關角隧道正洞軟弱層超前管棚小導管雙液帷幕注漿止水超前預支護施工技術

1、關角隧道正洞軟弱層超前管棚、小導管雙液帷幕注漿固化止水預支護施工技術一、工程概況改建鐵路西寧至格爾木鐵路在關角修建長 32.645km的雙洞雙線隧道，該隧 道是國內目前已開工建設的最長鐵路隧道。工程位于新構造活動強烈的青藏高原 東北緣，測區(qū)屬祁連山系中段南緣支脈青海南山，呈 NW-SE向橫亙于中部，總 體地勢是中部高北東和南西低，區(qū)內峰巒疊嶂，溝壑縱橫，地貌復雜多樣。關角DK280+550- DK291+000段地質條件復雜，隧道掘進難度大，主要不良地質 條件有連續(xù)流砂、巖溶、斷層等，巖石破碎，地下水豐富，多次造成塌方、淹井 等事故。1.2 區(qū)內主要斷層區(qū)內主要斷層為菜擠河斷裂（F2），該斷裂

2、西起天竣縣南的窩布敵鄂，向東經(jīng)托洛合、魯茫群果、 勒瓦溝，沿菜擠河向東進入青海湖， 斷層地貌標志明顯， 航、 衛(wèi)片上線性影像明顯， 地貌上主要表現(xiàn)為寬度為 70-300m 寬的斷層谷地和斷層婭 口，斷裂主要發(fā)育在志留系變質砂巖與三疊系灰?guī)r之間及志留系內部， 基本上構 成中部二疊、三疊沉積區(qū)的北界。延伸長度約70km斷層產(chǎn)狀：N70。80W/6080 N,屬逆斷層，新活動表現(xiàn)為逆沖性質，主斷層破碎帶寬70300m 斷層穿越菜擠河， 沿斷線未見河流各階地發(fā)生斷錯變形， 說明該斷裂晚更新世以 來沒有活動， 但該斷裂切斷本區(qū)上新世一早更新世形成的二級夷平面， 并形成斷 層谷地地貌， 說明該斷層在第四紀

3、早期有活動， 應為一第四紀早期活動斷裂。 該 斷裂位于近場區(qū)的中北部， 隧道大角度通過該斷層， 斷層破碎帶較寬、 巖體破碎， 對隧道施工有很大影響 ; 盡管其附近現(xiàn)代地震活動很少，但該斷層有一定的新活 動性，有發(fā)生中強地震的可能性，對隧道工程穩(wěn)定性有一定的影響。1.3 圍巖地質條件軟弱圍巖穩(wěn)定問題DK280+550DK281+140長590m )隧道通過的地層主要為第四系砂質黃 土、粘土及細砂及 F1 斷層。細砂松軟、斷層破碎。存在的風險主要為基礎下沉、 塌方，該段為貧水區(qū)，發(fā)生突水、涌水的可能性很小。(2) DK281+140DK285+395長4255m )隧道通過的地層主要為志留系砂巖

4、夾板巖，以變質砂巖為主，局部夾少量千枚巖，斷裂構造發(fā)育，發(fā)育兩條區(qū)域性 斷層，巖體受構造影響嚴重，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，局部破碎，為弱富水區(qū)一 中等富水區(qū)。該段地層存在圍巖失穩(wěn)、變形及突、涌水等風險。1.4 軟弱圍巖穩(wěn)定問題隧道通過區(qū)屬青海南山高山區(qū)的關角日吉山， 隧道進口位于布哈河沖積平原 后緣，隧道進口以北為寬闊、平坦的布哈河沖積平原，該區(qū)為河湖相沉積環(huán)境。 進口段 280+570281+765第四紀地層由上至下分布順序是砂質黃土，細砂層和 粉質粘土。 其中粉質粘土和細砂層為現(xiàn)代河床的沖積、 洪積搬運、 沉積作用而在 山前形成的地層 ;砂質黃土層是由于風的搬運和沉積作用，斷斷續(xù)續(xù)厚度不等地

5、 覆蓋在山前洪積物上的。正洞進口施工還經(jīng)過河溝淺埋段281 +765 282+165，局部埋深不足40m,此段圍巖主要為志留系變質砂巖夾板巖，以變質砂巖為主， 局部夾板巖及少量千枚巖，變質砂巖占 70%，局部呈不等厚互層狀。二、施工總體方案 針對關角隧道主洞進洞洞身圍巖軟弱松散的狀況及隧道涌水量較大使洞身 全斷面圍巖松散并產(chǎn)生流沙的問題， 現(xiàn)采用超前長管棚結合小導管支護技術及沿 洞體周邊外擴 5.0m 用雙液帷幕注漿止水固化的施工工藝進行正洞的超前預支護 和涌水處理。三、超前長管棚結合小導管及帷幕止水預支護施工工藝3.1 施工工藝及方法管棚施工應從掌子面由上至下分三級施工（見圖 1）。管棚孔位

6、中心布置在 開挖線外0.2m,鉆孔環(huán)向間距為0.4m。施工時先施工隧道洞頂?shù)墓芘?，然后?別向兩側以0.8m的環(huán)向間距施工間隔的管棚，最后再施工每兩個間隔管棚間的 管棚。采用C6配潛孔錘鉆機跟管鉆進，套管采用89鋼管作為管棚。因C6鉆機 在隧道頂兩邊圓弧線上無法定孔， 即采用活動支架式的潛孔錘跟管成孔。 本施工 地段地質構造相當復雜， 局部地段軟硬夾層， 潛孔錘跟管幅度大時， 隨時可調整 采用活動支架式鉆機套三葉鉆頭帶壓力水鉆進， 成孔后頂推管棚鋼管根據(jù)實際鉆 孔速度而確定。第一級管棚鉆孔完成后， 進行管棚間小導管的施工。 小導管布設在相鄰兩管 棚之間的中心位置（見圖 2）。該小導管成孔采用改

7、制的煤電鉆帶壓力水鉆進， 鉆頭為合金麻花鉆頭，鉆桿用25鋼管，跟管鉆進，鋼管作為注漿管隨孔錨入 孔內。所有注漿管不加工成花管， 注漿時漿液從孔底向外滲透過程中在壓力的作 用下向孔壁周邊軟弱圍巖縫隙滲透擴散以此達到帷幕止水固化的目的。 在已完成 的管棚與小導管的基礎上， 增加一環(huán)帷幕止水固化的小導管， 該小導管沿洞體周 邊布設（具體孔深孔徑，布孔角度見圖 1間距1.2 x 1.0m （環(huán)X縱），按梅花型 布置。二級及三級按此順序進行施工。圖1隧道施工縱剖面圖1ULflLutKafF*I.dPPJjII-11It/ri-.圖2 隧道施工立面圖3.2 施工工藝流程施工準備一測量放線一安裝套孔支架一導

8、向管布置一鉆機定位一管棚鉆孔 -小導管鉆孔一下管一小導管注漿一帷幕注漿一管棚注漿一斷面開挖一斜向小 導管下一級施工3.3 主要施工工序1）架設導向拱測量組根據(jù)隧道縱斷面設計線、隧道洞軸線及明暗洞開挖輪廓線，放出隧 道開挖輪廓線；施工隊根據(jù)開挖輪廓線及測量技術交底，將上半斷面輪廓線以外的土石方清除掉，要求清除面平整，圓順；為了便于導向拱及鉆機安裝就位，墊 設施工平臺時可在洞口預留長 6米的核心土，頂寬度為6米，核心土的高度控制 在管棚頂以下 1 米處；在緊靠核心土四周挖一條小溝， 將掌子面的水從中間排出。導向管安裝完畢后，經(jīng)測量組復測，滿足精度要求后，安裝模板，按照規(guī) 范要求澆筑套拱混凝土，并養(yǎng)

9、生。2）搭設作業(yè)平臺鉆機平臺用鋼管腳手架搭設， 搭設平臺應一次性搭好， 鉆孔由鉆機由高孔 位向低孔位進行。平臺要支撐于穩(wěn)固的地基上， 腳手架連接要牢固、 穩(wěn)定，防止在施鉆時鉆 機產(chǎn)生不均勻下沉、擺動、位移而影響鉆孔質量。鉆機定位：鉆機要求與已設定好的孔口管方向平行， 必須精確核定鉆機位 置。用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，確保鉆機鉆桿軸線與 孔口管軸線相吻合。3）鉆孔管棚鉆孔直徑為110mm鋼管直徑為89。為防止鉆桿在推力和振動力的 雙重作用下，上下顫動，導致鉆孔不直，鉆孔時，應把扶直器套在鉆桿上，隨鉆 桿鉆進向前平移。鉆孔前，精確測定孔的平面位置，仰角為 5，避免長管棚侵入隧

10、道開挖 線內或相鄰管交于一處。鉆機就位前， 先將鉆機固定在基臺木上， 再按確定好的方位角將基臺木固 定在搭設的井型鉆作業(yè)平臺上，四周用橫木支撐，必要時打設地錨。鉆機開孔時鉆速不易過高，鉆深 20 cm后轉入正常鉆速。第一節(jié)鉆桿鉆入 巖層尾部剩余2030 cm時鉆進停止，用兩把管鉗人工卡緊鉆稈，鉆機低速反轉， 托開鉆桿 , 鉆機沿導軌退回原位， 人工裝入第二根鉆桿 , 并在鉆桿前端安裝好聯(lián)結 套, 方向對準后聯(lián)結成一體。鉆孔達到深度要求后，按同樣方法拆卸鉆桿，鉆機 退回原位。 換鉆桿時，應注意檢查鉆桿是否彎曲，有無損傷，中心噴水孔是否順暢 等，不符合要求的應及時更換以確保正常作業(yè)。鉆進過程中經(jīng)常

11、用測斜儀測定其位置， 并根據(jù)鉆機鉆進的狀態(tài)判斷成孔質 量，及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。引導孔直徑應比管棚大1520mm孔深要大于管長0.5m以上鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。認真作好鉆進過程的原始記錄， 及時對孔口巖屑進行地質判斷、 描述，作 為洞身開挖時的地質預測預報參考資料，從而指導洞身開挖。4）管棚加工鋼管采用熱軋無縫鋼管，直徑為 89mm鋼管節(jié)間連接采用絲扣連接，絲 扣長15cm。管頭焊成圓錐形，便于入孔。根據(jù)長管棚的長度，來確定下料長度，一般長度控制在 3m或6m，絲扣長 度為15cm,絲扣為2mm的螺旋方絲，鋼管一端為內絲，另一端為外絲，絲扣加 工端正，不得

12、偏位。先下奇數(shù)管孔，第一節(jié)用 3米長的鋼管，偶數(shù)孔時第一節(jié)采 用 6米長的鋼管，以后每節(jié)均采用 6米長鋼管。5）安裝管棚頂進采用裝載機和管棚機鉆進相結合的工藝， 即先鉆大于管棚直徑的 引導孔，然后用裝載機在人工配合下頂進鋼管。 施工前應首先做好導墻， 導墻長 度應大于明暗分界線50cm按設計位置布孔、并標注，架設管棚鉆機，鉆孔及 推進鋼管，鉆孔時鉆機立軸方向必須準確控制，每鉆完一孔便頂進一根鋼管。接長鋼管應滿足受力要求， 相鄰鋼管的接頭應前后錯開。 同一橫斷面內的 接頭數(shù)不大于 50%，相鄰鋼管接頭至少錯開 1m。6）注漿安裝好鋼管后即對孔內注漿。注漿采用雙液漿：水泥漿濃度為 1.25 : 10.8 : 1,水泥漿與水玻璃體積 比為1: 11: 0.6。注漿壓力按0.51.0MPa水玻璃濃度：35Be;擴散半徑2.5m；漿液初凝時間12min；水泥標號: 425525普通硅酸鹽水泥；其他參數(shù)：注漿終壓：46MPa施工中通過實驗最終確定注漿終壓。為了 避免串漿，采用跳打方式，即間隔鉆孔注漿。（3）注漿前先噴C20混凝土封閉掌子面,厚度10cm,以防漏漿。（ 4）注漿量達到