厦深铁路莲花山隧道施工技术浅析
摘要：结合工程实例，介绍厦深铁路莲花山隧道施工技术，供同行参考借鉴。
关键词：隧道 断层 破碎带 支护施工
1 工程概况
莲花山隧道横穿莲花山，属低山丘陵地貌，地表起伏较大，进出口地面坡度30°～50°，植被发育。进口位于饶平县东镇新村，出口位于潮安县铁铺镇洪厝铺村，附近为县X086，交通方便。进口里程为DK174+123，出口里程为DK181+771，中心里程为DK177+947，全长7648m，隧道最大埋深245m。全隧道设无轨运输斜井两座。
本隧道DK181+618-DK181+718段通过V级围岩断层破碎带，岩体局部破碎，多为强风化碎块状，可见绿泥石化，为断层破碎带，致使围岩自稳能力极差，成型困难。根据围岩情况，结合施工生产要素及施工生产能力，按照“早预报、勤量测、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭”的施工原则，在拱部超前小管棚注浆预固结围岩的保护下，采用三部台阶法进行施工。拱部预留核心土，周边采用风镐开挖，核心土及中槽运用PC200挖掘机开挖。
2 施工方法
2.1 超前小管棚施工
2.1.1 工艺原理 在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。
2.1.2 小管棚及注浆设计 采用4.5m/根的Ф42mm小导管布设在拱部，外插角5°~7°，环向间距40cm，纵向2.4m/一环；压注1：1水泥浆液，采用425#普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量3～5％的40Be’水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。
2.1.3 施工要点
2.1.3.1 小导管加工4.5m／根的Ф42mm小钢管一端加工成尖锥形，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设Ф6mm的孔眼4排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。
2.1.3.2 小导管安设 如岩体松软，采用YT-28型风动凿岩机直接推送，如遇夹有坚硬岩石处，先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。
在施作小导管前应注意：第一，喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，为注浆作好准备工作；第二，准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差±15mm；第三，用线绳定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到设计的标准；第四，施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行，为提前注浆留好作业空间。
2.1.3.3 注浆 选用UB6型注浆泵注浆，采用浆液搅拌桶制浆。为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶。由于岩体孔隙不均匀，考虑风镐环形开挖的方便，同时要达到固结破碎松散岩体的目的，保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定，形成有一定强度及密实度的壳体，特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力，采取注浆终压(0.8～1.2MPa)和注浆量双控注浆质量，拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。通过现场试验确定拱脚终压为1.2MPa，拱腰范围为1.0MPa，拱顶为0.8MPa。注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。
2.2 开挖 为控制超欠挖及减少对围岩的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用风镐分台阶开挖，核心土及中槽均采用挖掘机开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为0.6～1.2m，边墙按钢拱架的两个单元分两个台阶施工，上下台阶相距2m，左右边墙错开2m。
2.3 初期支护
2.3.1 初期支护参数 系统锚杆3.5m／根，拱部为Ф25中空注浆锚杆，边墙为Ф22砂浆锚杆，纵向、环向间距为1.0m，梅花型布置；拱墙设I20b钢拱架，间距60cm，钢拱架拱脚设Ф42锁脚锚管，4m／根，每侧2根；挂Ф8双层钢筋网，网格尺寸为20cm×20cm，喷射混凝土厚28cm。
2.3.2 喷射混凝土材料
2.3.2.1 机具 喷混凝土采用Bz—5型混凝土喷射机，压力为0.2～0.4MPa。
2.3.2.2 水泥及细骨科 采用P.O425普通硅酸盐水泥；细骨料选用潮洲韩江砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。
2.3.2.3 粗骨科 采用规格为5～10mm的碎石，经试验检测指标均达到规范要求。
2.3.2.4 粘稠剂 选用STC型粘稠剂，经现场试验，最佳掺量为水泥用量的10％，3min初凝，6min终凝，而且可大量减少回弹量。
2.3.2.5 水灰比 水灰比过大、过小都会使混凝土回弹量增加，浪费大量的材料；经现场多次试验确定，水灰比为0.47的混凝土喷射效果最佳。
2.3.3 喷射混凝土 开挖后为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，必须先初喷混凝土3～5cm厚再封闭围岩；待钢拱架、系统锚杆及钢筋网安设好后，再喷混凝土10～12cm；最后在下一循环喷射混凝土时分两次喷射至设计厚度。
喷射作业分段、分片由下向上依次分层进行，每段长度为3m。喷头喷射方向与岩面偏角小于10°，夹角为45°；喷头至受喷面距离在0.6～1.0m之间，喷头呈螺旋形均匀缓慢移动，一般绕圈直径在0.4m为宜。
2.3.4 挂钢筋 钢筋网片采用Ф8圆钢，除锈处理后按设计加工成100cm×200cm的网片；挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留3cm作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射混凝土时不移动。
2.3.5 安装钢拱架 型钢除锈后按设计要求分节加工成型，钢拱架分节间通过钢板用螺栓联接。
2.3.5.1 钢拱架严格按设计间距架立。
2.3.5.2 为充分发挥钢拱架的承载能力，首先要求钢拱架必须垂直且与线路方向垂直；其次，架立拱部钢拱架时，严格控制左、右拱脚标高，以防拱架偏斜，影响与边墙钢拱架的圆顺连接或侵入衬砌厚度。
2.3.5.3 为方便拱部钢拱架与边墙钢拱架的连接，在拱脚连接处铺不小于20cm厚的粗砂或石屑。边墙钢拱架底部必须置于基岩上，以防下沉变形。
3 监控量测
开挖完成后，在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用Ф12圆钢加工而成，每根元件长46cm，锚入基岩内10cm，初期支护28cm，外露初支面8cm。水平收敛量测采用收敛仪进行观测。量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。量测点每隔5～10m布设1组。经量测，拱顶最大累计下沉量为10mm，水平最大累计收敛量为11mm。
4 结束语
通过对断层破碎带采用超前小导管棚预支护、人工环形及周边开挖技术和锚喷初期支护措施，且通过现场监控量测得出以下结论：
4.1 周边人工开挖可减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖。
4.2 超前小管棚注浆预支护，可以大量减少拱部围岩的掉块，保证了施工安全、质量和进度。
4.3 通过现场监控量测，将预留变形量由设计的15cm调至8cm。
关键词：隧道 断层 破碎带 支护施工
1 工程概况
莲花山隧道横穿莲花山，属低山丘陵地貌，地表起伏较大，进出口地面坡度30°～50°，植被发育。进口位于饶平县东镇新村，出口位于潮安县铁铺镇洪厝铺村，附近为县X086，交通方便。进口里程为DK174+123，出口里程为DK181+771，中心里程为DK177+947，全长7648m，隧道最大埋深245m。全隧道设无轨运输斜井两座。
本隧道DK181+618-DK181+718段通过V级围岩断层破碎带，岩体局部破碎，多为强风化碎块状，可见绿泥石化，为断层破碎带，致使围岩自稳能力极差，成型困难。根据围岩情况，结合施工生产要素及施工生产能力，按照“早预报、勤量测、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭”的施工原则，在拱部超前小管棚注浆预固结围岩的保护下，采用三部台阶法进行施工。拱部预留核心土，周边采用风镐开挖，核心土及中槽运用PC200挖掘机开挖。
2 施工方法
2.1 超前小管棚施工
2.1.1 工艺原理 在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。
2.1.2 小管棚及注浆设计 采用4.5m/根的Ф42mm小导管布设在拱部，外插角5°~7°，环向间距40cm，纵向2.4m/一环；压注1：1水泥浆液，采用425#普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量3～5％的40Be’水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。
2.1.3 施工要点
2.1.3.1 小导管加工4.5m／根的Ф42mm小钢管一端加工成尖锥形，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设Ф6mm的孔眼4排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。
2.1.3.2 小导管安设 如岩体松软，采用YT-28型风动凿岩机直接推送，如遇夹有坚硬岩石处，先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。
在施作小导管前应注意：第一，喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，为注浆作好准备工作；第二，准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差±15mm；第三，用线绳定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到设计的标准；第四，施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行，为提前注浆留好作业空间。
2.1.3.3 注浆 选用UB6型注浆泵注浆，采用浆液搅拌桶制浆。为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶。由于岩体孔隙不均匀，考虑风镐环形开挖的方便，同时要达到固结破碎松散岩体的目的，保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定，形成有一定强度及密实度的壳体，特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力，采取注浆终压(0.8～1.2MPa)和注浆量双控注浆质量，拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。通过现场试验确定拱脚终压为1.2MPa，拱腰范围为1.0MPa，拱顶为0.8MPa。注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。
2.2 开挖 为控制超欠挖及减少对围岩的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用风镐分台阶开挖，核心土及中槽均采用挖掘机开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为0.6～1.2m，边墙按钢拱架的两个单元分两个台阶施工，上下台阶相距2m，左右边墙错开2m。
2.3 初期支护
2.3.1 初期支护参数 系统锚杆3.5m／根，拱部为Ф25中空注浆锚杆，边墙为Ф22砂浆锚杆，纵向、环向间距为1.0m，梅花型布置；拱墙设I20b钢拱架，间距60cm，钢拱架拱脚设Ф42锁脚锚管，4m／根，每侧2根；挂Ф8双层钢筋网，网格尺寸为20cm×20cm，喷射混凝土厚28cm。
2.3.2 喷射混凝土材料
2.3.2.1 机具 喷混凝土采用Bz—5型混凝土喷射机，压力为0.2～0.4MPa。
2.3.2.2 水泥及细骨科 采用P.O425普通硅酸盐水泥；细骨料选用潮洲韩江砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。
2.3.2.3 粗骨科 采用规格为5～10mm的碎石，经试验检测指标均达到规范要求。
2.3.2.4 粘稠剂 选用STC型粘稠剂，经现场试验，最佳掺量为水泥用量的10％，3min初凝，6min终凝，而且可大量减少回弹量。
2.3.2.5 水灰比 水灰比过大、过小都会使混凝土回弹量增加，浪费大量的材料；经现场多次试验确定，水灰比为0.47的混凝土喷射效果最佳。
2.3.3 喷射混凝土 开挖后为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，必须先初喷混凝土3～5cm厚再封闭围岩；待钢拱架、系统锚杆及钢筋网安设好后，再喷混凝土10～12cm；最后在下一循环喷射混凝土时分两次喷射至设计厚度。
喷射作业分段、分片由下向上依次分层进行，每段长度为3m。喷头喷射方向与岩面偏角小于10°，夹角为45°；喷头至受喷面距离在0.6～1.0m之间，喷头呈螺旋形均匀缓慢移动，一般绕圈直径在0.4m为宜。
2.3.4 挂钢筋 钢筋网片采用Ф8圆钢，除锈处理后按设计加工成100cm×200cm的网片；挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留3cm作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射混凝土时不移动。
2.3.5 安装钢拱架 型钢除锈后按设计要求分节加工成型，钢拱架分节间通过钢板用螺栓联接。
2.3.5.1 钢拱架严格按设计间距架立。
2.3.5.2 为充分发挥钢拱架的承载能力，首先要求钢拱架必须垂直且与线路方向垂直；其次，架立拱部钢拱架时，严格控制左、右拱脚标高，以防拱架偏斜，影响与边墙钢拱架的圆顺连接或侵入衬砌厚度。
2.3.5.3 为方便拱部钢拱架与边墙钢拱架的连接，在拱脚连接处铺不小于20cm厚的粗砂或石屑。边墙钢拱架底部必须置于基岩上，以防下沉变形。
3 监控量测
开挖完成后，在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用Ф12圆钢加工而成，每根元件长46cm，锚入基岩内10cm，初期支护28cm，外露初支面8cm。水平收敛量测采用收敛仪进行观测。量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。量测点每隔5～10m布设1组。经量测，拱顶最大累计下沉量为10mm，水平最大累计收敛量为11mm。
4 结束语
通过对断层破碎带采用超前小导管棚预支护、人工环形及周边开挖技术和锚喷初期支护措施，且通过现场监控量测得出以下结论：
4.1 周边人工开挖可减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖。
4.2 超前小管棚注浆预支护，可以大量减少拱部围岩的掉块，保证了施工安全、质量和进度。
4.3 通过现场监控量测，将预留变形量由设计的15cm调至8cm。
