高速铁路长大隧道仰坡危岩体综合处理施工技术研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０１８９０３・隧道／地下工程・高速铁路长大隧道仰坡危岩体综合处理施工技术研究孙金章（中铁十六局集团第五工程有限公司河北唐山０６４０００）摘要：以西成客专大庄坪隧道仰坡危岩群处置施工为背景，重点介绍了高速铁路长大隧道仰坡危岩体处理的施工技术。对施工过程中的关键技术进行了探讨，包括复杂地质条件大直径长锚杆施工、松散下基层预应力锚索注浆、张拉控制、水泥浆泵送技术、松散坡面表层土体的注浆加固、山地物流运输组织等关键施工技术，通过这些技术研究实现了危岩体处理工期提前１３ｄ、质量验收一次通过的良好结果。这对西成客专安全开通运营具有重大意义，对关中地区，乃至秦岭山脉范围内隧道仰坡整治具有一定的借鉴作用。关键词：高速铁路长大隧道仰坡危岩体处理中图分类号：Ｕ４５５．４文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１８．Ｓ２．０４９ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＭａｓｓａｔｔｈｅＦｒｏｎｔＳｌｏｐｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＤａｎｇｅｒｏｕｓＲｏｃｋｏｆＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌＳｕｎＪｉｎｚｈａｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１６ｍＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＦｉｆｔｈＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｐｏｓｉｎｇｔｈｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｒｏｃｋｇｒｏｕｐａｔｔｈｅｆｒｏｎｔｓｌｏｐｅｏｆｔｈｅＤａｚｈｕａｎｇｐｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉｎｔｈｅ’—ＸｉａｎＣｈｅｎｇｄｕＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙａｓａｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｒｅａｔｉｎｇｔｈｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｒｏｃｋｍａｓｓａｔｔｈｅｆｒｏｎｔｓｌｏｐｅｏｆｔｕｎｎｅｌｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｂｅｓｉｎｔｏｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｌｏｎｇａｎｃｈｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｇｒｏｕｔｉｎｇｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄａｎｃｈｏｒａｇｅｃａｂｌｅｕｎｄｅｒｌｏｏｓｅｂａｓｅ，ｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｐｕｍｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｅｍｅｎｔｓｌｕｒｒｙ，ｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｆｏｒｌｏｏｓｅｓｌｏｐｅｓｏｉｌｓｕｒｆａｃｅ，ｍｏｕｎｔａｉｎｌｏｇｉｓｔｉｃｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈ，ｗｅｈａｖｅａｃｈｉｅｖｅｄｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓｔｏｄｅａｌｔｈｅｍａｓｓ１３ｄａｈｅａｄｏｆｓｃｈｅｄｕｌｅａｎｄｐａｓｓｅｄｑｕａｌｉｔｙｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｔｏｎｅｔｉｍｅ．Ｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆ’—ＸｉａｎＣｈｅｎｇｄｕＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙ．ａｎｄｉｔｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｉｓｐｏｓｉｎｇｔｈｅｔｕｎｎｅｌｆｒｏｎｔｓｌｏｐｅｉｎＧｕａｎｚｈｏｎｇａｎｄＱｉｎｌｉｎｇｍｏｕｎｔａｉｎｓａｒｅａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ；ｌｏｎｇｔｕｎｎｅｌ；ｄａｎｇｅｒｏｕｓｒｏｃｋｍａｓｓｏｎｔｈｅｆｒｏｎｔｓｌｏｐｅ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ１前言大庄坪隧道位于北秦岭褶皱带北部，华北古陆与扬子古陆两大陆合接带北缘，经多次构造活动的影‘响，其内部组成与构造变形十分复杂１｜。地貌上属秦岭低中山区，地形起伏较大，山体自然坡度约为５０。～——收稿日期：２０１８０３０９作者简介：孙金章（１９８５一）．男，工程师，主要从事土木工程建筑施工与科研工作。６００，山体相对高度约６００ｍ。山坡坡面为混合片麻岩夹角闪岩地层，岩体节理发育，局部岩体风化松动，形成多处危石群，坡面有剥落碎石的可能。针对此次危石处理，总结出了长大隧道仰坡危岩体综合处理施工技术，施工快捷、安全高效，能有效控制危岩体变形，节约工期，保证高速铁路运营安全。２工程概况西成客专大庄坪隧道进口位于陕西省户县，穿铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｔ增２）１８９万方数据・隧道／地下工程・越著名的秦岭山脉，区内不良地质类型多，分布广，规模大，工程处理量大。该洞口仰坡区域原设计为高强度主被动网防护，后经危岩体整治风险评估，发现危岩体易在地表水和根劈或地震作用下，发生倾倒破坏。主被动网对体积较大落石（大于５．０ｍ３）或崩塌防护能力不足。变更方案为，将风险较高的五处（１＃、３＃、６＃、８＃、５＃）危岩群，通过施作长锚杆、预应力锚索、钢花管注浆、裂缝灌浆、活石处理等措施，加固仰坡坡面（如图１所示）。３工程特点与难点鳃飘黑雳。。∥咽。。，。麇１．．三。ｉ：虹拉，水泥浆泵送，坡面松散表层土体的注浆加固。表１危岩及危岩体失稳风险等级划分风险等级危岩体编号接受准则控制对策４＃危石群需采取风险防控措施，严格日常Ⅱ可接受７＃危石群安全生产管理，加强现场巡视ｌ桅石群必须采取措施降低风险，降低Ⅲ５＃危石群不期望风险的成本不宜高于风险发生６＃危石群后的损失３＃危石群必须要高度重视，采取切实可Ⅳ不可接受行的规避措施同时加强监测，８＃危石群否则要采取必要措施将风险至少降低到不期望的程度［２］图１要成多烹夸譬？隧道４工程技术难点及需要解决的问题进口危岩群分布３．１工程规模大且地质情况复杂多样五处危岩群处置面积约１４８００ｉｎ２，实际垂直高差达４８０ｍ。设计主要工程量：２Ｘ由２８ｍｍ锚杆３４２２．９ｍ／３５２根；５×＋１５．２ｍｍ锚索１５２１ｍ／７８根；＋５０ｍｍ钢花管９６００ｍ／８００根；水泥浆４０００ｍ３；封锚混凝土１５．２∽ｍ３。需施钻０ｍｍ孔１３１８２．９ｍ／１１５２’个，施钻１｝１３０ｍｍ孔１４１９．６ｍ／７８个。搭设施工脚手架达１５０００ｍ２。地质条件恶劣，锚杆施工部位大部分以角闪岩、块石土为主。处理过程中，卡钻问题严重，成孔—率低，钢花管垂直施工部位地表土覆盖层４８ｍ不等，塌孔现象严重。３．２有效施工时间短，施工组织难度大当地７月正值雨季，西成客专正紧锣密鼓开展联调联试，开通日期就是关门工期，有效施工时间被严重压缩。同时集中了高大坡面大直径长锚杆安装、预应力锚索张拉，大面积松散山体花管钻孔、加固，注浆、砼预制、运输，物资机具设备运输等施工难点，对项目在劳动力组织、设备配置、材料供应、物流组织和工期安排上提出了极高的要求。３．３技术要求高，安全风险大西成客专设计时速３５０ｋｍ，动车组运行过程中，任何坠落物都有可能造成灾难性后果，岩体风化程度高，倾倒坍塌几率大（见表１）。技术难点主要体现在营业线大直径长锚杆施工，锚索锚固、张１９０铁道建筑技术４．１高大坡面大直径长锚杆施工技术研究该处仰坡基岩为混合片麻岩夹角闪岩，坡面覆盖层以块石土为主，遇水自稳性差，钻进过程中及成孔后易发生塌孔、缩径现象，因此需要解决钻孔的施工难题。根据地质条件，选用了潜孔钻成孔，这又带来施工钻机重量大，山地作业人工移位，运输困难的问题。综合上述各方面的问题，如何进行复杂地质条件下的钻机选型、钻孔工艺和施工转运平台的设计，同时确保营业线行车安全成为施工的关键工艺和关键技术。４．２松散下基层预应力锚索锚固、张拉控制技术研究通过在钻孔过程中对地质状况的分析，发现锚固段地质复杂，锚固段施工质量和张拉过程中控制地表变形是难点。设计方案中要求锚固段均为１０ＩＴＩ，锚索—自由段长度第排６ｍ、第二排８ｍ、第三排１０ｍ，锚固段长度和张拉值控制是锚固效果达到预期的关键。４．３水泥浆超高泵送技术本工程山高、地势陡峭，制备水泥浆的原材料运输和存储场地、搅拌场地受限，如果按照以往施工经验，采用人海战术、遍地开花，一是空间有限，二是水泥浆质量无法保证。通过市场调研、考察，要达到设计要求的出口注浆压力保持在０．１～０．２ＭＰａ，传统隧道注浆设备根本无法满足要求。而且主要工程—量都集中在５＃危岩群，５＃危岩群的５４区域相对洞口高差达３２０ｍ，钢花管的中心区也在２６０ｍ左右，如何解决水泥浆供应，是施工时必须解决的关键问题。４．４坡面松散表层土体的注浆加固技术研究由于注浆面积大，地质松散，水泥浆流失是不ＦＬＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣ丁ｆＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８Ｉ增２ｌ万方数据・隧道／地下工程・可回避的问题，如何在雨期迅速完成坡面松散体加固、把流失量控制到最低，实现工期目标，节约材料成本。经反复讨论研究，准确确定注浆间隔时间和科学合理的注浆方法是解决该问题的关键。４．５山地物流运输组织研究通过对隧道仰坡五处危岩群的实地踏勘，施工便道必须人工开辟，作业人员尚且需要借助绳索才能攀爬至作业面，架子管、钻机设备、锚杆、锚索和钢花管等施工物资，在洞口附近的危岩体处理勉强可以采取人工搬运，高处根本无法实施，材料设备供应是最大的困难，工期后门已关死，科学合理的物流运输组织至关重要。５实施方案及取得的关键技术５．１高大坡面大直径长锚杆施工技术五处危岩群共施作锚杆３５２根，每根锚杆采用２根担８ｍｍＨＲＢ４００钢筋点焊并联制作，钻孔直径９０ＩＢｍ，钻孔深度１０．２ｎｌ，采用风动钻进，高压风清孔。５．１．１长锚杆施工技术根据危石群处理范围放样，用５０ｉｎ和５Ｉｎ钢尺测量，再用红油漆标示出每个锚杆孔的位置，确定钻机的倾角，误差不超过±２０。倾角方向垂直于节理裂隙面。成孔后尽快安装锚杆。锚杆采用手拉葫芦加绳索辅助的方法，提升至孔口安装。水泥浆采用灰浆搅拌机搅拌，加适量早强剂和膨胀剂，注浆泵泵送至孔口，水泥浆搅拌时间不能少于２ｍｉｎ，外加剂在搅拌时间过半后加入【３ｊ。注浆采用返浆法，将注浆管插入孑Ｌ内距孔底约Ｏ．４Ｉｎ处ＨＪ，在孔口绑扎封孔袋，注浆压力不低于０．２ＭＰａ，以确保锚杆与孔壁之间注满水泥浆¨Ｊ，注满后停止２０ｍｉｎ再进行二次加压注浆。待孔内净浆强度达到设计强∞度的７０％后进行锚头施工Ｊ。在洞顶３＃和左上方１＃危岩群施工中，设现场专职防护员２人，与驻站联络员通过手持Ｇ网手机联络。确保动检列车在上行车站（阿房宫站）、下行车站（新场街站）发车前，驻站联络员通知现场防护员，现场防护员通知现场施工负责人，指挥作业人员加固机具设备，并撤至红线以外。确认当次列车通过后再组织进场施工。当天天窗施工结束后，及时清理现场彩条布及杂物，并详细检查，做到工完料清。确认无任何遗漏后通知驻站联络员消点¨Ｊ。彩ｅ道建笳技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ５．１．２潜孔钻跟套管技术岩体节理裂隙发育，在潜孔钻钻进过程中，裂隙与钻头的切口处的薄弱岩块，极易在钻头风动钻进的受力状态下脱落，并在回收钻杆时卡住钻头，严重制约施工进度。项目部通过分析出现卡钻的深度，角度情况，根据角闪岩地质的岩土力学特性，经多方案比选，最终确定采用ＳＫＤｌ００型电动潜孔钻机（钻杆转—速０１１０ｒ／ｍｉｎ），并采用了跟套管施工技术，在后续施工中达到了较好的效果，提高了单孔进尺指标。５．１．３钻机钻孔平台搭设为了保证支架搭设可靠、稳定，采用钢管为Ｍ８Ｘ３．２ｍｍ铸铁管，扣件为直角和旋转扣件，双排搭设。支架立杆长度根据危岩体处理高度确定，距坡面分别是０．２ｍ、１．７ｉｎ，间距１．５ｍ；水平杆长度根据危岩体长度确定，横杆垂直于坡面，立杆与水平杆步距为１．５ｍＸ１．８ｉｎ。立杆采用同心套管连接，水平杆、横杆用扣件连接固定；立面设置剪刀撑，保证支架稳定性。将钻机基座先与１．２ＩｎｘＯ．４ｉｎ矩形钢管底座焊接牢固，施钻前将钻机底座钢管与支架双层水平杆分别用直角扣件可靠连接，形成简易钻孔平台。此平台安装、拆除简单快捷，极大提高了钻机周转效率。５．２松散下基层预应力锚索注浆、张拉控制技术注浆采用二次压力注浆法，首次为锚固段注浆，使用花管底部注浆法旧Ｊ，在锚固段端头安装止浆袋，注浆压力设置为０．５ＭＰａ，水泥浆强度Ｍ４０，注浆水灰比为Ｏ．４５～０．５５旧Ｊ。导气管外部预留一定的长度，２０ｍｉｎ后补浆一次。在锚固段强度达到设计强度后进行张拉，采用千斤顶，安装好支承座及锚垫板，并保证各段平直。张拉前先施加１／１０的锚拉力，使各部紧固密贴、钢绞线平直，保证张拉效果ｕ０Ｉ。张拉锁定后，如有明显预应力损失，进行补偿张拉【１１｜。本部分的关键技术：精确控制锚固段长度，及时补浆，五级张拉力通过油表度数与伸长量双指标控制，张拉过程中加强对张拉区域山体变形进行监控量测。５．３水泥浆超高泵送技术注浆高度高，工程量大，经多次专家论证，方案修订，在全国范围内进行设备选型，项目团队最后确定了采用ＺＪＢ／ＢＰ一５５型变频高压注浆泵，该设备（下转第１９６页）２０１８ｌ增２）１９１万方数据・隧道／地下工程・—２００９，５（ｓ２）：１６０８１６１１．王梦恕．中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题—及发展思路［Ｊ］．隧道建设，２０１４，３４（３）：１７９１８７．张凤祥，朱合华，傅德明．盾构隧道［Ｍ］．北京：人民—交通出版社，２００４：５４５６．∥竺维彬，鞠世健．广州复合地层与盾构施工技术［ｃ］上海土木工程学会，上海隧道工程股份有限公司．大——直径隧道与城市轨道交通工程技术２００５上海国际隧道工程研讨会文集．上海：同济大学出版社，—２００５：１７６１８４．宋天田，周顺华．复合地层条件下盾构刀盘设计研究—［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００７，３（３）：４７９４８２．李俊伟，李丽琴，吕培印，等．复合地层条件下盾构选型的风险分析［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００７，３（上接第１９１页）额定功率５５ｋＷ，最高输出压力３０ＭＰａ，吸入管直径５０ｍｍ，排出管直径２５ｍｍ，配备ＮＪ６００型泥浆搅拌机，每分钟最大流量达１１４Ｌ。注浆高度实测达到了５００ｍ。将注浆泵安装于隧道进口外侧桥下，沿山势人工敷设注浆管，成功解决了注浆难题。５．４坡面松散表层土体注浆加固技术钢花管注浆施作面积大，前期按照施工顺序分区域，同步施工，水泥浆流失严重，出现花管注浆无法灌满的情况。经邀请铁道科学研究院专家实地“勘察后，调整了施工顺序，确定了锁定周边，先下”后上的原则，重新做了施工组织调整，成效显著。避免了水泥浆大量流失，保证了山体锚固施工质量，加快了施工进度。５．５山地物流运输组织项目部积极深入调研，发现索道运输是一种方便快捷的运输手段，但紧邻铁路营业线，作业面积大，山势陡峭，索道如何布设的问题又出现了。经过反复登山实地勘察，测距、定线，计算最大载重量、单位时间运输量。最终确定了节约空间、上下兼顾的三套索道安装方案，能在有限空间内保证铁路运营安全距离，一索多用、主要是包括索道卷扬机功率，主绳直径、回绳直径及长度，上锚点和下锚点位置、线路走向、卸料平台设计及位置选定等。本部分的关键技术：复杂施工环境下运输索道的设计安装与应用。索道的应用加快了物流运输，保证了工期。１９６铁道建筑技术—（Ｓ１）：１２４１１２４４．［７］王晖，竺维彬，李大勇．复合地层中盾构掘进的姿态—控制［Ｊ］．施工技术，２０１１，４０（１９）：６７６９．［８］吴起星，安关峰，周小文，等．软硬复合地层中盾构掘进刀盘受力分析与计算［Ｊ］．土木工程学报，２０１５—（Ｓ２）：３２１３２６．［９］王贺昆．城市地下隧道盾构空推过矿山法段施工技术—［Ｊ］．土工基础，２０１６（３）：３７５３７９．［１０］古力．盾构机破碎孤石条件及预处理方法［Ｊ］．隧道—建设，２００６，２６（ｓ２）：１２１３．［１１］杨志刚．盾构过上浮基岩、孤石预处理对策［Ｊ］．隧道—建设，２０１２，３２（４）：５５７５６０．［１２］吴腾芳，王凯．微差爆破技术研究现状［Ｊ］．爆破，—１９９７（１）：５３５７．６结束语结合该项目施工特点，通过对大直径长锚杆、锚索锚固张拉、水泥浆泵送技术、大面积山体表层注浆，山地物流运输等方面进行研究，成功突破了全部重难点工程，保证了施工的安全、质量，同时节约了工期。参考文献［１］张波．木寨岭隧道板岩变形机理研究［Ｊ］．铁道建筑，—２０１４（５）：５７５９．［２］彭建华．港口工程施工安全风险评估［Ｊ］．中国港湾建—设，２０１６，３６（１０）：２０２５．［３］何攀．水泥搅拌桩施工技术在软基加固中的应用及质量控制［Ｊ］．江西建材，２０１７（１０）：１４８．［４］吴世义．某基坑边坡支护施工措施分析［Ｊ］．建筑，—２０１１（１）：６８６９．［５］徐斐．深基坑边坡支护中锚喷技术的应用［Ｊ］．甘肃科—技，２００８（７）：１２２１２３．［６］张育松．隧道试验段锚索工艺性施工技术［Ｊ］．建筑，—２０１６（６）：７３７４．［７］庄乾涛．复杂地质环境营业线隧道渗水漏水原因分析—与治理技术研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１７（９）：８１８３．［８］王运枝．极破碎区域大断面巷道的掘进方法［Ｊ］．现代—矿业，２０１１，２７（１１）：９４９６．［９］周麟飞．扩大头锚杆技术在深基坑工程施工中的应用—［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１５（３１）：４２４３．［１０］黄艺辉．压力分散型预应力锚索张拉工艺及质量控制—［Ｊ］．交通世界（建养・机械），２０１３（１１）：１９０１９２．［１１］姜慧兵．电气化铁路四线桥上硬横跨支柱处下锚施工—技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１１）：９１９４．ＲＡＩＩ．ＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１８（ｔｉｌ２ｌ１ｊ１Ｊ１Ｊ２３４５６ｒ｝ｒＬｒＬ万方数据