東風隧道斷層破碎帶施工技術
發布時間：2014-02-25 共1頁
東風隧道是朔黃鐵路線上第四長隧道，系雙線隧道，全長3290m，我部施工出口端DIK47+610-DIK48+974段，長1364m.其中 DIK47+880-Dm48+040段通過Ⅱ類圍巖斷層破碎帶，巖性主要為片巖、頁巖、砂巖且夾薄層泥灰巖，節理、層理及裂隙發育，層面交錯，風化極為嚴重，呈壓碎狀態，致使圍巖自穩能力極差，成型困難。
針對上述情況，結合施工生產要素及施工生產能力，按照“管超前、嚴注漿、短開挖、不 （弱）爆破、強支護、快封閉、勤測量、速反饋”的施工原則，在拱部超前小管棚注漿預固結圍巖的保護下，采用三部臺階法進行施工。拱部預留核心土，周邊采用風鎬開挖，核心土及中槽運用PC200挖掘機開挖。
一、超前小管棚施工
1.1 工藝原理在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導管并壓注具有膠凝性質的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結、膠化，形成具有一定強度和抗滲阻水能力的以漿膠為骨架的固結體，從而提高圍巖的整體性、抗滲性和穩定性；使超前小管棚與固結體形成一個具有一定強度的殼體，在殼體的保護下進行開挖支護施工。
1.2 小管棚及注漿設計采用4m/根的∮42mm小導管布設在拱部，外插角5°～7°，環向間距33cm，縱向環距2.5m，即每施作一排小導管，開挖支護2.5m；壓注1：1水泥漿液，采用525#普通硅酸鹽水泥，漿液中摻水泥用量 3～5％的40Be‘水玻璃，以縮短漿液的膠化固結時間，控制漿液的擴散范圍。
1.3 施工要點
1.3.1 小導管加工4m／根的∮42mm小鋼管一端加工成尖錐形，距另一端100cm的位置開始至尖錐端之間按梅花型間距為20cm布設∮6mm的孔眼4排，以利于小導管推進和漿液滲入破碎巖體。
1.3.2 小導管安設如巖體松軟，采用YT-28型風動鑿巖機直接推送，如遇夾有堅硬巖石處，先用YT-28型風動鑿巖機鉆眼成孔后再推進就位。
在施作小導管前應注意：
第一，噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止漿墻，為注漿作好準備工作；
第二，準確測量隧道中心線和高程，并按設計標出小導管的位置，誤差±15mm；
第三，用線繩定出隧道中心面，隨時用鋼尺檢查鉆孔或推進小導管的方向，以控制外插角達到設計的標準；
第四，施工順序為從兩側拱腰向拱頂進行，為提前注漿留好作業空間。
1.3.3 注漿選用UB6型注漿泵注漿，采用漿液攪拌桶制漿。為防止漿液從其他孔眼溢出，注漿前對所有孔眼安裝止漿塞，注漿順序從兩側拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮風鎬環形開挖的方便，同時要達到固結破碎松散巖體的目的，保證開挖輪廓線外環狀巖體的穩定，形成有一定強度及密實度的殼體，特別是確保兩側拱腳的注漿密實度和承載力，采取注漿終壓（0.8～1.2MPa）和注漿量雙控注漿質量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。通過現場試驗確定拱腳終壓為1.2MPa，拱腰范圍為1.0MPa，拱頂為0.8MPa.注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續注漿，以確保固結效果，又達到控制注漿量的目的。
二、開挖
為控制超欠挖及減少對圍巖的擾動，拱部弧形及邊墻周邊均采用風鎬分臺階開挖，核心土及中槽均采用挖掘機開挖，開挖進尺根據圍巖穩定性確定為l—2棍鋼格柵的間距，即0.5～1.0m，邊墻按鋼格柵的兩個單元分兩個臺階施工，上下臺階相距2m，左右邊墻錯開2m.
三、錨噴初期支護
3.1 初期支護參數系統錨桿采用3m／根的WTD25型中空注漿錨桿，縱向、環向間距均為100cm，梅花型布置；拱墻設鋼格柵，間距50cm，鋼格柵每側拱腳設4m／根的WTD25中空注漿鎖口錨桿，按梅花型布置在鋼格柵的兩側，環向間距50cm；掛∮6雙層鋼筋網，網格尺寸為15cm×15cm，噴射混凝土厚 25cm.
3.2 噴射混凝土材料及機具選定
3.2.1 機具噴混凝土采用Bz—5型混凝土噴射機，壓力為0.2～0.4MPa.
3.2.2 水泥及細骨科采用425并普通硅酸鹽水泥；細骨料選用山西原平市忻口砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。
3.2.3 粗骨科采用規格為7～15mm的碎石，經試驗選用石灰巖生產的各項指標均達到設計要求的碎石。
3.2.4 粘稠劑選用STC型粘稠劑，經現場試驗，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可量減少回彈量。
3.2.5 水灰比水灰比過、過小都會使混凝土回彈量增加，浪費量的材料；經現場多次試驗確定，水灰比為o.47的混凝土噴射效果最佳。
3.3 噴射混凝土開挖后為縮短圍巖的暴露時間，防止圍巖進一步風化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼格柵及鋼筋網安設好后，再噴混凝土10～12cm°；最后在下一循環噴射混凝土時分兩次噴射至設計厚度。
（1）采用摻STC型粘稠劑半濕式噴射混凝土工藝，減小洞內粉塵污染及回彈量。
（2）噴射前用高壓風將巖壁面的粉塵和雜物吹干凈，水泥、粗、細骨料加少量水，用攪拌機干拌，水量按水灰比配制混凝土應加入水總量的20％；拌好后將干料運至噴射作業點再進行人工拌和，并按水泥用量的10％摻入粘稠劑。
（3）噴射作業分段、分片由下向上依次分層進行，每段長度為3m.為加快混凝土強度的增長速度及提高混凝土的噴射效果，用多盞碘鎢燈提高作業環境溫度。
（4）噴頭噴射方向與巖面偏角小于10°，夾角為45°；噴頭至受噴面距離在0.6～1.0m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，一般繞圈直徑在0.4m為宜。
3.4 注漿在初噴混凝土封閉圍巖后按設計布設錨桿和注漿。錨桿孔位誤差控制在《鐵路隧道施工規范》規定的誤差范圍之內。
3.4.1 鉆進用YT—28型手持式風動鑿巖機鑿孔并清孔，應沿徑向進行鉆孔，確保錨入穩定巖層的深度。
3.4.2 插入錨桿將安裝好錨頭的WTD25中空注漿錨桿插入錨孔，錨頭上的倒刺立即將錨桿掛住。
3.4.3 安裝止漿塞、墊板、螺母在錨桿尾端安裝止漿塞、墊板和螺母。
3.4.4 注漿通過快速注漿接頭將錨桿尾端和UB6型注漿機連接。開動機器壓注1：1水泥漿，摻水泥用量3％的40Be‘的水玻璃，為了保證錨固質量及改良圍巖結構，注漿終壓必須達到0.8MPa. 3.5 掛鋼筋鋼筋網片采用∮6圓鋼，除銹處理后按設計加工成100cm×200cm的網片；掛設時網片必須隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面間留3cm作為保護層，網片與系統錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土時不移動。
3.6 安設鋼格柵鋼筋除銹后按設計要求分節加工成型，鋼格柵分節間通過鋼板用螺栓聯接。
（1）鋼格柵嚴格按設計間距架立。
（2）為充分發揮鋼格柵的承載能力，首先要求鋼格柵必須垂直且與線路方向垂直；其次，架立拱部鋼格柵時，嚴格控制左、右拱腳標高，以防拱架偏斜，影響與邊墻鋼格柵架的圓順連接或侵入襯砌厚度。
（3）為方便拱部鋼格柵與邊墻鋼格柵的連接，在拱腳連接處鋪不小于20cm厚的粗砂或石屑。邊墻鋼格柵底部必須置于基巖上，以防下沉變形。
四、監控量測
初期支護完成后，在拱頂、拱腳及邊墻的內軌頂面標高處埋設測點進行拱頂下沉和水平收斂量測。測試元件用∮12圓鋼加工而成，每根元件長25cm，錨入初期支護體20cm，外露5cm，以防震動影響量測結果。水平收斂量測采用鐵科院武漢巖體力學研究所研制的收斂儀進行觀測。量測頻率開始6h觀測1次，然后根據變形量的減小而減小量測頻率，即12h、24h、48h、72h、168h，根據量測結果及時調整工序及預留變形量、開挖進尺等，便于指導施工，確保施工安全。量測點每隔5m布設1組。經量測，拱頂最累計下沉量為11mm，水平最累計收斂量為13mm.通過對斷層破碎帶采用超前小導管棚預支護、人工環形及周邊開挖技術和錨噴初期支護措施，且通過現場監控量測得出以下結論：
（1）周邊人工開挖可減小對圍巖的擾動，有效控制超欠挖。
（2）超前小管棚注漿預支護，可以量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質量和進度。
（3）通過現場監控量測，將預留變形量由設計的10cm調至5cm。
針對上述情況，結合施工生產要素及施工生產能力，按照“管超前、嚴注漿、短開挖、不 （弱）爆破、強支護、快封閉、勤測量、速反饋”的施工原則，在拱部超前小管棚注漿預固結圍巖的保護下，采用三部臺階法進行施工。拱部預留核心土，周邊采用風鎬開挖，核心土及中槽運用PC200挖掘機開挖。
一、超前小管棚施工
1.1 工藝原理在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導管并壓注具有膠凝性質的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結、膠化，形成具有一定強度和抗滲阻水能力的以漿膠為骨架的固結體，從而提高圍巖的整體性、抗滲性和穩定性；使超前小管棚與固結體形成一個具有一定強度的殼體，在殼體的保護下進行開挖支護施工。
1.2 小管棚及注漿設計采用4m/根的∮42mm小導管布設在拱部，外插角5°～7°，環向間距33cm，縱向環距2.5m，即每施作一排小導管，開挖支護2.5m；壓注1：1水泥漿液，采用525#普通硅酸鹽水泥，漿液中摻水泥用量 3～5％的40Be‘水玻璃，以縮短漿液的膠化固結時間，控制漿液的擴散范圍。
1.3 施工要點
1.3.1 小導管加工4m／根的∮42mm小鋼管一端加工成尖錐形，距另一端100cm的位置開始至尖錐端之間按梅花型間距為20cm布設∮6mm的孔眼4排，以利于小導管推進和漿液滲入破碎巖體。
1.3.2 小導管安設如巖體松軟，采用YT-28型風動鑿巖機直接推送，如遇夾有堅硬巖石處，先用YT-28型風動鑿巖機鉆眼成孔后再推進就位。
在施作小導管前應注意：
第一，噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止漿墻，為注漿作好準備工作；
第二，準確測量隧道中心線和高程，并按設計標出小導管的位置，誤差±15mm；
第三，用線繩定出隧道中心面，隨時用鋼尺檢查鉆孔或推進小導管的方向，以控制外插角達到設計的標準；
第四，施工順序為從兩側拱腰向拱頂進行，為提前注漿留好作業空間。
1.3.3 注漿選用UB6型注漿泵注漿，采用漿液攪拌桶制漿。為防止漿液從其他孔眼溢出，注漿前對所有孔眼安裝止漿塞，注漿順序從兩側拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮風鎬環形開挖的方便，同時要達到固結破碎松散巖體的目的，保證開挖輪廓線外環狀巖體的穩定，形成有一定強度及密實度的殼體，特別是確保兩側拱腳的注漿密實度和承載力，采取注漿終壓（0.8～1.2MPa）和注漿量雙控注漿質量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。通過現場試驗確定拱腳終壓為1.2MPa，拱腰范圍為1.0MPa，拱頂為0.8MPa.注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續注漿，以確保固結效果，又達到控制注漿量的目的。
二、開挖
為控制超欠挖及減少對圍巖的擾動，拱部弧形及邊墻周邊均采用風鎬分臺階開挖，核心土及中槽均采用挖掘機開挖，開挖進尺根據圍巖穩定性確定為l—2棍鋼格柵的間距，即0.5～1.0m，邊墻按鋼格柵的兩個單元分兩個臺階施工，上下臺階相距2m，左右邊墻錯開2m.
三、錨噴初期支護
3.1 初期支護參數系統錨桿采用3m／根的WTD25型中空注漿錨桿，縱向、環向間距均為100cm，梅花型布置；拱墻設鋼格柵，間距50cm，鋼格柵每側拱腳設4m／根的WTD25中空注漿鎖口錨桿，按梅花型布置在鋼格柵的兩側，環向間距50cm；掛∮6雙層鋼筋網，網格尺寸為15cm×15cm，噴射混凝土厚 25cm.
3.2 噴射混凝土材料及機具選定
3.2.1 機具噴混凝土采用Bz—5型混凝土噴射機，壓力為0.2～0.4MPa.
3.2.2 水泥及細骨科采用425并普通硅酸鹽水泥；細骨料選用山西原平市忻口砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。
3.2.3 粗骨科采用規格為7～15mm的碎石，經試驗選用石灰巖生產的各項指標均達到設計要求的碎石。
3.2.4 粘稠劑選用STC型粘稠劑，經現場試驗，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可量減少回彈量。
3.2.5 水灰比水灰比過、過小都會使混凝土回彈量增加，浪費量的材料；經現場多次試驗確定，水灰比為o.47的混凝土噴射效果最佳。
3.3 噴射混凝土開挖后為縮短圍巖的暴露時間，防止圍巖進一步風化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼格柵及鋼筋網安設好后，再噴混凝土10～12cm°；最后在下一循環噴射混凝土時分兩次噴射至設計厚度。
（1）采用摻STC型粘稠劑半濕式噴射混凝土工藝，減小洞內粉塵污染及回彈量。
（2）噴射前用高壓風將巖壁面的粉塵和雜物吹干凈，水泥、粗、細骨料加少量水，用攪拌機干拌，水量按水灰比配制混凝土應加入水總量的20％；拌好后將干料運至噴射作業點再進行人工拌和，并按水泥用量的10％摻入粘稠劑。
（3）噴射作業分段、分片由下向上依次分層進行，每段長度為3m.為加快混凝土強度的增長速度及提高混凝土的噴射效果，用多盞碘鎢燈提高作業環境溫度。
（4）噴頭噴射方向與巖面偏角小于10°，夾角為45°；噴頭至受噴面距離在0.6～1.0m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，一般繞圈直徑在0.4m為宜。
3.4 注漿在初噴混凝土封閉圍巖后按設計布設錨桿和注漿。錨桿孔位誤差控制在《鐵路隧道施工規范》規定的誤差范圍之內。
3.4.1 鉆進用YT—28型手持式風動鑿巖機鑿孔并清孔，應沿徑向進行鉆孔，確保錨入穩定巖層的深度。
3.4.2 插入錨桿將安裝好錨頭的WTD25中空注漿錨桿插入錨孔，錨頭上的倒刺立即將錨桿掛住。
3.4.3 安裝止漿塞、墊板、螺母在錨桿尾端安裝止漿塞、墊板和螺母。
3.4.4 注漿通過快速注漿接頭將錨桿尾端和UB6型注漿機連接。開動機器壓注1：1水泥漿，摻水泥用量3％的40Be‘的水玻璃，為了保證錨固質量及改良圍巖結構，注漿終壓必須達到0.8MPa. 3.5 掛鋼筋鋼筋網片采用∮6圓鋼，除銹處理后按設計加工成100cm×200cm的網片；掛設時網片必須隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面間留3cm作為保護層，網片與系統錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土時不移動。
3.6 安設鋼格柵鋼筋除銹后按設計要求分節加工成型，鋼格柵分節間通過鋼板用螺栓聯接。
（1）鋼格柵嚴格按設計間距架立。
（2）為充分發揮鋼格柵的承載能力，首先要求鋼格柵必須垂直且與線路方向垂直；其次，架立拱部鋼格柵時，嚴格控制左、右拱腳標高，以防拱架偏斜，影響與邊墻鋼格柵架的圓順連接或侵入襯砌厚度。
（3）為方便拱部鋼格柵與邊墻鋼格柵的連接，在拱腳連接處鋪不小于20cm厚的粗砂或石屑。邊墻鋼格柵底部必須置于基巖上，以防下沉變形。
四、監控量測
初期支護完成后，在拱頂、拱腳及邊墻的內軌頂面標高處埋設測點進行拱頂下沉和水平收斂量測。測試元件用∮12圓鋼加工而成，每根元件長25cm，錨入初期支護體20cm，外露5cm，以防震動影響量測結果。水平收斂量測采用鐵科院武漢巖體力學研究所研制的收斂儀進行觀測。量測頻率開始6h觀測1次，然后根據變形量的減小而減小量測頻率，即12h、24h、48h、72h、168h，根據量測結果及時調整工序及預留變形量、開挖進尺等，便于指導施工，確保施工安全。量測點每隔5m布設1組。經量測，拱頂最累計下沉量為11mm，水平最累計收斂量為13mm.通過對斷層破碎帶采用超前小導管棚預支護、人工環形及周邊開挖技術和錨噴初期支護措施，且通過現場監控量測得出以下結論：
（1）周邊人工開挖可減小對圍巖的擾動，有效控制超欠挖。
（2）超前小管棚注漿預支護，可以量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質量和進度。
（3）通過現場監控量測，將預留變形量由設計的10cm調至5cm。
