浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

陈杰蒋锋

陈杰蒋锋

陕西榆林榆神高速公路有限公司陕西榆林

【摘要】在我国的铁路、公路、市政等工程建设中，经常遇到浅埋偏压隧道，特别是在隧道进出口处，隧道围岩多为Ⅳ级以上软弱围岩，力学性质复杂，而且受偏压影响，地应力分布不均，使得在隧道进洞施工中很难实现，施工中需结合新奥法原理和工程地质条件，采取必要的加固措施，选择合适时机进洞，确保安全。本文以某工程为例，探讨了其安全进洞采取的措施。

【关键词】浅埋偏压；进洞；支护

一、工程概况

某隧道是一座双连拱隧道，隧道长330米，开挖断面宽度12m，高8.60m，设计时速80km/h，隧道位于直线上，单向纵坡2.5%，Ⅳ级围岩280m，Ⅲ级围岩50米。此隧道所在段山体左侧为挖方路基，右侧局部山体基岩裸露，对隧道偏压较严重，地理地势极其复杂。

二、浅埋偏压隧道的特点

浅埋隧道与深埋隧道相比，主要是难以形成承载拱，浅埋隧道多数有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩等对隧道开挖有很大影响的特殊地形、地质问题。在开挖过程中和开挖完成后会出现拱顶下沉急剧增大、隧道净空收缩、地表开裂等情况，有时也会出现掌子面失稳。

三、浅埋偏压软弱围岩隧道进洞技术

根据该隧道地质地形情况及浅埋偏压隧道特点，在浅埋偏压软弱围岩隧道施工时，为了保证安全及工程质量，节约投资、加快进度和保证运营期间的安全，必须采用正确的施工方法，合理的支护形式进洞。

该隧道进口采用“夯填土石进行地表换填、浆砌片石地表加固、边仰坡锚喷防护、超前支护”等方法对洞口地段进行加固。

（一）地表处理

1、地表换填

隧道进口段中线左右各30m地表覆盖层均为厚度为0.5～1.0m的粉质粘土，采用挖掘机将地表浮土清除1.2m，用压路机压实。回填土石方材料选用夯填土石，碎石的最大粒径不得超过15cm。

2、重新配载

配载材料选用夯填土石，与隧道进口IV围岩类似，配载选用碎石土总厚度为2.4m，分8层填充，每层厚度30cm，每层填充完成后先用推土机推平，然后用压路机进行压实。

3、地表加固

该地段地表加固选用M10浆砌片石进行加固，厚度50cm，片石厚度均匀，选用坚硬，无风化、无裂纹片石。

（二）边仰坡防护

1、边仰坡开挖

隧道进口视现场围岩实际情况采用机械开挖或爆破开挖。开挖线外10m设截水天沟，截水天沟采用M15浆砌片石水沟。按设计对暗洞口位置进行测量复核、边仰坡测量放线，做好临时排水系统，然后采用挖掘机沿测量组指定开挖线开挖，开挖时采用分层开挖，每层2m，配备专人密切注意观测原状土的动态，一旦出现滑塌趋势，立即停止开挖对边坡进行组织防护，同时挖机刷坡时，必须边挖边拍实确保开挖施工安全。

2、边坡防护

进口临时边仰坡坡面加固采用锚喷挂网支护，锚杆长采用φ22螺纹钢制作，长3m，间距1.2m×1.2m，梅花状布置；φ8钢筋网片，网格间距25cm×25cm；防护至上而下，随开挖分层及时施作，喷射砼施工前清除表面浮土、松石，并将较大裂缝、凹坑嵌补牢实、平整，喷砼分两次进行。初喷3～5cm用于及早封闭围岩，填平岩面，在布设锚杆、钢筋网后进行复喷，达到设计厚度15cm要求。

（三）超前支护

1、超前小导管支护

超前小导管注浆多用在软弱围岩及断层破碎带、自稳性能差的含水量较小的地段，其基本原理是在工作面周边按一定角度将小导管打（钻、压）入地层中，借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，以改善岩土体物理力学性能，这样既可止水又可在工作面周围形成一个具有较好抗压、弯性能的承载壳，同时管体又可起到超前锚杆的作用，从而达到增加土体的自稳时间、提高开挖面地层自稳能力、限制地层松弛变形的目的。

2、支护方案

沿隧道开挖轮廓密排打入长6m的φ42小导管，环向间距10cm。小导管每2m设置一环，每环搭接长度3.9m，导管打设完毕后，为减少孔内坍塌影响注浆效果，应及时进行注浆施工。注浆顺序由下到上，从最下面的小导管开始按顺序向拱顶逐根注浆。当注浆压力逐步升高到设计终压，并继续注浆10min以上时即可结束该孔注浆，形成一层空间超前支护棚拱。

（四）开挖

考虑处于偏压、浅埋及软弱围岩段，采用CRD法施工，CRD工法适用于掌子面不太稳定，埋深较浅及围岩较差，对变形和沉降有较高要求的工程中。即在隧道断面中部设置中隔墙，将断面分块，达到降低开挖跨度和开挖高度的效果，分部开挖，分块成环，化大为小，步步封闭，环环相扣，形成全断面初期支护封闭结构。

①左侧上部开挖

在超前支护保护下，采用拱部弧形掏槽预留核心土法施工。开挖时切忌大面积开挖，而应沿开挖线掏槽，塞入钢支撑，喷射混凝土，完成初期支护后再开挖核心。开挖进尺保持不超过1榀拱架间距。每开挖一个循环，立即素喷5cm厚C25早强混凝土，封闭开挖面。初期支护完成后施做φ89锁脚锚管，每侧拱脚设2根锁脚锚管，长度不小于6m。掌子面进尺3m左右后开始消除核心土，并根据实际情况在必要时施做临时支撑。

②左侧下部开挖

下部开挖应两侧交错进行，避免上部钢拱架同时悬空。同时，在上下级台阶的接头部位，每两环钢拱架之间增加I25a槽钢，作为纵向托梁，以增加型钢拱架的受力面积，增强其受力的整体性。开挖进尺保持不超过1榀拱架间距。每开挖一个循环，立即素喷5cm厚C25早强混凝土，封闭开挖面。初期支护完成后施做锁脚锚管。

③右侧上、下部开挖

右侧上部掌子面距左侧掌子面距离以10~15m为宜。除核心土在中隔壁一侧不进行开挖外，其余工序与另一侧相同。

④仰拱施工

右侧下部边墙初期支护施工完成后，根据初支变形情况，逐步拆除临时支护，及时左右错位跳挖仰拱，每次循环进尺2榀钢拱架间距。拱架安装好后应及时喷射混凝土封闭覆盖，使初期支护尽早闭合成环，形成稳定的支护体系。同时，对基底地层随挖随加固，防止由于基底地基承载力不足，引发整体沉降。

（五）初期支护

初期支护采用了常规的锚喷支护，即采用I16型钢钢架，间距50cm，用Ф22钢筋环向联接，钢筋间距1m；锚杆采用Ф22钢筋，长350cm，间距80cm，呈梅花型布置；钢筋网采用Φ8钢筋，间距20*20cm；喷射24cm厚C25混凝土。在施工过程中，因局部围岩变形，将围岩特软弱地段靠山体一侧的锚杆改为导管注水泥水玻璃双浆液，导管长450cm，注浆压力0.5~0.8Mpa，增强了支护效果。

（六）增加临时支护措施

为控制变形、防止塌方，现场采取了增加临时套拱、在边侧增加斜撑等多种

临时支护措施，取得了良好的效果。

结语：总之，在浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工中，由于施工技术运用或处理不当，经常会造成较大面积的坍方。所以，我们要加紧研究隧道施工技术，采用更科学的方法，减少人员、经济损失。

参考文献：

[1]赵玉光，张焕新，林志远，肖林萍，申玉生，万友明，寥晓权.高速公路双连拱隧道施工信息化管理技术[J].岩石力学与工程学报.2004（S2）

[2]申玉生，赵玉光，张焕新，郭维，林志远，万友明，张红旗，李植.双连拱隧道施工过程弹塑性有限元数值分析[J].岩石力学与工程学报.2004（S2）

[3]蒯行成，潘兴，杨海朋.施工顺序对双联拱隧道围岩和支护结构力学行为的影响[J].中南公路工程.2006（06）

[4]孙钧，潘晓明.隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特性研究[J].岩石力学与工程学报.2012（10）