浅谈软弱围岩隧道洞口段失稳与安全进洞

浅谈软弱围岩隧道洞口段失稳与安全进洞

高战飞

高战飞

中铁隧道集团一处有限公司重庆401122

摘要：软弱围岩隧道易出现涌泥、突水、塌方、洞口失稳等风险，为确保安全进洞，需采取措施进行预控。本文以某浅埋隧道为例，探讨了软弱围岩隧道安全进洞的技术。

关键词：软弱围岩；安全进洞；洞口失稳

一、工程概况

某隧道全长4176m,为三级公路隧道,单洞双车道,设计行车速度60km/h,设计断面净宽910m（715m+2×0175m）,净高5m,隧道采用单心割圆内轮廓。该隧道出口端位于浅埋偏压、高烈度地震区,洞身穿越高地应力、大变形、岩爆等不良地质地段。此隧道出口端上覆崩坡积层,黄灰、黑灰色块石土或块碎石土,由山前滑坡、崩塌等坡积、崩积物及少量坡面洪流形成的洪积物组成，主要成分为岩屑砂砾、角砾、亚粘土等。隧道施工易引起地面下沉、开裂，危石下落，造成洞口失稳。针对该工程病害情况,对洞外坡体及隧道结构予以综合整治。

二、软弱围岩隧道安全进洞技术

（一）坡体整治

除在地表设置排水系统、夯填裂缝、防止雨水下渗导致坡体的力学指标下降外,还在坡体前缘设置抗滑挡土墙,坡体采用锚索加固,加固后的坡体稳定性系数为111,这对于隧道衬砌整治及结构的稳定是很关键的。

（二）超前支护?

1、钢格栅、锚喷支护方案说明

开挖前首先对形成的掌子面及边墙顶拱进行喷混凝土支护，掌子面喷5cm厚混凝土，两侧边墙喷15cm厚混凝土，然后再对围岩顶拱及开挖面周边采用畅锚杆，L=4.5m，环向间距40cm，间排距l.0m进行超前支护，锚杆按轴线方向布置，与涧轴线夹角分别为5°和150°，不同夹角的锚杆沿围岩边、顶拱间隔分布。格栅间距50cm，连接采用φ25钢筋，间距50cm，格栅外侧挂φ8钢筋网@20×20cm并喷C20混凝土25cm。钢格栅与洞身周边的锚杆采用焊接加固。开挖单循环进尺控制在1m范围内，格栅与锚喷联合支护方式紧跟开挖面进行。本开挖段设置筋φ50@2×2m，L=3．0m排水孔，梅花形布置。

2、超前管棚

隧道设计在进洞施工前，在拱部设一环φ108管棚，管棚长30m，环向间距0.4m，外插角0°～5°，以加强围岩稳定性，保证进洞安全。

钢管布设在圆心角为144°00′00″范围内。钢管环向间距40cm。管棚施工误差：钻孔外插角1°（不包括线路纵坡）、孔距±30mm、孔深±50mm；采用φ108mm壁厚6mm的热扎无缝钢管，单节长4～6m，用5或6个丝扣连接成单根长30m的管棚（丝扣采用φ114mm壁厚6mm的热扎无缝钢管，丝扣长度0.3m），同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%；导向管采用φ140mm壁厚5mm的热轧无缝钢管，节长1.0m；钢花管钢筋笼由4根φ18钢筋和固定环（φ42小导管，t=3.5mm）焊接而成，固定环宽5cm，间距150cm，30m管棚单根20个固定环。

管棚施工主要工序有开挖施作导向墙，钻孔，清孔，验孔，安装管棚钢管，注浆。拱架安装保证拱架中线的准确位置，其安装的垂直度、内净空尺寸应控制在允许误差范围内。两榀拱架间以0.5米间距焊接Φ22钢筋作为纵向联接筋，使两榀拱架形成整体，拱脚处打设锁脚锚管。在联接好的两榀钢拱架上安设管棚导向钢管，长度为1m,钢管直径140mm，导向钢管数量、环向间距和外插角与大管棚一致。长管棚施工时,先由测量人员用红油漆按设计标定钻孔位置,然后自拱顶向两侧进行,先打有孔钢花管,注浆后再打无孔钢管。钻孔时,钻孔立轴方向必须准确控制,以保证孔口的孔向正确。钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求,及时纠正。每钻完一孔便顶进钢管。为使钢管接头错开,编号为奇数的第1节钢管采用3m钢管,编号为偶数的第1节钢管采用6m钢管,以后每节均采用6m长钢管。每顶进一孔钢管后,进行注浆。注浆机械采用BW-?250/50型注浆机,灌注浆液采用水泥-水玻璃浆液，水泥与水玻璃的体积比为1：0.5,水泥浆水灰比为1:1。扩散半径为0.6m。注浆压力初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。

（三）正洞开挖??

采用预留核心土三级台阶开挖（见图1），上导二次开挖高度3.8m，中导高度3m，下导高度3.0m，上、中导断面相距5m-7m，中下导断面相距10m。?

1、上导开挖??

开挖前采用小导管超前支护，开挖时以人工风镐或挖掘机开挖为主，需要时辅以弱爆破，先由人工预留核心土开挖弧心槽，然后由挖机配合进行开挖，每一循环进尺1.0m，开挖达到设计断面后，立即进行初期支护施工，核心土的开挖必须在初期支护封闭成环后再开挖，开挖时采用控制爆破措施以免损坏初期支护。?

图1??正洞偏压段上弧导预留核心土施工示意图

2、中、下导开挖??

中导及下导的开挖，采用左右错开，分边施工，若边墙围岩较好时，可将中、下导合并为一个导坑施工。施工时采用钻爆法施工，YT28风动凿岩机钻孔，光面爆破，下导接拱架采用左右错开，单侧视地质情况跳槽开挖，以人工风镐下挖马口方式施工，采用挖掘机扒碴、出碴。?

第1、2步:拱顶在超前支护的"保护"下,进行留核心土弧形开挖,开挖结束后架设格栅喷砼，形成较稳定的承载拱。

第3、4步：在拱顶承载拱的支护下，分段扩大拱脚，以一定的时间差先后按同样方法进行支护，使同同一断面处暴露开挖面仅限于一侧。????

第5步：拱部支护完成后中部拉槽。

第6、7步：在已完成拱部支护后，分段左右开挖马口，以一定的时间差作边墙支护。

第8步：下台阶开挖支护及仰拱砼，二次衬砌紧跟。

（四）测量控制

1、地质及支护状况的观察

由专职人员进行观察，采用地质罗盘、规尺等量测工具。在每次爆破和初期支护后立即进行，尤其在地质情况发生变化、爆破参数发生改变时对初期支护和二次衬砌的变化加强量测，对观察内容作出详细记录，校核围岩分类，并预测前方围岩性质及可能出现的地质构造。

2、净空水平收敛量测

主要采用收敛计,测点的纵向间距应视需要而定，或在有代表性的地段选取若干个测试断面。凡是地质条件差或重要工程，均从密布点，其测试频率如表1所示。测点在观测断面距离开挖面2.0m的范围内埋设，并在爆破后24小时内下一次爆破前测读初读数。其测线布置为每10米一个断面，每断面2对测点。

表1净空收敛量测频率表

初测收敛断面应尽可能靠近开挖面，距离宜为1.0米，收敛测桩锚杆应牢固地埋设在围岩表面，其深度不宜大于20cm；收敛测桩在安装埋设后予以保护，避免因测桩损坏而影响观测数据的准确性。因收敛计是机械式仪器，为了减少观测时的人为误差，观测时由固定人员和观测设备操作，并测读三次取其平均值，以保证观测精度。

3、拱顶下沉和仰拱隆起量测

拱顶下沉和仰拱隆起观测采用精密水准仪，测量观察点与基准点之间的高差，从而计算出拱顶下沉量，观测精度为（1mm）。拱顶下沉测点的布置应与周边位移收敛一致，位于同一断面上，拱顶下沉和仰拱隆起观测频率如表2所示。

表2拱顶下沉观测频率表

4、地表沉陷观测

量测位置：布置在洞口地段，纵向每5米至10米一个断面，设置4至6个观测断面，断面布置里程宜与拱顶下沉及水平净空收敛量测里程相同。横向沿隧道中线每2米至3米一个量测点。

参考文献

[1]姬建东.高铁隧道零刷坡安全进洞施工研究[J].江西建材,2014年6期.

[2]王学勋.探讨Ⅴ类围岩安全挂口进洞的施工措施[J].中国水能及电气化,2014年7期.