大步山隧道初支與防排水工程案例

【資料簡介】

　　大步山隧道是同（江）三（亞）國道主干線漳（州）詔（安）高速公路的重點控制工程之一，全長1988m。該隧道采用新奧法設計施工及復合式襯砌，初支與防排水是隧道施工過程中的重
　　
　　中之重，因此它的質量好壞對整個隧道質量來說尤為重要。
　　
　　1工程地質及水文地質概況
　　
　　大步山隧道以侏羅系南園組的火山巖--流紋質晶屑凝灰熔巖為主體，僅進口斜坡局部分布有燕山晚期侵入的花崗巖，兩者為侵入接觸關系。有六條斷裂帶與洞軸呈不同角度的斜交，其斷層破碎帶zui寬約20m，zui窄約0.5m，斷層與洞身部位圍巖類別構成及穩定性有較大關系，圍巖除斷裂帶附近及進出口部位類別為：II～IV類外，其于均為V類圍巖，但斷裂帶均未見活動形跡，場地構造相對穩定。
　　
　　大步山各條沖溝一般都有溪水常6E，這與上源局部段落的地下水溢出及源谷地地表水的積聚有關，地下水與地下斷層水有一定的水力關系。隧道區地下水主要富存于構造裂隙和構造破碎帶中，以大氣降水補給為主，對洞身水文有影響的F7、F7A、F8三條斷層破碎帶。本區地下水水質為低礦化度重碳酸鈣型，對混凝土無侵蝕性。隧道所處地理位置氣候溫暖濕潤，年平均氣溫約20℃，年降雨量約1712.5mm，zui大風速34m／s．隧道進出口段均為Ⅱ類圍巖，二襯全部采用C25防水混凝土，II類圍巖噴錨25cm，襯砌厚度50cm（本文僅對進口段II類圍巖進行闡述）。
　　
　　2初期支護
　　
　　大步山隧道開挖采取預留核心土的方法施工，超前小導管注漿，錨桿掛網，u型鋼，噴錨25cm混凝土相結合的施工方法。
　　
　　2.1開挖前支護
　　
　　超前小導管采用／950（5）的熱軋鋼管加工而成，長度5m，前端加工扁尖形，管身間隔20cm，布設梅花形直徑10溢漿孔，孔口端100cm不設溢漿孔，小導管環向布設間距為2根／m，沿隧遭縱向開挖輪廓線向外以5°～10°的外插角打入巖層，每循環間距2m（圖1、2）。用28型風鉆打孔，再用沖擊錘將小導管打入設計深度，然后，用高壓風清除管內雜物．小導管布置完后用速凝塑膠泥對導管口端進行封堵，并對掌子面初噴射混凝土進行封閉，噴射厚度5cm．待噴混凝土強度達到設計要求后再進行注30號水泥漿，注漿壓力0.75MPa。待水泥漿達到強度后，破碎圍巖間的作用力增大，圈巖的穩定性有很大提高，同時也起到了防水作用。

　　
　　2.2開挖后支護
　　
　　2.2.1材料選定
　　
　　水泥采用漳州中達水泥廠生產的p·032.5R普通硅酸鹽水泥．細集料為漳州虎頭潭河砂。粗骨料為隧道洞碴破碎而成5—15mm碎石，且符合設計規范要求．外加劑為山西生產的UNF一2A和KW，*摻量分別為1.5%和4%。水灰比經過多次現場試驗比選，認為當水灰比為0.45時效果*。
　　
　　2.2.2初噴混凝土
　　
　　采用具有回彈率小、粉塵少、混凝土均勻性好等優點的濕噴技術，可顯著提高錨噴支護的質量．噴射混凝土作業應符合下列要求：a.在噴射混凝土之前，使用高壓水或風將巖壁面的粉塵和雜物沖洗干凈：b．噴射中發現松動的石塊等及時清除；c.噴射作業應分段，分片按自下而上的順序進行，每段長度不大于6m；小根據設計厚度和噴射部位確定一次噴射厚度，初噴厚度一般不小于6cm；e．噴頭噴射方向與巖面偏角小于l0°，噴頭至受噴面距離控制在0.6～1.0m之內，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，一般繞圈直徑在30~35cm之內;f.適當分層噴射后一層噴射在前一層終凝后進行；若終凝時間過長，且初噴表面已蒙上粉塵時，受噴面用高壓氣體、水清洗干凈．巖石凹凸不平嚴重時，則結合初噴予以找平。
　　
　　2.2.3設置錨桿及掛網
　　
　　錨桿采用直徑5中空注漿錨桿，沿開挖輪廓線環向布置，環向間距lm，錨桿長度3.5m，每循環間距lm，用28型風帖打入巖層；在鉆眼施工完成之后．用高壓風清孔，將錨固劑先沾水充分濕潤后立即塞進鉆孔中．填充至孔深的2／3．用手風槍送錨桿充分入內，至錨固劑與錨桿緊密相貼即可．然后注入水泥砂漿，錨桿安裝后外露長度不超過10cm．鋼筋網片采用直徑6.5圓鋼，網眼尺寸20cmX20cm，須保證錨桿與網片焊接牢固．鋼筋網應隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面間隙小于3cm。
　　
　　2.2.4安設U型鋼支撐
　　
　　U25型鋼選用A3型16錳鋼現場或工廠彎制。鋼格柵選用直徑25螺紋鋼，腹筋選用直徑14螺紋鋼，并采用Ф10鋼筋作為箍筋。格柵斷面為20X20cm，每開挖0.5m，架設鋼格柵一榀；鋼支撐架設應本著“三項控制”的原則，即嚴格控制拱頂、拱腳標高和中線至兩拱腳的支距，使鋼支撐不傾斜．并便于上、下臺階鋼支撐的連接。在鋼支撐兩拱腳處墊25X25X5cm木板，增加連接板受力面積，井在兩側拱腳處各打5根Ф22鎖腳錨桿．鋼支撐架好后，焊Ф25縱向連接筋，使每榀鋼支撐互相連接形成整體。鋼架與圍巖應盡量靠近，留20~30mm間隙作混疑土保護層：鋼架與圍巖間隙過大時應設混凝土墊塊，本隧道選用25號模筑混凝土回填。鋼架應垂直于隧道中線，上下、左右允許偏差為±50mm，鋼架傾斜度不得大于2°。
　　
　　2.2.5復噴混凝土
　　
　　錨桿、網片、鋼格柵安設完畢后，復噴混凝土。噴射混凝土施工與初噴混凝土工序相同。本次噴射作業分4次進行，每次噴射混凝土厚度控制在6cm，每次間隔時間以10min為宜。
　　
　　3防排水
　　
　　隧道的水害是由洞內、外多種條件決定的，影響因素十分復雜，只有依靠綜合治理的辦法才能*病害，不留后患．總的治理原則仍然是“以排為主，防、排、截、堵相結合”。
　　
　　3.1洞內防排水
　　
　　3.1.1隧道開挖后排水
　　
　　隧道開挖后，先噴一層5cm厚混凝土，在出現裂縫并發觀滲漏水處沿裂縫及擬設Yas半圓管處，用7.5號砂漿抹干。在裂痕滲水處，沿裂縫每隔,40—50cm鉆一直徑為2cm深lm的排水孔，鋪上yas半圓管，用鋼射釘固定，井馬上低壓噴射2cm厚的速凝混凝土。把yas半圓管的出水端引入集水槽，集水槽縱向長度分為兩檔：當l一2根Yas半圓管共用一個集水槽時，其長度為40cm;當3～4根Yas半圓管共用一個集水槽時，其長度為60cm：多于4根Yas半圓管應另設集水槽，兩個集水槽凈間距應大于2m。完成上述工序后，繼續分層噴射混凝土至設計厚度，對各層中出現的滲漏水應按上述情況處理鋪設Yas半圓管．用橫向排水管將集水槽中的水引入隧道兩側的縱向主排水溝（圖3）。

　　
　　3.1.2復合式襯砌中間鋪設夾層防水層
　　
　　隧遭設計為封閉式防水。在澆注二襯混凝土之前，鋪設復合式EVA防水板．防水板拼接采用熱合機焊接，搭接長度為10cm，控制好熱合機的溫度和速度，避免漏焊和過焊，焊縫寬度l0cm;對接頭做水巒性實驗，質量標準為在0.2MPa水壓下24h無滲漏現象。鋪設防水板之前要清除初期支護表面外露的鋼筋頭、錨桿頭及噴混凝土尖角，避免在施工時損壞防水板。對噴射混凝土表面凹凸起伏較大處（凹凸不平面跨深比大于1／6）予以噴補，確保表面平順。防水板鋪設順序是先拱頂后邊墻，環向松弛率控制在10%～15％，縱向松弛串控制在6%～8%，并根據表面的平整度適當調整．二次襯砌混凝土澆筑中對工作縫、伸縮縫、沉降縫采用了環向橡膠止水帶．個別嚴重滲漏水將采用雙層止水帶。
　　
　　3.1.3防水混凝土提高抗滲能力
　　
　　二次襯砌混凝土強度為C25，其抗滲標號控制為S8。為此，在混凝土配合比方面首先把住了關，其次在施工現場對混凝土進行充分震搗、拌和措施。
　　
　　3.1.4隧道路面排水
　　
　　隧道排水方式為兩側排水．在兩儒J預埋直徑25cm雙壁打孔波紋管，每隔20m設置一個沉砂井．沿縱向每8m設一道橫向MFI塑料盲溝，縱橫向排水管用三通連接（圖4）。

　　
　　3.2洞外排水
　　
　　根據隧道進口地質水文情況．在隧道頂部距洞口100m處設置了截水溝，雨季時可將山上地表徑流引向天然河道；在距洞口5m處設置了天溝，它的截水溝不能滿足要求時，可將流水*引入天然河道。截水溝、天溝均為M10漿砌片石．并且在基礎底部鋪筑土工布和防水板，以防滲漏。嚴禁洞外水流向隧道內。在隧遭口處，將洞內的水引入隧道外的天然河道，使隧道內、外的防排水形成完整體系。
　　
　　4體會
　　
　　大步山隧道洞口段圍巖節理發育，水平層面薄且破碎，裂隙中富含積水。我們及時采用超前小導管注漿，錨桿掛網，U型鋼支撐，噴錨25cm混凝土相結合初期支護手段，使開挖順利完成。初期支護只是一種臨時支護，但二次襯砌施工必須在監控量測結果符合規范的條件下及時完成，以確保施工安全。
　　
　　工程界早有“十隧九漏”之說，可見治水方案設計和施工是一較為普遍的難題，隧道漏水給行車安全，隧道本身的穩定和工程的社會經濟效益帶來嚴重的負面影響．大步山隧道的治水方案從目前實施后的效果來看，比較經濟、易行、有效，給我們以后隧道排水設計提供了有益的借鑒和參考。