隧道復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，大管棚設計的采用十分常見。大管棚支護是隧道通過多裂隙地層，軟弱破碎巖體等不良地質(zhì)地段開挖時的一種超前支護。在多裂隙地層淺埋隧道大管棚施工中，無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)的確定和清孔的設計大多取決于鉆孔設備的配置和施工經(jīng)驗，這種不可控的經(jīng)驗判斷給施工帶來了極大阻礙，輕則影響施工進度，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DHZQ-4標段雞公咀隧道的大管棚施工中的實際問題，立足于地質(zhì)科學，保證了施工質(zhì)量，做到科學管理[1]。
　　工程簡介
　　 雞公咀隧道為上下層重疊隧道，下層為東環(huán)正線雙線隧道，中心里程DK63+911.375，全長472.75m。
　　 全隧除DK63+935-DK64+010段為75米Ⅳ級圍巖外，其余400余米皆為Ⅴ級圍巖。出口端DK64+100-DK64+065處為導大管棚超前支護（圖1），共設計48根鋼管，每根長35米。
　　 下層隧道大管棚施工過程中，出現(xiàn)孔內(nèi)掉渣，卡管現(xiàn)象嚴重。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。個別孔的卡管現(xiàn)象嚴重，退管耗時耗力，嚴重影響施工進度，甚至出現(xiàn)送不到設計長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，在送管過程中，管頭及孔內(nèi)管身部分擾動節(jié)理縫中易破碎巖土，導致掉渣，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度;在節(jié)理縫密集的孔中，在送管過程中的掉渣會隨著穿過節(jié)理縫的增多而累積，從而塌孔或卡管。
　　 由于未科學設計退管清孔設計米數(shù)，該處大管棚全部孔號的退管清孔均按現(xiàn)場施工經(jīng)驗安排，這種“送不進就退管清孔”的做法具有臨時性和盲目性，導致退管米數(shù)設計不合理：部分孔號的退管米數(shù)正處于節(jié)理縫中，退管清孔后，重新送入的鋼管會導致前次未影響、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)實際施工現(xiàn)場地質(zhì)特點，通過進行充分的野外數(shù)據(jù)收集和整理，運用地質(zhì)雷達手段，查明施工地段地質(zhì)背景，根據(jù)節(jié)理分布位置合理設計退管細孔米數(shù)，以提高大管棚施工效率，達到科學施工[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T3xj砂巖及頁巖，砂巖：淺灰～灰白色（弱風化或未風化）和土黃色（強風化），中厚～塊狀，中～細粒結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，礦物無定向性。頁巖，灰褐色～黑褐色，泥質(zhì)膠結(jié)，局部夾煤線。同砂巖產(chǎn)狀，薄層狀夾于砂巖之間。
　　 該處發(fā)育兩組節(jié)理J1：節(jié)理面閉合，無填充。其中，J2經(jīng)過后期經(jīng)歷構(gòu)造運動形成斷裂，與圍巖接觸部位出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，砂巖中礦物開始出現(xiàn)定向性，節(jié)理面風化嚴重，局部發(fā)育裂理、泥化，出現(xiàn)擦痕，導致同產(chǎn)狀裂隙發(fā)育，如圖2所示。
　　
　　2 掌子面地質(zhì)雷達
　　 為準確了解DK64+100～DK64+065段地質(zhì)情況，本文采用地質(zhì)雷達對DK64+100～DK64+070進行探測，以查明巖石裂隙發(fā)育程度及分布部位。
　　 本次研究采用中國電波傳播研究所所生產(chǎn)的LTD-2100型高速地質(zhì)雷達，配備主頻為100MHz的天線對隧道掌子面前方的圍巖進行探測。介電常數(shù)設7.5，測程參數(shù)設為580ns，掃描速度16，采樣點數(shù)1024。
　　 進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時，將天線貼緊掌子面沿AB測線從左側(cè)向右側(cè)緩慢勻速地移動，同時采集數(shù)據(jù)，采用點測方式，測點間隔10～15cm，測線長度約為8m。
　　
　　 結(jié)果
　　地質(zhì)雷達發(fā)現(xiàn)，施工處巖石巖性均為 T3xj 砂巖，風化程度為強風化，節(jié)理裂隙極其發(fā)育。強風化的砂巖呈土黃色，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)理縫的存在是導致大管棚施工過程中掉渣、塌孔和卡管的主要原因。預報雷達探測深度為 30 m，結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)資料，將整個施工部位分析（圖3）如下：掌子面前方探測范圍內(nèi)，雷達回波能量異常較強，局部反射明顯，同相軸連續(xù)性差，結(jié)合掌子面地質(zhì)情況推測對應段落圍巖與掌子面基本保持一致，主要為強風化砂巖，巖質(zhì)較軟，遇水易軟化崩塌，暴露易風化崩解，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，紅線表示節(jié)理，粗紅線代表節(jié)理密集，細紅線代表節(jié)理稀疏。圖右地質(zhì)雷達分析結(jié)果，紅線框體表示巖石介質(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，紅線表示節(jié)理，粗紅線代表節(jié)理密集，細紅線代表節(jié)理稀疏。