中铁七局集团第一工程有限公司 河南洛阳 471000
摘要：兰渝铁路LYS-3标古子山隧道工程由于西北黄土隧道特殊性，围岩软弱破碎，隧道主要穿越的底层为富水粉细砂地层。为提高隧道软弱围岩的围岩承载力，提出针对软弱围岩采用水平旋喷桩加固，开挖采用九部双侧壁施工法。通过收集高压旋喷机在富水粉细砂地层中掘进过程所遇的具有代表性的问题及处理措施，进行总结分析，针对九部双侧壁施工工艺参数进行分析，为后续施工提供依据。
关键词：富水粉细砂地层， 高压旋喷桩，九部双侧壁工法
一、研究背景
极高风险隧道施工难，风险高，虽然现有工法比较多，但如何选取适用的工法，保证施工安全和质量，还是难题。古子山隧道富水粉细砂地层的施工技术，综合面广、施工难度大，涉及隧道塌体施工，安全压力大，如何安全快速穿越该地质段是保证安全和质量的关键。
高压旋喷注浆是利用高压喷射和注浆技术相结合，用于软弱岩层加固的一种施工工艺。根据施工过程中喷管旋转与提升的方式不同可实现旋喷、摆喷和定喷，相应地可形成高压旋喷桩、止水帷幕和挡土墙等地下结构【1】。
二、项目概况
中铁七局集团第一工程有限公司承建的古子山隧道位于甘肃省岷县梅川镇。隧道起讫里程为DK193+151～DK 195+668，全长2517m，双线隧道。DK193+801～DK193+818段原设计施工方法为台阶法施工。
三、高压旋喷桩施工工艺参数研究
（1）高压旋喷施工
钻机就位时，场地应平稳，确保钻杆应与孔位一致，钻孔前应调试设备，使设备运转正常【2】。对钻机进行射水试验，检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。确保钻机试运转正常后，开始引孔钻进。塌方体旋喷桩试桩水泥浆配合比采用：1：0.5、1：0.75、1：1 共三种配合比，要充分搅拌，然后经过过滤后使用，水泥浆应提前四十分钟搅拌。旋喷时先应达到设定的喷射压力，喷浆后再逐渐的拔出旋喷管。必要时可在孔位进行补注浆。
（2）旋喷试桩工艺参数结论及参数选取
①水泥浆配合比1：0.75，经钻芯取样，固结体强度达到3.4 MPa，成桩桩体外观质量及完整性较好，为整齐规则结构，满足强度和工程经济节约的要求。
②在水泥浆配合比1：1，经钻芯取样，固结体强度达到4.8 MPa，成桩桩体外观质量及完整性较好，为整齐规则结构，满足强度及安全质量要求。
③在水泥浆配合比为1：0.5时，经钻芯取样，固结体强度为2.8 MPa，固结体出现裂纹及断桩现象，成松散大颗粒，粘结不良，外观质量及完整性较差，不满足施工要求。
四、富水粉砂地层高压旋喷加固方法
在DK193+799～+801施做堵头墙，堵头墙前方进行水平旋喷作业，旋喷桩长18m，固结体直径为60cm，旋喷桩间距50cm，桩与桩咬合10cm，梅花形布置，纵向搭接长度5m，进行全断面旋喷加固。在DK193+801～+803段开挖管棚室，施做旋喷桩，加固掌子面前上方土体；旋喷桩桩长18m，旋喷桩直径60cm，旋喷桩间距40cm，桩与桩咬合20cm，纵向搭接长度5m，上下层正三角形布置。旋喷同时时顶入两环φ108大管棚，管棚长18m，环向间距40cm【3】。
五、黄土隧道富水粉细砂地层九部双侧壁施工工艺及控制要点
（1）超前支护施工工艺
本工程在DK193+790～DK193+808段原设计为拱部设置φ42mm超前小导管注浆加固，由于小导管超前加固不能抵御隧道围岩变形，因此在该工程中提出在拱部设置一环大管棚，管棚长度为18m，环向间距为40cm，管棚外插角13°；DK193+803～DK193+818段拱部设置两环大管棚，管棚长度为18m，环向间距为40cm，管棚外插角3～5°。
长管棚正面布置图
注浆前先将隧道掌子面进行封闭，掌子面封闭采用5～10cm厚喷射混凝土，形成止浆墙。浆液采用水泥浆液，浆液水灰比：1：1，注浆压力0.5～3.0MPa。超前小导管配合型钢钢架使用。采用注浆泵进行注浆作业。水泥浆液搅拌应在拌合机内进行，根据搅拌机容量大小，严格按要求投料【4】。
（2）九部双侧壁施工工艺
DK193+801～ DK193+820段为突水突泥段，施工难度大，采用原设计参数，施工过变形大，易再次发生突水突泥。在该段提出采用九部双侧壁工法开挖，既保证了施工质量，也大大提高了施工安全。
九步双侧壁法施工工序横断面图
拱部120°范围施做φ108管棚超前支护，管棚长18m，环向间距40cm，外插角3～5°。开挖①②上台阶，施做初期支护及临时支护。钢架采用I25a型钢，纵向间距0.5m。喷射混凝土厚度33cm。锁脚锚管采用φ42小导管，长度为4.0m，每处4根。钢筋网片采用φ8钢筋，网格尺寸为20×20cm。开挖③④土体，施作初期支护及临时支护，开挖中部上台阶⑤土体，施作初期支护及临时支护。开挖⑥中台阶土体，施作临时支护。开挖左右两侧仰拱土体⑦⑧，及时施作初期支护及临时支护。开挖中部⑨土体，施作初期支护及临时支护。先施作仰拱二次支护，然后依次施作仰拱、隧底回填及拱墙二次支护。二次支护钢架采用I20a型钢，纵向间距0.5m。喷射混凝土厚度25cm。钢筋网片采用φ8钢筋，间距20×20cm。拆除临时支护及横撑，施作仰拱二衬。
由于地质灾害，原设计的传统台阶开挖方法难以正常实施。施工过程中采用了高压旋喷桩固结、超前小导管配合超前大管棚预支护施工过程中采用的九部双侧壁等施工工艺与方法在施工过程中提高了工作效率，又确保了安全。
六、总结
富水粉细砂地层施工，通过多种施工方案的比选，将以往的台阶法隧道施工工艺改进为九部双侧壁隧道施工工艺，并在此基础上加入超前预探、高压旋喷桩固结以确保开挖施工作业的安全，超前小导管配合超前大管棚预支护、扩大超前管棚的施做范围，保证了侧墙土体的稳定性。经过在古子山隧道由地质灾害造成的塌方段施工中成功实施，提高了工作效率，确保了隧道安全性和可靠度。使得隧道施工安全快速地通过地质灾害段，尽早完成永久性支护体系。
参考文献：
[1]国内外高压变频器的现状和技术发展趋势陈林-《中国科技博览》- 2014
[2]浅析高压旋喷桩试桩施工工艺王书保-《技术与市场》- 2011
[3]高压旋喷桩的施工质量控制邓明-《房地产导刊：中》- 2014
[4]铁路隧道70米大管棚施工工艺谢百强-《赤子》- 2012
论文作者:周春
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第8期
论文发表时间:2019/5/6
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