隧道復(fù)雜破碎巖層超前管棚施工關(guān)鍵技術(shù)研究

多裂隙地層淺埋隧道施工中，大管棚設(shè)計(jì)的采用十分常見(jiàn)。大管棚支護(hù)是隧道通過(guò)多裂隙地層，軟弱破碎巖體等不良地質(zhì)地段開(kāi)挖時(shí)的一種超前支護(hù)。在多裂隙地層淺埋隧道大管棚施工中，無(wú)論是目前較新的跟管技術(shù)，還是較老的手段，都不可避免的存在需要清孔的環(huán)節(jié)。
　　而由于鋼管清孔存在不確定性，其退鉆清孔米數(shù)的確定和清孔的設(shè)計(jì)大多取決于鉆孔設(shè)備的配置和施工經(jīng)驗(yàn)，這種不可控的經(jīng)驗(yàn)判斷給施工帶來(lái)了極大阻礙，輕則影響施工進(jìn)度，重則危害工程質(zhì)量。
　　本文結(jié)合新建重慶鐵路樞紐東環(huán)線(xiàn)DHZQ-4標(biāo)段雞公咀隧道的大管棚施工中的實(shí)際問(wèn)題，立足于地質(zhì)科學(xué)，保證了施工質(zhì)量，做到科學(xué)管理[1]。
　　工程簡(jiǎn)介
　　 雞公咀隧道為上下層重疊隧道，下層為東環(huán)正線(xiàn)雙線(xiàn)隧道，中心里程DK63+911.375，全長(zhǎng)472.75m。
　　 全隧除DK63+935-DK64+010段為75米Ⅳ級(jí)圍巖外，其余400余米皆為Ⅴ級(jí)圍巖。出口端DK64+100-DK64+065處為導(dǎo)大管棚超前支護(hù)（圖1），共設(shè)計(jì)48根鋼管，每根長(zhǎng)35米。
　　 下層隧道大管棚施工過(guò)程中，出現(xiàn)孔內(nèi)掉渣，卡管現(xiàn)象嚴(yán)重。退管清孔，重新送管至原位置后幾米后，仍出現(xiàn)卡管現(xiàn)象。個(gè)別孔的卡管現(xiàn)象嚴(yán)重，退管耗時(shí)耗力，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，甚至出現(xiàn)送不到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度又退不出管的隱患。
　　原因分析
　　孔內(nèi)部分地段發(fā)育節(jié)理縫，巖石易破碎掉渣，在送管過(guò)程中，管頭及孔內(nèi)管身部分?jǐn)_動(dòng)節(jié)理縫中易破碎巖土，導(dǎo)致掉渣，甚至塌孔。在節(jié)理縫少的孔中，掉渣量少或不足以卡管，整體上不影響送管進(jìn)度;在節(jié)理縫密集的孔中，在送管過(guò)程中的掉渣會(huì)隨著穿過(guò)節(jié)理縫的增多而累積，從而塌孔或卡管。
　　 由于未科學(xué)設(shè)計(jì)退管清孔設(shè)計(jì)米數(shù)，該處大管棚全部孔號(hào)的退管清孔均按現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)安排，這種“送不進(jìn)就退管清孔”的做法具有臨時(shí)性和盲目性，導(dǎo)致退管米數(shù)設(shè)計(jì)不合理：部分孔號(hào)的退管米數(shù)正處于節(jié)理縫中，退管清孔后，重新送入的鋼管會(huì)導(dǎo)致前次未影響、未充分掉渣的地段，從而繼續(xù)出現(xiàn)塌孔或卡管的現(xiàn)象[2]。
　　研究方法
　　根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)進(jìn)行充分的野外數(shù)據(jù)收集和整理，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)手段，查明施工地段地質(zhì)背景，根據(jù)節(jié)理分布位置合理設(shè)計(jì)退管細(xì)孔米數(shù)，以提高大管棚施工效率，達(dá)到科學(xué)施工[3]。
　　超前地質(zhì)分析
　　1 地質(zhì)背景
　　 出口端DK64+100處出露巖性為T(mén)3xj砂巖及頁(yè)巖，砂巖：淺灰～灰白色（弱風(fēng)化或未風(fēng)化）和土黃色（強(qiáng)風(fēng)化），中厚～塊狀，中～細(xì)粒結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，礦物無(wú)定向性。頁(yè)巖，灰褐色～黑褐色，泥質(zhì)膠結(jié)，局部夾煤線(xiàn)。同砂巖產(chǎn)狀，薄層狀?yuàn)A于砂巖之間。
　　 該處發(fā)育兩組節(jié)理J1：節(jié)理面閉合，無(wú)填充。其中，J2經(jīng)過(guò)后期經(jīng)歷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成斷裂，與圍巖接觸部位出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，砂巖中礦物開(kāi)始出現(xiàn)定向性，節(jié)理面風(fēng)化嚴(yán)重，局部發(fā)育裂理、泥化，出現(xiàn)擦痕，導(dǎo)致同產(chǎn)狀裂隙發(fā)育，如圖2所示。
　　
　　2 掌子面地質(zhì)雷達(dá)
　　 為準(zhǔn)確了解DK64+100～DK64+065段地質(zhì)情況，本文采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)DK64+100～DK64+070進(jìn)行探測(cè)，以查明巖石裂隙發(fā)育程度及分布部位。
　　 本次研究采用中國(guó)電波傳播研究所所生產(chǎn)的LTD-2100型高速地質(zhì)雷達(dá)，配備主頻為100MHz的天線(xiàn)對(duì)隧道掌子面前方的圍巖進(jìn)行探測(cè)。介電常數(shù)設(shè)7.5，測(cè)程參數(shù)設(shè)為580ns，掃描速度16，采樣點(diǎn)數(shù)1024。
　　 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，將天線(xiàn)貼緊掌子面沿AB測(cè)線(xiàn)從左側(cè)向右側(cè)緩慢勻速地移動(dòng)，同時(shí)采集數(shù)據(jù)，采用點(diǎn)測(cè)方式，測(cè)點(diǎn)間隔10～15cm，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度約為8m。
　　
　　 結(jié)果
　　地質(zhì)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，施工處巖石巖性均為 T3xj 砂巖，風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙極其發(fā)育。強(qiáng)風(fēng)化的砂巖呈土黃色，較前者相比易碎。其節(jié)理縫中巖石呈土渣狀，用手一碰即碎。該節(jié)理縫的存在是導(dǎo)致大管棚施工過(guò)程中掉渣、塌孔和卡管的主要原因。預(yù)報(bào)雷達(dá)探測(cè)深度為 30 m，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)資料，將整個(gè)施工部位分析（圖3）如下：掌子面前方探測(cè)范圍內(nèi)，雷達(dá)回波能量異常較強(qiáng)，局部反射明顯，同相軸連續(xù)性差，結(jié)合掌子面地質(zhì)情況推測(cè)對(duì)應(yīng)段落圍巖與掌子面基本保持一致，主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，巖質(zhì)較軟，遇水易軟化崩塌，暴露易風(fēng)化崩解，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖完整性及穩(wěn)定性差，自穩(wěn)能力差，易掉塊崩塌。節(jié)理分布分析如圖4左下為DK64+100～DK64+070大管棚施工段節(jié)理分布圖，紅線(xiàn)表示節(jié)理，粗紅線(xiàn)代表節(jié)理密集，細(xì)紅線(xiàn)代表節(jié)理稀疏。圖右地質(zhì)雷達(dá)分析結(jié)果，紅線(xiàn)框體表示巖石介質(zhì)變化較大（裂隙）部位;圖左下為DK64+100～DK64+070大管棚施工段節(jié)理分布圖，紅線(xiàn)表示節(jié)理，粗紅線(xiàn)代表節(jié)理密集，細(xì)紅線(xiàn)代表節(jié)理稀疏。