厦门第二西通道工程是厦门公路骨干网“两环八射”中的重要组成部分, 连接海沧区和本岛湖里区, 西接规划中的疏港通道, 东接第2东通道;项目起点位于海沧吴冠采石场, 以隧道形式穿越厦门西海域, 在象屿码头附近进入本岛, 以隧道 (暗挖+明挖) 形式沿兴湖路前行, 与成功大道衔接, 终于本岛火炬北路处。

线路全长7.1km, 隧道长6.3km, 跨海域段2.8km, 批复概算56.48亿元, 建设工期42个月, 是典型的钻爆法暗挖三孔隧道, 又具有城市海底隧道的特点。

服务隧道作为进入主洞展开“五”个施工作业面的运输通道, 处在关键线路上, 尤其是下穿长岸路段, 地质条件复杂、管线密布、地表车流量较大、超浅埋、隧道下穿施工、风险极高。

工程地质条件复杂, 服务隧道下穿长岸路段, 原属于象屿保税区海边滩涂回填而成, 隧道拱顶范围有杂填土、淤泥、残积土、全强风化花岗岩, 且与海水贯通, 自稳能力差, 日最大涌水量1 700m³, 整座隧道位于常水位以下, 受潮汐影响较大。

气候条件复杂多变, 灾害性天气频繁, 高温、台风、多雨。

服务隧道下穿长岸路段管线密集, 主要有电力管线3条、雨水管3条、污水管1条、给水管1条、通信电缆11条、燃气管1条, 共计20条, 此外还有一些未知的管线和管道, 由于埋设深度较深, 物探不易探明。

服务隧道下穿长岸路段周边主要构筑物有疏港路高架桥以及匝道, 隧道距Pa10匝道桥墩10.6m, 距Pa11桥墩9m, 距主线桥墩Pm57为16.6m, 距Pm58为11m。

1) 临海富水软弱围岩, 地质条件复杂, 需帷幕注浆才能开挖掘进。

2) 下穿城市主干道, 超浅埋, 开挖沉降控制要求高。

3) 地表管线密集, 有6类共20余条, 注浆过程地表隆起、管线上扬控制要求高。

4) 工程地理位置独特、周边环境敏感、政治意义大、工程管理难度大。

施工方案:施工准备→掌子面上台阶全断面帷幕注浆→注浆效果判定→掌子面开挖、临时仰拱封闭成环→注浆段开挖完成后, 下循环注浆→同时开挖下导洞, 仰拱封闭, 在此过程中初支加强层紧跟施作, 形成各工序标准化作业, 上台阶注浆, 开挖下导洞跟进, 注浆完成后开挖上导洞, 下导洞暂停施工。

采用上半断面全断面帷幕注浆形式, 共计121个注浆孔, 分为5序:第1序43个孔, 第2序43个孔, 第3序21个孔, 第4序11个孔, 第5序3个孔。一次注浆长度20m, 计划开挖15m, 预留5m的止浆盘, 开挖轮廓线外形成3m的加固圈, 扩散半径由外圈到内圈为0.5~1m, 如图1所示。

钻机手3人, 注浆工6人, 共9人, 8h 1班, 不间断作业。

采用75%普通双液浆 (1∶1∶1, 水玻璃38°Bé, 初凝47~60s, 终凝5min) 与25%超细水泥浆液。

西安煤科院ZDY3500L (Q) 型多功能钻机, 可实现360°旋转打孔。镇江宝城双液注浆机, 可通过活塞真正实现双液注浆, 适用于多种配合比 (0.5∶1~1∶1) 。黑旋风高速剪切搅拌机, 1min可拌制0.4m³水泥浆液。JT-E5全自动灌浆记录仪, 全程记录, 随时观察注浆量、注浆压力变化, 打印注浆记录小票。

1) 注浆原则 打孔依照“先外圈后内圈, 先下后上, 左右对称, 同序间跳孔施工”, 尽可能减少对地层的扰动。

2) 注浆形 式浆液扩散为劈裂、挤密、渗透3种方式的组合, 主要以劈裂注浆为主。

3) 止浆墙 Ф80cm厚C25网喷混凝土, 设3层钢筋网, 并设Ф22以上的粗筋骨架与拱架焊接牢固。

4) 注浆管 (1) 采购外径25mm、壁厚2.8mm、节长4m的PVC管若干, 内径25mm直接头利用PVC专用胶进行节与节之间的连接; (2) 注浆管长度一般控制在20m, 前后两端均采用内丝直接头, 注浆管前端采用20mm导丝管缩尖成锥形尖与注浆管丝扣连接在一起, 方便注浆管送入, 末端预留丝扣与注浆阀连接在一起, 再接注浆泵管进行注浆; (3) 整个注浆管全长开孔, 间距1m开1对对孔 (孔径8mm) , 采用橡胶带+塑料胶带包裹, 送管过程中不易堵塞, 注浆时, 低压就可冲开橡胶带, 流出浆液, 送管结束后, 在孔口1.5m范围内采用锚固剂锚固。

5) 注浆过程 采用“一孔一注”, 全孔一次慢速成孔20m, 快速送入注浆管, 孔口锚固封堵, 全孔一次注浆;单孔注浆结束时, 如若二次注浆, 则管内冲水, 为二次注浆预留注浆管。

6) 注浆压力 下半断面控制在2.5MPa以内, 上半断面控制在1.2MPa以内, 拱部靠近管线区域控制在0.8MPa以内。

7) 注浆结束标准 单孔注浆结束标准:注浆量、注浆压力双控, 孔隙率控制在10%, 每延米约0.3m³浆液, 总浆孔隙率≤15%。注浆流量基本在100~110L/min;流速V=4Q/ (πd²) , 通过灌浆记录仪读出浆液流量, 平均值100L/min。

8) 注浆效果 从注浆效果的检验和开挖过程中揭示的掌子面情况来看, 浆脉分布清晰, 掌子面干燥无水, 土体致密结实, 回填土、淤泥质土、抛石层、砂层、全强风化层注浆效果均较好。

帷幕注浆完成且注浆效果判定合格后, 开始破除止浆墙进行开挖。服务隧道下穿长岸路段为Ⅴ级围岩, 地质条件较差, 出水量大, 需先进行帷幕注浆才可开挖, 采用预留核心土台阶法+临时仰拱进行开挖, 开挖过程中严格遵循管超前、短进尺、早封闭、勤量测的方针, 具体开挖步骤如下 (见图2) 。

1) 上台阶采用预留核心土+临时仰拱, 先开挖3个A单元→左B→右B, 连通临时仰拱封闭。

2) 上台阶拉开一定步距后, 开挖下台阶, 左、右边墙错开开挖, 仰拱封闭成环。

3) 由于服务隧道开挖断面较小, 面积58.99m², 作为展开左、右线主洞4个施工作业面的运输通道, 受交通功能的影响, 二衬衬砌需滞后施作, 故增设1层初支加强层I16, C25喷射混凝土20cm。加强层由上而下施工。

4) 仰拱封闭后, 采用C20钢筋混凝土硬化20cm, 便于车辆运输。

5) 二次衬砌待交通功能完成后进行施作。

为了便于钢拱架安装施工, B单元与临时仰拱E单元衔接处, 预先在B单元上焊接20cm钢拱架牛腿;为减少下台阶开挖过程引起的拱顶沉降, 更早形成支护体系, 下台阶边墙与仰拱衔接部位在加工C单元拱架时连接D单元, 如图3所示。

由于服务隧道开挖断面较小, 下台阶、临时仰拱与仰拱之间高度<2.8m, 施工机具设备难以进入下台阶开挖施工, 故上台阶开挖拉开一定步距后, 上台阶全断面帷幕注浆, 下台阶开挖, 同时拆除相应临时仰拱;上台阶注浆完成后, 搭设便桥进行掌子面开挖, 下台阶封闭暂停施工, 从而大大减小小断面临时仰拱上行车风险。

整个注浆、开挖过程中全程进行监控量测, 由专业的第三方监测单位与施工单位人员同时进行监测, 并进行数据比对, 更好地指导、反馈洞内施工。

对监测数据进行分析, 结论如下。

1) 对注浆过程中地表隆起数据进行分析, 隆起值最大主要集中在止浆墙前后一定区段内, 且呈“抛物线”趋势, 且注浆效果的成败取决于2个因素: (1) 止浆墙施作的质量; (2) 双液浆的凝结时间合理的凝结时间内, 浆液能够扩散至注浆管的远端, 则可实现全孔等压注浆, 整个注浆管内浆液能够均匀地扩散出去, 隆起较小, 且呈现均衡性。

2) 对开挖过程中不同断面地表沉降随开挖深度进行分析, 总体沉降呈“抛物线”变化趋势。

经过5个循环的帷幕注浆、开挖施工, 摸索研究出来的全孔一次快速注浆技术能够适应多种地层注浆施工, 操作简单、施工速度快, 注浆效果好, 地表隆起、管线上扬值得到有效控制, 开挖过程中沉降也较小。在这种富水、软弱围岩、下穿城市主干道、超浅埋暗挖隧道帷幕注浆+开挖月进尺完成12m的指标下, 目前服务隧道已成功下穿长岸路段。

经过对帷幕注浆工艺不断深化研究, 形成一次全孔快速注浆施工技术, 并且能够适应多种地层, 堵水、加固效果较好;进一步优化了施工组织, 科学合理地组织施工生产, 狠抓各施工工序的转换衔接, 保证了各作业循环正常实施, 以标准化、精细化施工为导向, 为软弱围岩、富水条件下浅埋暗挖隧道施工提供了可借鉴的宝贵经验。