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1、中铁瑞威北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司 联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话010-51824129010-51824129010-51824129 - 1 -软弱围岩隧道修建新方法核心土加固变形控制法彭峰 肖盛能 潘威 邹明波（北京中铁瑞威基础工程有限公司，北京 100055）摘要 2006年我国铁路系统相关施工单位开始接触变形控制法隧道施工技术，经过长达5年的基础理论学习研究与准备，在铁道部和兰渝铁路公司的支持下，2011年由中铁瑞威公司和意
2、大利土力公司联合在兰渝铁路桃树坪隧道进行了中国首次隧道核心土加固变形控制法应用实验研究，并取得了巨大成功，笔者作为亲身的实验参与者，将对变形控制法在中国的首次应用实验进行详细介绍。关键词 变形控制法 桃树坪隧道 首次 实验 应用研究1 引言隧道施工变形控制法认为，可以把超 前核心土视作一种新的隧道长期和短期稳 定的工具，超前核心土的强度及变形特性 是隧道变形（挤出变形、预收敛变形及收 敛变形）的真正原因，可以对超前核心土 进行防护和加固，提高其强度，以控制超 前核心土变形（挤出变形及预收敛变形）， 并最终达到控制隧道变形（收敛变形）的 目的，超前核心土的强度和变形特性对隧 道的长期和短期稳定起
3、决定性作用。 2010年11月中铁瑞威公司组成学习组， 赴意大利对变形控制法隧道修建技术进行 实地学习（如图1、图2），为国内实验应 用做准备。2011年2月开始在国内兰渝铁路 桃树坪隧道实验变形控制法隧道修建技术， 并根据国情和现场条件进行优化和创新。图1 学习意大利PULIANA隧道变形控制法施工Fig.1 Investigation on ADECO-RS approach at PULIANA Tunnel in Italy图2 PULIANA隧道变形控制法施工内景Fig.2 Interior view of ADECO-RS approach at PULIANA Tunnel2 工
4、程概况桃树坪隧道位于新建兰州重庆铁路 LYS-7 标段内，隧道起止里程为 DK3+435DK6+655，全长 3220 米，设计 为双线单洞隧道，隧道断面 140 余平方米， 隧道进口段 DK3+435DK3+873、出口段 DK5+509DK6+655 位于 R=4500m 的曲线 上，其余段落均位于直线上，隧道内线路 分别为 3、12.8的单面上坡。隧道穿行 于黄河高阶地下部，地势上隧道进口低、 出口高，地形起伏大，相对高差达 200 米 以上，最小埋深处仅 6 米，地表上沟谷发 育，下切较深，隧道下穿多个垃圾回填的 浅埋沟谷、青兰高速、312 国道、厂矿企业、 密集的居民区。 为加快施工
5、进度，后期新增了 5 个施工 斜井，隧道整体平面布置如图 3 所示：3 主要工程地质问题桃树坪隧道穿行于黄河高阶地下部， 全隧设计围岩为级。开挖揭示进出口中铁瑞威北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司 联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话010-51824129010-51824129010-51824129 - 2 -1#斜井 (DK4+210)2#斜井 (DK4+740)3#斜井 (DK5+280)4#斜井 (DK5+885)桃树坪隧道出口(DK6+
6、655)桃树坪隧道进口(DK3+435)图3 桃树坪隧道平面布置图Fig.3 Plane layout of Tao ShuPing Tunnel及各斜井地层主要为未成岩遇水粉细砂层 （即饱和含水粉细砂层） ，其中夹杂有不连 续卵砾石土地层。 第三系含水未成岩砂层，含水率 3.224.2%，比重 2.63，孔隙比 0.380.42， 黏粒含量 410%，渗透系数 1.010-33.510-4cm/s。此结构层特点：呈砂状结构，成岩作用差，自稳能力差，无胶结， 稍有扰动即成松散粉状结构，在富水时无 自稳能力，呈流塑状，软化现象明显，极 易发生溜塌（如图 4、图 5） 。图 4 桃树坪隧道出口 C
7、RD 工法开挖坍塌Fig.4 Collapse at Tao ShuPing Tunnel Exit when using CRD approach图 5 隧道 4#斜井开挖出现的流砂情况Fig.5 Drift sand induced by excavation of shaft 4# 桃树坪隧道在施工的 7 个井口工区均多次出现隧道变形、塌方，数月不能进尺。 鉴于桃树坪隧道的特殊地质状况，出于工 程进度和安全方面考虑，及为提高我国隧 道工程的机械化施工水平做出尝试，各方 在充分论证的基础上，决定在桃树坪隧道 出口工区引进实验变形控制法隧道修建技 术，中铁瑞威公司和意大利土力公司联合 承担该
8、项设备和技术的引进实验工作。4 变形控制法设计由于变形控制法隧道施工是在国内首 次采用，没有实践经验可以参考，前期施 工的主要设计参数（见表 1）来自意大利土 力公司方面的技术意见和中国隧道界相关 专家的建议，后续的施工过程中也证明了 这些参数基本符合工程项目要求，也从侧 面说明变形控制法在国外是有较多工程经 验的成熟隧道施工方法。s1s2s3s4s5s6s12s11s10s9s8s7X1X2X3X4X5X97 X96X95X29X28X30JX15JX14Z1Z4Z9Z5Z10Z16Z17Z24Z25Z32xYZ33Z39Z1s7X89m mm图 6 桃树坪隧道变形控制法超前预加固设计图Fi
9、g.6 Blueprint of advance reinforcement support of ADECO-RS approach for Tao ShuPing Tunnel5 施工过程2011 年 2 月初桃树坪隧道出口工区开始采 用变形控制法进行试验施工，第一循环主 要是处理前期流砂坍塌体，至 2011 年 4中铁瑞威北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司 联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话010-51824129010-5182412901
10、0-51824129 - 3 -表 1 桃树坪隧道变形控制法设计参数表Table 1 Design parameter table of ADECO-RS approach for Tao ShuPing Tunnel分类项目单位设计参数备注每循环隧道超前加固长度米18循环段长每循环隧道开挖长度米15掌子面锚管数量根/断面39玻璃纤维锚管掌子面锚管长度米24掌子面锚管直径毫米50掌子面锚管注浆压力兆帕1.5掌子面锚固掌子面锚管排列间距米1.5水平旋喷桩压力兆帕60PO425 普通水泥水平旋喷桩流量方/小时45水平旋喷浆液水灰比1:1水平旋喷浆液反浆率小于 25%水平旋喷桩数量根/断面97水平旋
11、喷桩长度米18水平旋喷水平旋喷桩直径毫米800锁脚旋喷桩长度米8锁脚旋喷桩直径毫米600锁脚旋喷锁脚旋喷桩间距米/根15.1 水平旋喷施工工艺流程图 7 旋喷注浆工法流程图Fig.7 Flow chart of circular jet grouting approach中铁瑞威北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司 联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话010-51824129010-51824129010-51824129 - 4 -月中旬坍塌体处理完
12、成并开挖通过，到笔 者供稿时为止，共进行了 10 个循环的变形 控制法施工，开挖累计 180 米，与同一隧 道其他工区井口采用的传统开挖方法（如 图 17）相比，变形控制法的施工效率是传 统方法的 23 倍，富水砂层的月度隧道进 尺可以达到 30 米/月以上。5.2 锁脚旋喷施工工艺为保证开挖过程中拱架的稳定性，在 中、下台阶拱脚处加设锁脚旋喷桩（如图 8） ，长度为 9 米，桩径 600mm，斜向隧道 两侧下方 3045o打设，每榀拱架之间左右 拱脚处各一根，旋喷后桩内均埋设 8 米直 径为 89mm 的钢管以增加桩体的韧性和抗 弯、抗折能力。通过每个断面两层 4 根锁 脚旋喷桩的作用，桃树
13、坪隧道至采用变形 控制法开挖以来，所有初期支护的变形均 远低于设计预留变形量。图 8 锁脚旋喷桩横断面图Fig.8 Cross-section of locking-foot jet grouting pile5.3 主要设备变形控制法法的核心理念就是对隧道 前方不良地质的围岩及超前核心土进行超 前预加固，通过水平旋喷、玻璃纤维锚杆 等加固手段使改良后的隧道围岩能达到全 断面机械化开挖的要求。其中工法得以实 现的最核心机械就是 PST-60 单臂隧道钻机 （如图 9）及其配套的 7-505 型高压大流 量泵站（如图 10） 。这套设备的主要技术优 势体现在钻机的 24 米通长钻杆（加设大臂 延
14、长桅杆） ，钻孔施作过程中不需要加卸钻杆，一次性进钻成孔、退钻旋喷成桩，既 大大提高了施工效率，又保证了成桩质量， 避免了停钻、流量不足带来的断桩、缩径、 桩体未咬合等一系列的质量问题。在桃树 坪隧道进行了国产和进口设备的施工效率 对比，同样施作 18m 长、直径 800mm 的 水平旋喷桩，国内设备需要 24 小时才能完 成一根桩体，而 PST-60 仅需要 40 分钟即 可完成，且 PST-60 钻机施作的水平旋喷桩 成桩的质量也远优于国内设备的成桩质量。表 2 7T-505J 高压泵站及其配套设施技术参数Table 2 Technical parameters of 7T-505 hig
15、h-pressure pump station and its supporting facilities发动机道依茨发动机TCD2015V08水泥浆搅拌站 SGM45主要性能柴油，四冲程，涡轮增压，空冷式，8 缸最大输送量60m3/h缸径*冲程132mm*145mm搅拌机容积4.5m3额定功率350kw齿轮马达双轴搅拌，可完成连续搅拌要求其他性能及配置最大工作压力90MPa电子系统配备电子增压泵50Hz；380w双水泥筒仓容量70 吨中铁瑞威北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威基础工程有限公司北京中铁瑞威
16、基础工程有限公司 联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话联系电话010-51824129010-51824129010-51824129 - 5 -图 9 桃树坪出口变形控制法施工投入使用的PST-60钻机Fig.9 PST-60 tunnelling rig used for ADECO-RS approach at Tao ShuPing Tunnel Exit图 10 桃树坪出口变形控制法施工投入使用的7T-505 泵站Fig.10 7T-505 slurry treatment used for ADECO-RS approach at Tao ShuPing Tunnel Exit5.4 开挖效果从目前已经进行的 8 个循环的开挖效 果来看，变形控制法在桃树坪隧道的引进 是比较成功的，达到了设计预期的施工效 果，为我国软岩隧道施工方法又提供了一 个选择，尤其在软岩流塌隧道和严格控制 下沉的隧道施工工程中有着较大的工法优 势。 水平旋喷加固为超前预支护，属于隐 蔽工程，因此只有开挖时才能真正揭示出 桩体的状态和成桩情况。成桩控制要点
