墙开挖轮廓线外8m，仰拱下方为5m，由设计院出图确定具体参数。
第五步：杨家坪隧道出口工区DK123+655～DK123+634段采用双线大变形II型衬砌，初支预留变形量调整为30cm；采用交叉中隔壁（CRD）法施工；采用全环HW175型钢钢架加强支护，钢架间距0.6m/榀；拱部采用φ76中管棚超前支护，纵向间距5.4m，环向间距0.4m，每根长度8m；拱部系统锚杆采用4m长组合中空锚杆，边墙系统锚杆采用8m长自进式锚杆，锚杆间距为1.2m×1.0m（环×纵）。
第六步：中隔壁法施工工序步骤
Ⅰ-超前支护；1-右侧上台阶开挖；Ⅱ-右侧上台阶初期支护；2-右侧中台阶开挖；Ⅲ-右侧中台阶初期支护；3-右侧下台阶开挖；Ⅳ-右侧下台阶初期支护；4-右侧仰拱开挖；Ⅴ-右侧仰拱初期支护；5-左侧上台阶开挖；Ⅵ-左侧上台阶初期支护；6-左侧中台阶开挖；Ⅶ-左侧中台阶初期支护；7-左侧下台阶开挖；Ⅷ-左侧下台阶初期支护；8-左侧仰拱开挖；Ⅹ-仰拱初期支护；9-拆除中隔墙；Ⅺ-仰拱及填充混凝土；Ⅻ-拱墙二次衬砌
1）（1）弱爆破开挖1部；（2）喷混凝土封闭掌子面（必要时）；（3）施作1部导坑周边的初期支护和临时支护。即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立初支型钢钢架和Ⅰ18临时钢架，并每侧设锁脚锚管和垫槽钢。（4）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；（5）施作下一循环的超前支护。
2）按1部施工方法依次施工2、3部。
3）弱爆破开挖4部，施工仰拱初期支护及中隔壁初期支护。右侧壁导坑封闭成环。
4）（1）在滞后于右侧导坑约15m，弱爆破开挖5部；（2）喷混凝土封闭掌子面（必要时）；（3）施作1部导坑周边的初期支护和临时支护。即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立初支型钢钢架和Ⅰ18临时钢架，并每侧锁脚锚管和垫槽钢。（4）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；（5）施作下一循环的超前支护。
5）2、按5部施工方法依次施工6、7部。
6）弱爆破开挖8部，施工仰拱初期支护及中隔壁初期支护。仰拱闭成环。
7）（1）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，灌筑Ⅺ部仰拱与边墙基础，保证仰拱初支钢架超前仰拱1榀钢架再拆除Ⅰ18临时钢架；
8）待仰拱混凝土初凝后，灌筑仰拱填充Ⅺ部至设计高度，仰拱衬砌比仰拱填充超前50cm；
9）（1）铺设环+纵向透水盲沟、防水板+土工布；（2）利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅻ部（拱墙）衬砌。
4.3控制要点
1、控制要点
1）隧道施工应严格执行“弱（爆破）开挖、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，避免对围岩产生较大扰动，及时支护和量测，适时衬砌；施工时严格操作规程，隧道内的作业，严禁违规操作，确保施工安全。
2）右侧壁导坑超前左侧壁约15m，宜错开进行开挖和支护；侧壁导坑采用短台阶法开挖，各步台阶开挖长度一般控制在5m左右；各部开挖后应及时进行初期支护及临时支护，并尽早封闭成环；当岩体极破碎自稳性较差时，对1、2、3、5、6、7掌子面采用喷砼封闭。
3）钢架之间纵向连接筋应及时施作并连接牢固，侧壁临时钢架之间应设置纵向连接筋和定位锚杆，临时钢架应尽量倒换使用；永久及临时钢各分段处设纵向托梁（28α槽钢），预留钢架接头的位置采用塑料袋包裹保护。
4）临时钢架每台阶设2根锁管，长度与永久侧设计相同，以确保钢架基础稳定，防止塌方。
5）临时钢架应在主体结构的初期支护成环并稳定后拆除，拆除前应加强拱顶下沉量及周边变形量的观测，每次拆除长度不得大于10m。
6）临时支护拆除完成后，应及时施作仰拱及二次衬砌，仰拱全宽整体施工，一次施工纵向长度6m；施工中须按隧道现行技术规范、设计图有关要求，进行监控量测和反馈分析，并据其成果，确定灌注二次衬砌的时机，判定支护参数的合理性并进行相应的调整。二次衬砌距掌子面的距离，Ⅴ级围岩不得大于70m。
7）加强锁脚锚管施工质量，保证注浆饱满。
8）严格控制中、下台阶及仰拱的开挖进尺。
五、总结
1、该技术能有效控制掌子面的凸出变形、甚至溜塌，确保了散体结构构造软岩隧道掘进安全。
2、该技术能快速封闭掌子面围岩，堵住地下水，能有效抑制地下水对围岩的破坏，减小塌方。
3、该技术采用CD法过渡塌方水石流段，安全可靠、施工期间能有效避免危险发生。
4、该技术成熟可靠，操作性强。
参考文献
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[7]、朱汉华等•隧道预支护原理与施工技术[M]•北京：人民交通出版社，2008
论文作者:曾吉言
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/24
标签：围岩论文; 钢架论文; 导坑论文; 台阶论文; 隧道论文; 初期论文; 间距论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;