浅谈屏边隧道洞口段预加固施工技术

浅谈屏边隧道洞口段预加固施工技术

摘要：屏边隧道进口段位于山体坡脚，系浅埋偏压地段，围岩软弱松散，地质条件差，且线路右侧20m外发育石碑冲滑坡体，进洞困难，洞口边仰坡开挖中易出现滑塌及危及坍滑体稳定，为确保洞口施工安全。施工中采取了在洞口两侧设置预加固桩，在洞口范围施做φ76mm钢管桩等技术措施进行预加固处治，顺利穿越浅埋、偏压、软弱地段，实现了安全进洞。

关键词：铁路隧道；浅埋；软岩；预加固技术；

一、工程概况

屏边隧道位于云南省红河州新建蒙（自）河（口）铁路内，中心里程DIK66+065，全长10381m,为单线铁路隧道，其中隧道进口段DKD1K60+875～D1K61+150，浅埋偏压，山坡较缓，坡地多为旱地、荒山。隧道进口表层位于粗角砾土内，其下为炭质板岩全风化层，地质条件差，且线路右侧20m外发育石碑冲滑体。炭质板岩，黑色，炭质板状构造，污手，岩质软，易风化，易变形，成碎石角砾状。自稳能力差，隧道围岩为Ⅴ级。

二、施工方案

（一）、洞身两侧设置预加固桩

预加固桩施工采用人工分节开挖，钢筋混凝土护壁跟进的方法进行。

通过设置预加固桩抵抗洞顶偏压和开挖后洞身两侧的侧压力，具体设置参数为：D1K60+878.66线路两侧5m各设1#、2#预加固桩，加固桩桩径均为2.5m×2.5m，桩长27m。

（二）、隧道拱部以上及洞口两侧钢管桩预加固

为确保洞口施工安全，避免坍塌危及坍滑体，进口开挖前现先对D1K60+878～+900段及D1K60+870～875洞口段地表采用φ76钢管桩预加固处理。在大面积施工钢管桩前，先通过试桩试验，检验钢管桩施工设备、施工工艺的合理性、适用性，确定施工中的各项参数，然后再进行大面积施工。钢管桩具体参数为：

1、D1K60+878～+900洞身段，衬砌范围加固至开挖轮廓线外5m，衬砌两侧加固至W3地层以下3m；D1K60+870～+875洞口段加固范围为挡墙开挖外3m范围，加固至挡墙基底以下2m。

2、钢管桩采用φ76mm无缝钢管，壁厚6mm，间距1m×1m，交错布置，注浆材料采用水泥砂浆，水灰比1:1，注浆压力为0.8～1.5MP。

为确保工期和施工安全，钢管桩和预加固桩相隔一段距离同时施工。施工由进口向出口方向进行，待钢管桩及预加固桩达到设计强度后方可进行进口路堑开挖及洞口超前大管棚施做，最后采用台阶法进行洞身开挖支护。

三、施工工艺及方法

（一）、钢管桩施工

1、施工放样

钢管桩在专业测量技术人员的操作下，先使用高精度的全站仪，对每根桩予以精确定位。并对每根桩做好护桩，以备施工过程中随时进行复核查对。然后测出对应每根桩位的原地面标高，并根据钢管桩桩底设计标高，计算出将每根桩的钻孔深度，以书面的形式给现场施工员和管理人员予以技术交底。

2、钻孔

采用XY-100型钻机钻孔。由于施工场地位于较斜的边坡上，为了保障施工安全，确保施工质量和施工进度，钻孔的总体施工安排是：“由高向低，由两端向中间”。钢管桩沿隧道线路中线左右侧布置，间距为1.0×1.0m,共计436孔。

钻孔采用小循环钻进施工方法，终孔孔径为直径110mm，钻至设计标高后，需对孔内泥浆进行洗孔，然后下入钢花管。为了防止出现钻孔深度与钢管长度出现交叉错误，测量孔位时按同一里程自山上向山下编号，在孔位上钉木桩并写上孔号，同时在钢管加工厂一一对应挂标签，安装钢管时对号入孔，确保无误。

3、钢管备制与安装

钢管桩所用的钢管须采用φ76×6mm的热轧无缝钢管。钢管单根长度根据现场和测量技术人员的交底配制和调整，但必须保证与钻孔孔深相对应。钢管下孔前，应先在管壁上开孔以作为注浆孔。孔径一般为Φ6-Φ8mm，间距15-20cm，呈梅花形排列。钢花管采用在两端车丝连接，一端为车内丝，一端车外丝，车丝长度不应小于15cmm且每个孔低最下面的一段钢管前端加工成尖形。钢管采用人工配合钻机下管，每节钢管应连接牢固，长度应符合设计孔深。

4、认真做好各项施工记录

钻机机长要做好钻孔班的各种报表资料，由现场领工员签字，确认孔号、孔深无误后方可终孔下管。注浆要详细记录清楚每个孔的注浆量、注浆压力、地表冒浆位置，形状、冒浆量大小。

5、工地设置专职质检员专职质检员负责检查督促钻孔孔径，孔深，钢花管长度，连接质量，浆液配合比、注浆压力，注浆量等要满足设计要求。

6、注浆泵的设置及浆液制作

钢管桩注浆要使用专用高压注浆设备，并在山脚下平坦地段安装注浆泵，注浆泵型号为：3SNS和BW-150型注浆泵。注浆应采用高压胶管将浆液送到注浆孔内，注浆人员与制浆人员之间采用对讲机联系。浆液采用搅拌机拌制，水泥浆水灰比为1:1，在拌制时要不停的搅动，避免水泥浆沉淀离析。

7、注浆方法及顺序

钢管桩注浆方法是：在注浆时，浆一根PVC管随钢管伸入孔底，钢管伸入孔底后，即进行第一次注浆。由于钻孔时孔底有残渣和水，水泥浆从孔底向上反向注浆，浆残渣和水挤出孔外，使钢管与孔壁之间全部填充水泥浆，从而保证钢管周围有一层水泥浆保护层。第一次注浆后，在管口设置止浆塞，其目的是防止浆液从孔口部位冒出，止浆塞设置好后，进行第二次注浆，使钻孔周围的水泥浆进一步扩容增大，同时填充第一次注浆产生的收缩空隙，再一次增加土体强度，注浆达到设计压力后封孔。注浆顺序应是：“先周围后中间，间隔跳孔注浆”。

8、注浆顺序及施工重点

（1）施工注浆应先外侧边缘，后中心部位；

（2）土层注浆宜隔排跳孔、分层进行注浆；

（3）对于注浆效果较差地段应进行补充注浆。

（4）注浆压力控制:注浆压力一般控制在0.8～1.5MPa，最大压力1.5MPa，当注浆压力超过1.5MPa时，可停止注浆；必要时可间歇式注浆。当注浆压力始终在0.8MP以下且注浆异常时，要停止注浆，查明原因后在确定是否继续注浆。

（二）、预加固桩施工

1、施工工艺流程：测量定位→机具就位→桩成孔开挖→钢筋砼护壁→桩位、桩底验收→桩钢筋笼安装→灌注砼（养护）→桩质量检测→桩基竣工验收。

2、主要允许偏差项目：

预加固桩主要允许偏差表

3、挖孔前，要引出桩心的控制点，待第一节护壁浇筑好后，将中心控制点标注在护壁上，以后每放一节都用大线锤吊中，找桩的中心及轴线控制点，确保桩径不小于设计要求，桩轴线偏差不大于规范值，每浇完三节护壁，需校核垂直度一次，并做好记录。

4、挖桩：土质开挖采用短镐、铲、锹人工开挖，萝筐装土碴，卷杨机起吊出碴。进入砂岩层用风镐施工，如遇坚石风镐难以施工的，采用钻眼爆破施工，但不得放大炮。

5、运渣：每孔桩原地面挖下150cm后，即在桩孔上安装垂直运输支架，用卷扬机作为运土设备，由人工运到指定地点堆放。

6、护壁施工：预加固桩护壁每节施工的长度为2米，厚0.2米，井口上部2m范围为锁口，其下每2m一节为护壁，桩井开挖2m后应立即施工锁口，每挖2m及时施工护壁，确保施工安全。当桩井井壁土层稳定性差时，应缩短护壁分节高度，采用0.5-1m一节，必要时应加密钢筋，加厚护壁，确保安全。不得在土石层变化或滑面处分节，应开挖一节立即支护一节（当出现坑壁坍塌或护壁变形破坏时，应及时加固支护处理）。每节护壁间的空隙不大于250mm，供灌注砼用，砼浇筑完毕后，立即将空隙填满、抹平。护壁砼采用人工浇筑，人工捣实的方法，浇筑8小时后才可进行拆模。

7、锁口护壁要严格按设计图施工，孔口上搭设护棚，孔口周围设防护栏，挖排水沟。

8、成孔后对桩身的尺寸、孔底的标高、桩位的中线、井壁的垂直度进行全面的检查，做好施工记录。符合设计及规范要求后再施工钢筋笼，浇筑桩身砼。

9、钢筋笼的制作

主筋采用对焊接长或其他保证强度和质量要求的连接工艺，在同一截面接头要错开，在接头处35d范围内，有接头的受力钢筋面积不得大于该截面钢筋面积的50%，如采用搭接焊搭接长度不小于规范值（单面焊10d，双面焊5d），主筋应点焊成束。注意钢筋笼保护层的厚度不得小于7cm。若在桩外制成钢筋笼，起吊过程中要保证不变形、不扭转。

钢筋笼加工主要允许偏差表

10、砼的浇筑

浇筑砼前要认真清理浮渣，抽净孔底积水。在砼浇筑过程中，采用串筒，保证串筒的端部距砼浇筑面的距离不大于2米，防止出现离析现象。砼每下料1.5米左右，用插入式振捣棒振捣一次，保证砼的密实度，做好浇筑记录。接近桩顶标高时，若浮浆不多，砼超灌30cm左右，若浮浆过多则超灌50cm，以保证桩顶砼的强度。

11、声测管的布设

每根预加固桩声测管共四根，分布于桩的四角，通长布置于桩内。声测管采用金属管，内径不小于40mm，壁厚不小于3mm。声测管下端封闭，上端采用木塞封闭，管内无异物，连接处应光滑过度，不漏水。管口应高出桩顶100mm以上，且各声测管管口高度应一致。

12、预加固桩施工安全保证措施

每天上班前，检查吊机的钢丝绳、电源电器是否完好，做好检查记录，防止突发事故发生。桩内传递物品用吊渣桶，严禁直接向孔内投掷任何物品，孔口周围必须设置护栏。下班停止作业前，用盖板将孔口盖好。预加固桩孔内作业人员必须带好安全帽，挂好安全带，安全带挂在桩孔上面，遇到紧急情况，将人员尽快吊出孔外。爆破作业，必须由经过考试合格的爆破员担任。严禁放大炮，实行小药量爆破，警戒范围为距爆破点200m设警戒人员。点炮后立即用木板加重物堵盖孔口，以防孔内飞石；炮响后，爆破人员应按规定对爆破区域进行检查有无瞎炮、危石等。为防缺氧及有害气体中毒，对桩孔内气体应每隔2小时进行检测，凡一次检测有害含量超过允许值时，应立即停止作业。待确保安全后再继续施工。必要时可将空气输送管通到井底，强制通风换气10分钟左右再进行施工。

四、效果评价

屏边隧道进口软弱浅埋段，通过围岩进行预加固处治后，使围岩固结，提高了自稳能力。预加固后，再进行正常的暗洞开挖支护作业，使预加固措施与暗洞支护体系措施联合作用，确保了围岩的稳定和开挖的安全。本隧道在进洞施工中通过对地表沉降观测和洞内量测结果表明，地表下沉测量和二衬施工前拱顶下沉测量以及净空收敛量测，均在安全范围内。这说明通过预加固方法是安全有效的，这也为今后浅埋软弱围岩隧道施工技术方面提供了经验。

五、结语

浅埋软弱围岩隧道开挖前，通过采取必要的预加固措施，提前加固地层，提高围岩的自稳能力，使之与暗洞支护体系联合作用，使隧道封闭成环，形成自然压力拱，为隧道的安全进洞打下坚实基础。

参考文献：

[1]中国中铁二院工程集团有限责任公司，新建蒙自至河口铁路工程屏边隧道设计图.成都.2009

[2]铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008

[3]中铁二局股份有限公司.隧道及地铁工程.中国铁路出版社.2009

[4]客货共线铁路桥涵工程施工技术指南TZ203-200