暗挖隧道改扩建施工技术

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摘 要：莞惠城际工程由于技术标准的调整,已施工的矿山法隧道断面加大、左线线位往右侧偏移0.94m、右线线位往右侧偏移4.20m、隧道已施工段落内左右线线路纵断标高整体上抬1.339m,因此需对已施工段区间隧道初期支护及施工横通道进行扩挖改造.论文详细介绍了该工程1#竖井改造扩建施工技术,提出了在工程改扩建施工前利用已施工的降水井对周边土体进行降水,然后洞内对已完隧道拱部上方以及边墙土体做径向注浆加固处理；改造施工对土体的开挖及格栅钢架的拆换,均按每一榀一循环（0.5m）进行,施工完一循环的初支后方能进行下一循环土体的开挖和格栅的拆换.扩挖均采用人工开挖,严格控制开挖进尺施工技术.按以上确定的施工方案安全顺利完成了隧道的改扩建工程,该工程的成功为今后同类工程的施工提供了新思路,新方法.

关 键 词：隧道工程矿山法改扩建施工施工技术

中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0159-03

我集团公司承建的在建莞惠城际GZH-4标起讫里程为DK19+780～DK25+080,正线全长5.300km,设计时速为200km/h,隧道采用暗挖法施工.莞惠城际GZH-4标施工共布置6口竖井,其中1#竖井中心里程为DK20+000,位于东莞市光明二路旁菜地里；原1#竖井井口尺寸为26.9m×9.2m,井深19.5m,现场地面高程为12.05～15.86m.2#竖井中心里程为DK20+423.1,井口尺寸为10.8m×7.8m,井深28.14m,竖井围护结构采用Φ1.2m@1.35m的钻孔灌注桩,桩间采用Φ0.6m旋喷止水桩,竖井内支撑采用钢筋混凝土支撑梁结构.省部合作前,1#竖井已按原线路及技术标准施工完成了部分段落矿山法隧道的初期支护及GDK20+420施工横通道的施工,但未施工正洞防水层及二次衬砌；省部合作后由于技术标准的调整,矿山法隧道断面加大、左线线位往右侧偏移0.94m、右线线位往右侧偏移4.20m、隧道已施工段落内左右线线路纵断标高整体上抬1.339m,需对已施工段区间隧道初期支护及施工横通道进行扩挖改造.论文详细介绍了1#竖井改造扩建施工技术,知道了工程的施工,取得了良好的效果.

11#竖井及其施工洞段工程地质概况

1.1工程地质条件

1#竖井区间隧道改造工程位于东莞市东城南区光明二路东北侧莞惠城际东城南～寮步区间GZH-4标内.属剥蚀丘陵及丘间谷地,地势略有起伏,地面标高在12.50～23.00m之间.附近多为空地和道路,道路附件有管线通过,改造段地表为菜地、鱼塘和荔枝林.隧道拱顶覆土主要有素填土、淤泥质粉质黏土、砂层、粉质黏土、全风化混合片麻岩层,洞身主要位于全风化混合片麻岩层.该场地上覆第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、冲积层（Q4al）、残积层（Qel）,下伏基岩为震旦系（Pz1）混合片麻岩.

本改造工程所在场地地质构造简单,主要表现为上覆为第四系沉积层,其下为混合片麻岩,混合片麻岩在风化作用下形成残积层.本次该场地勘察未发现有影响该构筑物的断裂迹象,强风化混合片麻岩和弱风化混合片麻岩中节理裂隙发育,岩体较破碎～较完整.

1.2水文地质条件

本区间存在多处地表水,GDK19+800处有一沟渠由北向南流经区间隧道,沟渠内常年有水,水量随降水量变化.GDK20+420线路左侧有一鱼塘,深度0.8～1.5m.场地内地下水水文地质条件受当地气候、地貌、岩性、地质构造及人类活动等因素的影响,根据地下水埋藏条件可简单划分为孔隙水、基岩裂隙水.根据勘察钻孔显示地下水位埋深0.80～5.0m,水位变幅4.2m；地下水位随季节变化,变幅0.5～2.0m.岩石富水性和透水性与节理裂隙发育情况关系密切,节理裂隙发育的不均匀性导致其富水性和透水性也不均匀.

1.3特殊土及不良地质

本场地广泛分布有素填土及杂填土,松散～稍密,属较不稳定土体,易造成隧道及基坑坍塌；局部分布有冲积淤泥质粉质黏土,具有孔隙比大,压缩性高,抗剪强度低等特点,具触变性、流变性,属不稳定土体；本场地存在冲积的饱和砂层,其富水性大,结构松散～中密,属较不稳定土体,透水性中等～强.施工中易发生坍塌、涌水、涌砂等现象；饱和状态下混合片麻岩残积土及全风化混合片麻岩,土质不均,属较不稳定土体,受施工扰动,强度骤降,极易造成隧道坍塌、侧壁失稳.

21#竖井及其施工洞段施工技术

2.1改造施工整体思路

本次改造工程隧道周围土体已被扰动,自稳情况差,开挖前施工降水井并利用已施工的降水井对周边土体进行降水,然后洞内对已完隧道拱部上方以及边墙土体做径向注浆加固处理；改造施工对土体的开挖及格栅钢架的拆换,均按每一榀一循环（0.5m）进行,施工完一循环的初支后方能进行下一循环土体的开挖和格栅的拆换.扩挖均采用人工开挖,严格控制开挖进尺.

2.2隧道径向注浆

根据本标段GZH-4标区间矿山法隧道正洞改造段,采用在已开挖的既有隧道空间内对新隧道在开挖前进行径向注浆的加固,注浆参数由注浆试验孔确定,注浆范围为新隧道开挖轮廓线至开挖轮廓线外3m,注浆管材料为Φ42,t等于3.25m小导管.注浆孔按浆液扩散半径1.5m,孔底间距约2.0m布设,纵向间距2.25m,注浆孔按梅花形布置,注浆孔垂直于洞壁打入.左线拱部孔口环向间距约0.79m,边墙孔口间距约1.28m；右线拱部孔口环向间距约0.64m,边墙孔口间距约1.0m（注浆孔孔口环向布置可参见设计图角度间距）（如图1）.

横通道改造径向注浆范围为改造开挖轮廓线以外3m.注浆孔按浆液扩散半径1.5m,孔底间距约2.0m布设,纵向间距1.5m,注浆孔按梅花形布置,注浆孔垂直于洞壁打入.拱顶钻孔开孔环向间距0.6m,拱腰间距1.0m.注浆施工工艺如下：（1）注浆管的制作,按设计制作长1.4～8.0m不等的注浆管,对于长度大于6m的注浆管可采用分节焊接在一起,以满足施工空间受限的要求.注浆管前端3m采用电钻钻10mm眼孔,眼孔间距为15cm,沿管长方向呈梅花型布置.（2）测孔定位,左线拱部孔口环向间距约0.79m,边墙孔口间距约1.28m；右线拱部孔口环向间距约0.64m,边墙孔口间距约1.0m注浆孔纵向间距170cm,环间注浆孔呈梅花形布置.（3）按设计位置、孔径、孔深钻孔,并钻完全部注浆孔后,进行清孔.用风把管打入孔内,孔口用水泥砂浆封堵,并安装好止浆塞.（4）注浆,注浆前进行现场注浆试验,并得出试验结果：1#井左右线径向注浆加固部位主要在粉质粘土层,现场选取3个代表性注浆孔,浆液采用水泥单浆液,水灰比为1∶1,注浆初始压力在0.5～1.0MPa,稳压在1.3～1.5MPa,并稳压15min,测得平均单孔实际注浆量为1.58m3,单线隧道每延米注浆量约13.1m3,略大于设计注浆量.2#井右线及横通道径向注浆加固部位主要在全风化混合片麻岩,测得平均单孔实际注浆量为1.26m3,单线隧道每延米注浆量约11.0m3,与设计注浆量大致相同,现场施工时根据实验结果调整注浆参数,注浆完后,用M5水泥砂浆填塞,注浆顺序先隧道两边后中间,隔孔交替注浆.（5）当注浆达到终压并稳压10min,进浆速度为开始进浆速度的1/4且注浆量不小于设计注浆量的80%时,可确定该注浆孔达到结束的条件,结束后利用止浆阀或木塞将注浆孔口堵塞,以保持孔内压力,直至浆液完全凝固.

2.3隧道回填砼施工

回填砼采用C20素砼,回填范围为原隧道初支内轮廓线面积减去与新断面初支外轮廓线所相交的面积,回填前清理隧道底部杂物,拆除原初支临时支撑.回填顺序为先回填隧道底部后边墙,采用地泵输送砼方式分层分段依次回填,沿隧道方向每10m一段.左线隧道中心线向右偏移0.94m,回填范围较小,回填砼先对隧道底作封底处理,后利用新安装的左侧边墙钢架、临时仰拱作为回填边墙砼的支撑,安装模板,模喷新隧道初支砼（砼强度等级等同于隧道初支砼等级）,每喷一层砼垂直高度不宜大于1m,待强度达到要求后,分层浇筑回填砼,每层砼浇筑厚度不大于1m,当回填砼水平宽度≤0.5m时,回填砼与隧道初支砼一同采用喷射砼一次完成.右线向右偏移4.2m,回填范围较大,回填可采用相同于左线回填的方法,每层砼浇筑厚度不大于1m.这种施工方法对新隧道钢架的稳定性要求高.为解决这种不稳定因素,采用先回填砼后安装新隧道钢架的方法,分层浇筑时,可在已回填部分预埋钢筋作为下一层回填时模板安装的螺杆.其隧道改造右线回填示意图如图2所示.

2.4超前支护及施工开挖

2.4.1超前小导管注浆支护

超前小导管注浆加固地层技术,是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜钻孔安设注浆管,并注入浆液,达到超前加固围岩和止水的目的,同时小导管还可起到超前管棚预支护作用.扩挖段正洞隧道采用超前注浆小导管,小导管采用外径φ42mm、壁厚3.25mm热轧无缝钢管,长度为3.0m,小导管环向间距0.33m,纵向间距1.0m,注浆管一端做成尖形,另一端焊上φ6加劲箍.在距离加劲箍1.0m处开始钻孔,钻孔沿管壁间隔150mm,呈梅花型布设,孔位互成90°,孔径10mm,小导管沿拱、墙扩挖范围布置,外插角18°,左线改造段超前小导管布置.横通道改造段超前小导管拱部范围内双排设置,环向间距0.3m,纵向间距1.0m,外插角18°,小导管采用外径φ42mm、壁厚3.25mm热轧无缝钢管,长度为3.0m.

2.4.2开挖步序

扩挖段均采用人工开挖,严格控制开挖进尺.改造施工对土体的开挖及格栅钢架的拆换,均按每一榀一循环（0.5m）进行,施工完一循环的初支且临时支撑砼达到设计强度后方能进行下一循环土体的开挖和格栅的拆换.以左线开挖施工步序为例,其开挖步序如下.

（1）开挖①部土体,拆除开挖范围内既有隧道初支,人工拆除新隧道钢架节点过渡单元B、C,安装新隧道左侧拱部钢架及中隔壁接长钢架,挂网喷射混凝土施作新隧道左侧拱部初期支护及中隔壁.施作新隧道②部开挖范围内周边超前小导管.

（2）施作新隧道②部开挖范围内周边超前小导管.开挖②部土体,拆除开挖范围内既有隧道拱部右侧初支,人工拆除新隧道临时横撑钢架节点过渡单元D,安装新隧道拱部右侧钢架及临时横撑接长钢架,并设置锁脚锚杆.钻孔设置系统锚杆后,挂网喷射混凝土施作新隧道右侧拱部初期支护及临时支护.

（3）开挖③部土体,并拆除③部开挖周边既有隧道初期支护,拆除新隧道初支钢架节点过渡单元A,安装新隧道右下部钢架,挂网喷射混凝土施作新隧道右侧边墙期支护及剩余仰拱初支护,使隧道初支护封闭成环.

2.4.3横通道改造开挖施工步序

（1）施作改造横通道拱部超前小导管,扩挖原横通道拱顶部分土体,凿除原横通道施工的超前小导管及长管棚,破除原横通道拱部加强环及初支格栅钢架A、B单元,安装改造横通道格栅钢架O、P、Q单元,施工改造后横通道拱部初期支护喷混.

（2）接长拱部加强环钢筋,施工改造后横通道拱部加强环如图3所示.

2.4.4扩挖隧道初支施工

首先进行钢架制作,格栅钢架在加工厂集中加工,程序化施工.施做时,测量人员根据钢格栅设计图和操作工人的要求在钢平台上放样,画出1∶1的钢格栅大样图,包括各连接点的法线方向.

为保证钢架置于稳固的地基上,施工中在钢架基脚部位预留出0.15～0.20m原地基,架立钢架时挖槽就位,并在钢架基脚处设槽钢以增加基底承载力.钢架按设计位置安设,在安设过程中钢架和初喷层之间有较大间隙时设垫块,钢架与围岩（或垫块）接触间距不大于50mm.为增强钢架的稳定性将钢架与锁脚锚管焊接在一起.初支混凝土采用湿喷工法施工.喷射混凝土配合比,通过室内试验和现场试验选定,并符合施工图纸要求,在保证喷层性能指标的前提下,尽量减少水泥和水的用量.速凝剂的掺量通过现场试验确定,喷射混凝土的初凝和终凝时间,满足施工图纸和现场喷射工艺的要求,喷射混凝土的强度符合施工图纸要求,配合比试验成果报送监理工程师批准.喷射混凝土供料单在实际使用喷射混凝土前12h前报送监理工程师.喷射混凝土施工前56天,为每种拟用的外加剂至少作三次试块试验板,试验板测定的喷射混凝土工艺质量和抗压强度达到要求后,才能进行喷射混凝土施工.

莞惠城际GZH-4标改造扩建工程Ⅵ级围岩采用台阶法开挖,拱顶部采用人工手持风动凿岩机,出碴采用装载机配合农用自卸车运输.

2.4.5扩挖隧道施工洞内运输

本隧道断面为圆弧状,隧道出渣应铺设简易路面,隧道初支后需在仰拱回填65cm厚砖渣或碎石土以保证车辆平稳行驶,回填时用挖掘机整平压实.区间隧道内土方采用小型农用自卸汽车运输,车载量约为3.3m3碴土,刚好为提升料斗满装是的容积.运送至竖井井底时,车头转向另外一隧道洞口,然后倒车至料斗坑卸土.

2.5隧道防排水

隧道防水的主要方法采用径向注浆、超前小导管注浆、砼结构自防水；排水的主要方法采用临时排水沟,因为竖井小里程隧道为上坡,故水可通过小沟自地流出.竖井大里程隧道为下坡,随隧道开挖进尺每隔30m设置一集水坑,用水泵接水管排至竖井集水坑内.水管沿隧道初支砼墙壁设置.

2.6监控量测

本改造隧道采用信息化设计和施工,施工中应重视和加强监控量测工作,把监控量测工作贯穿于施工过程的始终,并应及

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3结论

我集团公司承建的在建莞惠城际GZH-4标起讫里程为DK19+780～DK25+080,正线全长5.300km,设计时速为200km/h,隧道采用暗挖法施工.由于线路技术标准的提高,1#竖井按原线路及技术标准施工完成部分段落,GDK20+420施工横通道等需要进行改扩建施工,原完成开挖的隧道断面需要加大、左线线位往右侧偏移0.94m、右线线位往右侧偏移4.20m、隧道已施工段落内左右线线路纵断标高整体上抬1.339m.论文在详细介绍了1#竖井及其施工洞段工程地质条件、水文地质条件基础上,提出了因该工程隧道施工需要穿越冲积的饱和砂层,施工中易发生坍塌、涌水、涌砂等现象；同时,隧道穿越的主要地层混合片麻岩残积土及全风化混合片麻岩,土质不均,属较不稳定土体,受施工扰动,强度骤降,极易造成隧道坍塌、侧壁失稳.为之,确定了在工程改扩建施工前利用已施工的降水井对周边土体进行降水,然后洞内对已完隧道拱部上方以及边墙土体做径向注浆加固处理；改造施工对土体的开挖及格栅钢架的拆换,均按每一榀一循环（0.5m）进行,施工完一循环的初支后方能进行下一循环土体的开挖和格栅的拆换.扩挖均采用人工开挖,严格控制开挖进尺总体施工思路.按以上确定的整体施工思路,进行了隧道的改扩建工程,取得了成功.该工程的成功为今后同类工程的施工提供了新思路,新方法.