穿越斷裂帶地質(zhì)的隧道洞門挖掘施工技術(shù)
作者：張春亮 （中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司， 江蘇 無錫 214028）時(shí)間：2022-01-25
摘 要 ：位于四川省綿陽市高川鄉(xiāng)二郎村境內(nèi)的新建成都至蘭州鐵路 CLZQ-5 標(biāo)躍龍門隧道 1# 斜井，其穿越地質(zhì)情形特 別復(fù)雜的龍門山斷裂帶，該地區(qū)的地質(zhì)情況極為復(fù)雜，呈現(xiàn)出典型的“四極三高”特征，即地形切割極為強(qiáng)烈、構(gòu)造條件 極為復(fù)雜活躍、巖性條件極為軟弱破碎、汶川地震效應(yīng)極為顯著 ；屬于地質(zhì)條件十分復(fù)雜的艱險(xiǎn)山區(qū)。躍龍門隧道 1# 斜 井的洞門施工，克服種種不利條件，為鐵路工程單位惡劣地質(zhì)條件下的隧道洞門施工提供了寶貴的驗(yàn)。
關(guān)鍵詞 ：隧道 ；山區(qū) ；惡劣地質(zhì)條件 ；洞門施工
中圖分類號(hào) ：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A 文章編號(hào) ：2096-6903(2021)04-0039-02
1 工程概況
成蘭鐵路躍龍門隧道 1# 斜井位于四川省綿陽市安縣 高川鄉(xiāng)二郎村境內(nèi)，正線里程 D2K093+600 右 900 m， 距斜井洞口直線距離約 200 m。由生活區(qū)及生產(chǎn)區(qū)（拌 和站、鋼筋場(chǎng)）組成。
氣象、水文及地質(zhì)情況。測(cè)區(qū)內(nèi)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣 候區(qū)，春季冷空氣活動(dòng)頻繁，氣溫回升不穩(wěn)定，常有春、 夏旱發(fā)生，盛夏多暴雨，有洪澇天氣發(fā)生，秋季氣溫下降 快，常有連陰雨天氣出現(xiàn)。多年平均降水量 1 053.2 mm， 年最大降水量為 1 421.4 mm，最少降水量為 608.7 mm， 降水的季節(jié)分配極不均勻。雨季月份為 5 ～ 9 月。地表 水受降雨控制明顯，雨季流量大，枯水季節(jié)水量小或干 涸。流域內(nèi)支流呈樹枝狀分布，支流發(fā)育。
2 施工難點(diǎn)及洞門開挖方案的確定
2.1 施工難點(diǎn)
工程區(qū)緊鄰龍門山中央斷裂，距離約 900 m，龍門山 中央斷裂全長約 500 km，總體走向 N40o ～ 60oE，傾向 NW，傾角 60o ～ 80o。為逆沖兼右旋走滑性質(zhì)，破碎帶 寬度一般在 30 ～ 200 m。是貫穿于整個(gè)龍門山中部的一 條“深大斷裂”，亦是“5 · 12”汶川特大地震的發(fā)震構(gòu)造。
鸚哥嘴泥石流 ：位于 1# 斜井進(jìn)口段，距離臨建生 活區(qū) 300 m，溝縱深 1.5 km，寬 10 ～ 15 m，坡降比 約 3.5%，相對(duì)高差 800 m，堆積區(qū)較寬緩，主要物質(zhì) 來源為“5 · 12”地震產(chǎn)生的松散堆積物，該泥石流曾 在 2010 年 大 規(guī) 模 暴 發(fā)， 沖 出 堆 積 物 厚 2 ～ 3 m， 受 “5 · 12”地震影響，上方還有大規(guī)模松散物質(zhì)存在，在 暴雨等條件誘發(fā)下，還可能再度爆發(fā)。鸚哥嘴泥石流具 體圖片如圖 1 所示。
2.2 洞門開挖方案的確定
堅(jiān)持“嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱震動(dòng)、強(qiáng)支護(hù) [1]”的原 則，軟弱圍巖、斷層破碎帶隧道施工時(shí)，認(rèn)真落實(shí) ：“三 超前、四到位、一強(qiáng)化”施工技術(shù)措施。綜合因素考慮， 躍龍門隧道 1# 斜井洞口導(dǎo)向墻施做采用大管棚導(dǎo)向墻開 挖施做方案。
3 施工工藝及流程
3.1 大管棚施工工藝
3.1.1 施作護(hù)拱
管棚的導(dǎo)向管即為孔口管，管棚的施作質(zhì)量受到孔 口管安放的平面位置、傾角、外插角準(zhǔn)確度的影響。孔 口管規(guī)格 ：熱軋無縫鋼管，外徑 114 mm，壁厚 5 mm。 設(shè)定原理為 ：使用坐標(biāo)法利用經(jīng)緯儀在工字鋼架上確定 出它的平面位置 ；再利用坡度板外加水準(zhǔn)尺確定孔口管 的傾角 ；孔口管的外插角最后用前后差距法來確定。
3.1.2 搭設(shè)鉆孔平臺(tái)及布置鉆機(jī)
（1）用質(zhì)量較好的鋼管腳手架搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，保證 鉆機(jī)能夠由高孔位向低孔位進(jìn)行鉆孔。（2）平臺(tái)所選擇 的地基要穩(wěn)固，決不能使用松軟地基。腳手架搭設(shè)要穩(wěn) 固、安全，以防止在鉆孔過程中，鉆機(jī)產(chǎn)生不均勻沉降、 晃動(dòng)而影響鉆孔質(zhì)量。（3）鉆機(jī)就位 ：精確核定鉆機(jī)位 置，用掛線、經(jīng)緯儀、鉆桿導(dǎo)向等相補(bǔ)充的方法，最終 保證鉆機(jī)的鉆桿軸線與孔口管軸線相重合。
3.1.3 鉆孔
（1）剛開鉆時(shí)，先低壓、低速，待成孔 10 m 后可根據(jù)具體地質(zhì)情況逐步調(diào)整風(fēng)壓、鉆速。（2）在鉆進(jìn)過 程中，要經(jīng)常利用測(cè)斜儀測(cè)定其位置，根據(jù)鉆桿的鉆進(jìn) 狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量。（3）保證鉆桿鉆進(jìn)過程中動(dòng)力器、 扶正器、合金鉆頭以同心圓的形式鉆進(jìn)。（4）做好施鉆 過程中的原始記錄并認(rèn)真填寫，及時(shí)對(duì)鉆進(jìn)過程中的巖 質(zhì)進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述，并作為后續(xù)洞身開挖時(shí)的地質(zhì) 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。（5）鉆頭直徑采用 φ108 mm 大小。
3.1.4 清孔和驗(yàn)孔
（1）用鉆桿及鉆頭反復(fù)、及時(shí)的掃孔，清除多余沉 渣，確保孔徑、孔深符合設(shè)計(jì)要求。（2）使用人工高壓 風(fēng)槍從孔底向孔外清理鉆渣。（3）用紅外線測(cè)距器、經(jīng) 緯儀、測(cè)斜儀檢測(cè)孔深、傾角、外插角。
3.1.5 大管棚鋼管的安裝
（1）鋼管（外徑 108 mm，壁厚 6 mm）采用鋼花管 上鉆孔，呈梅花型布置，孔徑 10 mm，孔間距 15 cm[2]。 管頭焊成圓錐形，便于入孔。導(dǎo)管施做范圍及管距 ：環(huán) 向間距 40 cm、單線斷面施做范圍 α 為拱部 120°。（2） 棚管鋼管的頂進(jìn)采用裝載機(jī)與管棚鉆機(jī)相配合的方法， 用裝載機(jī)在人工配合下頂進(jìn)鋼管。
3.2 注漿
（1）有孔鋼花管安裝完畢后，放入鋼筋籠，最后向 孔內(nèi)注漿，注漿液由 ZJ-400 高速制漿機(jī)拌制。并用注漿 機(jī)將砂漿注入管棚鋼管內(nèi)。初壓 0.5 ～ 1.0 MPa，終壓 2 MPa，持壓 15 min 后停止注漿。由于圍巖破碎，地 下水發(fā)育，為調(diào)凝需要，部分采用水泥―水玻璃雙液漿。 （2）單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn) ：1）注漿壓力逐漸升高，當(dāng)達(dá)到 設(shè)計(jì)終壓并穩(wěn)定 10 min ；2）注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量 的 80% ；3）進(jìn)漿速度為開始進(jìn)漿速度的 1/4。
4 勞動(dòng)組織
管棚加工作業(yè)工人 4 人，鉆機(jī)操作工人 2 ～ 3 人， 鋼管頂進(jìn)作業(yè)工人 6 人，注漿作業(yè)工人 5 人，雜工 3 人。
5 設(shè)備機(jī)具配置
50 裝載機(jī) 1 輛、成孔用鉆機(jī) 1 臺(tái)、空氣壓縮機(jī) 2 臺(tái)、 注漿機(jī) 2 臺(tái)、ZJ-400 高速制漿機(jī) 1 臺(tái)、振動(dòng)棒 4 個(gè)、型 鋼彎曲機(jī) 2 臺(tái)、切割機(jī) 2 臺(tái)、弧焊機(jī) 3 臺(tái)、砼罐車 2 輛、 鋼模、木模若干。
6 質(zhì)量控制
控制項(xiàng)目詳如表 1 所示。
7 安全及環(huán)保要求
7.1 安全要求
大管棚必須在洞身開挖前完成。腳手架搭設(shè)及鉆機(jī) 平臺(tái)設(shè)置應(yīng)選址在較穩(wěn)固的地基上。在軟弱圍巖地段施 做時(shí)，為了保證施作過程的安全性，適當(dāng)施做噴錨支護(hù)， 用以穩(wěn)定周邊松散圍巖來進(jìn)行開挖。
7.2 環(huán)保要求
隧道施工中產(chǎn)生的污水要事先處理后再進(jìn)行排出， 決不能肆意亂排。正確做法是 ：首先對(duì)污水進(jìn)行化學(xué)處 理還原，然后排入多級(jí)沉淀池進(jìn)行沉淀過濾，去除有害 物質(zhì)后，再排出或者循環(huán)利用。
8 結(jié)語
由中鐵十九局六公司施工的新建成都至蘭州鐵路躍 龍門隧道 1# 斜井，本著科學(xué)設(shè)計(jì)、精心施工的理念，誠 意建造一支精品鐵路，為大山深處人民方便出行、脫貧 致富做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也為復(fù)雜地質(zhì)狀況下的鐵路隧道 挖掘積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉清花.城軌隧道下穿既有立交橋基礎(chǔ)施工技術(shù)[J].鐵道建筑 技術(shù),2016(5):64-67.
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[J].鐵道建筑技術(shù),2016(5):52-56.
Construction Technology of Tunnel Gate Excavation through Geological Fracture Zone
ZHANG Chunliang
(China Railway 19th Bureau Group Sixth Engineering Co., Ltd., Wuxi Jiangsu 214028)
Abstract: Located in Erlang village, Gao Chuan township, Mianyang city, Sichuan province, the 1# inclined shaft of Yuelongmen tunnel of CLZQ-5 contract of Chengdu-Lanzhou railway, which is a newly-built railway, passes through Longmenshan fault zone with extremely complex geological conditions. The geological conditions in this area are extremely complex, showing typical characteristics of "four poles and three highs", namely, the terrain cutting is extremely strong, the structural conditions are extremely complex and active, the lithologic conditions are extremely weak and broken, and the Wenchuan earthquake effect is extremely significant. It is a dangerous mountainous area with complicated geological conditions. The tunnel portal construction of No.1 inclined shaft of Yuelongmen tunnel overcomes various unfavorable conditions and provides valuable experience for tunnel portal construction of railway engineering units under severe geological conditions.
Keywords: tunnel; mountainous area; severe geological conditions; portal construction