杨家川隧道隧底地下故河床段超前支护技术

1、概述：
杨家川隧道全长2095m，其中羊洼沟段为地表河，隧道经过处沟宽约100m，常年流水，两侧山势陡峭，植被茂盛。该段施工时正值雨季，地表河内水量约1.8m3/s，隧道上游3km以外地势较开阔，汇水面积大，流至距隧道1.5km处水量明显减小，可见地表水给地下补给较大。
　　从DK1309+615～+525段洞身经过处围岩依次为风化严重的花岗岩、片麻岩夹黑云母片岩、黑石末粉、淤泥质砂层、砂粘土层、角砾土和中粗砂层、砂粘土层、黑石末、风化片麻夹黑云母片岩。隧底2.5m以上为明显冲洪积层，隧底以上1.0~2.5m内为碎石、砾石砂，隧底以上1.0m左右为原河床,下部岩层有明显的冲刷痕迹，微风化，表面较光，节理发育。洞内涌水量达60m3/h，最后稳定涌水量为30 m3/h。
2、方案确定：
（1）、插板支护，可防止流砂、坍塌，但遇到孤石后难于打设，且施工速度慢，开挖后拱部的大面积涌水，不利于钢架支护和喷砼施工。
（2）、采用超前管棚结合R32N迈式锚杆超前支护，管棚外插角5°～10°，长度6～8m，管棚间距30cm，管棚之间打设自进式锚杆，自进式锚杆外插角25°～30°，注水泥—水玻璃双液浆，通过约12m的施工发现迈式锚杆注浆量大，个别锚杆出水集中，注浆后整体固结性差，开挖中出现流砂或集中处水，局部固结砂砾明显侵入隧道内，影响开挖进度和轮廓尺寸。
（3）改用管棚结合密排超前小导管注水泥—水玻璃双液浆，取得良好效果。
3、管棚结合密排超前小导管注浆施工：
（1）、施工参数
　　沿拱部设置管棚和小导管，管棚采用φ89无缝钢管，长度6～8m，排距3~4m，外插角25°～30°，间距30cm；管棚间增设两根φ42超前小导管，长度4.0m，排距2.0m，外插角15°～20°。
（2）、作业程序及要点：
①、设置幕墙：
　　洞身经过有风化严重的岩层、砂粘土和砾砂等透水层，注浆时浆液随掌子面大量出水而流失，且受压后易引起掌子面正面坍塌，并引起拱部坍塌使支护悬空，因此在打设超前管棚和小导管前，先在掌子面喷射10～15cm厚的砼封闭掌子面，与洞身周壁喷射砼连成一体，形成止水围幕，使出水位升高，减少掌子面正前方砂层内的水流速度，便于注浆时浆液向导管四周均匀扩散。
②、打设φ89超前管棚：管棚前端焊接用Φ28钢筋制作的锥体钎头，管棚前端2m管壁半周设φ6mm圆孔透水。拱部按30cm间距布设，外插角25°～30°，管棚带孔侧朝上放置。管棚既是超前支护，又可超前探测，同时又能超前引流导水，减少小导管打设后的出水量，便于注浆。
③、超前小导管作业：采用φ42小导管，小导管前端焊接锥体钎头，导管壁上梅花型设置φ8注浆孔。在两管棚间设置超前小导管，间距10cm，外插角15°～20°，小导管通过丝套与风钻连接直接送入，打设完后及时塞死管口，以防形成出水通路。
④、注浆作业：
a、注浆材料及配合比：
　　水泥：采用活性高，出厂日期不超过3个月的525＃以上普通硅酸盐水泥，水泥浆浓度：1.25:1～0.8:1.0。
　　水玻璃：出厂浓度42～45Be’，模数2.4～2.8水玻璃原浆，然后稀释成35Be’使用。
　　水泥浆与水玻璃体积比：1:1～1:6
　　缓凝剂：采用Na2HPO4，掺量2.5～2.0%。
　　水：饮用水，水温不低于6℃，PH值在5～8之间。
b、注浆方式：
　　双液浆利用管外混合方式，即两套管路各一套注水泥浆，另一套管路注水玻璃，从两侧向拱部注浆。
　　先注水泥浆1～1.5分钟，两种浆液同时注射，2分钟停止注水玻璃，每停30～45秒注水玻璃30秒。
c、注浆参数：
　　注浆压力：终压力2～3Mpa，注浆持续5～6min ;
　　单孔注浆扩散半径：R=0.8～1.8m，有效扩散半径：R=60～80cm。
　　单孔注浆量：砂粘土注浆量：0.8～1.5m3。
　　砂砾层：2.4～4.5m3，拱角处注浆量加大。
　　注浆后形成止水壳体，如下图所示：

d、结石状况：
2、开挖及边墙部位超前支护施工：

开挖及后续支护程序如图3、图4所示，具体分述如下：

（1）、上断面施工：
①、在集中出水大的管棚末端接橡胶管直接汇入集中水坑，下断面支护完成管路紧切支护面绕至墙脚。
②、上断面分部开挖，环状取土，及时喷射砼，支护钢架喷砼至20cm，在集中出水处埋设橡管导水。上断面开挖时，上台阶底高出起拱线20cm，拱角法兰盘埋入未开挖的土层，使之不被喷射砼包裹，便于中层开挖后钢拱架的连接。
③、锁脚锚杆或锚管施工:在中层开挖前，在两侧拱角打设两根3.5m迈式锚杆，砂层可打设φ42锚管，角度超前且向下45°方向倾斜，并注水泥—水玻璃双液浆。待浆液固结后方可开挖中层，以防拱角流沙涌水引起坍塌。
（2）、中层施工：
　　中间预留核心土，两侧交错开挖后及时支护两侧边墙部位，并按向下45°的斜角打设迈式锚杆或φ42的注浆锚管注水泥—水玻璃浆液，然后再取中层预留核心土。
（3）、下断面施工：
　　下断面斜搓开挖，及时支护钢架，打设锚杆，挂网喷砼支护。然后在边墙部位打设φ42小导管并注浆，外插角30°，间距35cm。
　　两侧边墙条基及仰拱紧跟，确保及时封闭成环。
（4）、施工工艺流程：（附后页）
4、施工效果：

（1）、施工中克服大面积涌水困扰作业的局面。
（2）、克服施工中坍塌和涌水且支护下沉量控制在8～12mm以内，收敛控制在20mm以内。
（3）、施工后使大面积涌水转为个别点集中出水，便于衬砌施工的排水。
5、体会：
（1）、利用密排小导管结大管棚既能起到插板的支护作用，又能充分利用管棚作为地质超前探测，超前支护，超前引流导水，为小导管的注浆提拱条件。
（2）、在砂层、砂粘土层采用风动凿岩机施做超前小及管棚占用空间小，可投入机具多，施工效率高。
（3）、密排小导管注浆后能连成有效支护和止水壳体。既使出水量大，注浆效果差不能全部封闭，密排钢管能有效的防止流砂使管棚上形成空穴而使坍塌大管棚上方续继扩展。
（4）、将大面积涌水转为管棚口或个别部位集中出水，在管棚口或集口出水点接导水管改善了施工环境，尤其是冬季施工中。同时为下一步开挖、支护创造了条件，特别是保证了喷砼施工质量。
（5）、边墙部位支护钢架的锁定锚杆或锚管打设突出超前固结下方地层，有效的防止了中层和下断面开挖后边墙部位的坍塌，且减少了拱顶沉落量。
（6）、核心土的预留减小了开挖后隆底和周边收敛，引起拱脚流砂涌泥，并减少了汇水面积，使水向两侧分流便于施工排水处理。

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