小净距软弱围岩隧道收敛控制施工技术

小净距软弱围岩隧道收敛控制施工技术

李锋

中铁上海工程局集团有限公司第七分公司陕西西安710075

摘要：隧道施工尤其是小净距软弱围岩隧道在施工过程中都存在收敛变形，小净距软弱围岩隧道收敛变形具有变形快、初期变形量大的特点，但由于不是很直观，且不容易监测，比较容易忽视，对施工质量和安全施工造成隐患。本文通过工程实例探讨了小净距软弱围岩隧道收敛控制施工技术，望对类似工程有所帮助。

关键词：收敛；初支；监测

一、工程概况

张店隧道位于陕西省安康市平利县长安镇张店村，308省道北侧。张店隧道右线进口桩号YK64+775，出口桩号YK65+015，隧道长240m；左线进口桩号ZK64+775，出口桩号ZK65+050，隧道长275m。隧道轴线总体走向约为104度，隧道洞室最大埋深约为38m。隧址区处于陕南秦巴山区，属构造剥蚀中低山区，山坡较陡。隧道进口端地形坡度为20°～30°，地表为粉质粘土混碎石所覆盖，下伏基岩为片岩；出口端地形较缓，坡度为10°～20°，地表为粉质粘土混碎石所覆盖，下伏基岩为片岩；底面高程介于610～656m之间相对高差约46m。

隧道为左右分离式小净距单向行车隧道，净距小（左右线测设线净距最小仅为18m），地质条件差，施工难度较大。该隧道进、出口设计为削竹式洞门，洞口段围岩较为软弱破碎，隧道明洞采用明挖法施工，洞口段设计采用大管棚超前支护措施进洞，隧道均为V级围岩，全部采用短台阶预留核心土施工。

风钻钻眼，光面爆破，复合式衬砌。该隧道施工工艺较为复杂、工序繁多且施工干扰大；针对该隧道施工安全要求高、施工难度大等特点，采取施工动态设计对隧道初期支护及衬砌进行修正，在施工方面通过采取控制爆破、监控量测等措施，以保证施工后隧道安全和线路运营畅通。

二、洞周收敛监测

隧道全段均为V级围岩，岩性差，收敛达到40cm。整体上，水平测线收敛变形比其他测线收敛变形大，可以认为变形主要来自山体两侧，表明围岩水平挤压作用较明显。

从监测资料显示出现收敛较大现象，对收敛原因进行分析。该段初支收敛变形的主要因素有：洞身承受偏压的影响；隧道开挖后周围土体自稳能力差，初期支护不能阻止围岩变形；设置锁脚锚杆，锚杆作用不明显导致土压力在拱腰以下集中作用。

三、小净距软弱围岩隧道收敛变形控制措施

（一）增加预留变形量

设计上预留变形量按照15cm考虑，实际施工时将预留变形量为35cm，在发现变形速率较大后将预留变形量按50cm进行施工，防止初支侵入二衬的现象发生。

（二）锁脚加强

每榀架设后采用锁脚锚管固定，锚管采用Φ42*3.5mm注浆钢花管，设置在上台阶、拱腰和拱脚处，每榀6组，每组2根，单根长4.5m。按照设计位置立钢架，立架后及时进行锁脚锚管施工，钻孔前先标识出需钻孔的位置，钻孔以45º的角度进行钻孔，位置位于拱脚上方30cm处，钻孔深度大于锚管锚固长度的95%，但超长值不大于10cm。Φ42*3.5mm注浆钢花管，安装时用凿岩机直接将钢管打入孔中。U型或L型卡筋焊接固定。

（三）超前支护加强

增加超前小导管注浆。注浆具有以下的作用：（1）浆液注入岩体裂隙中，可改变围岩的松散结构，提高粘结力、内摩擦角及弹性模量，阻止水对岩体的侵蚀和空气的风化作用；（2）注浆后，喷层壁后充填密实，可使载荷均匀的作用于喷层和支架上，避免出现应力集中：（3）注浆充填围岩裂隙，配合喷锚支护，可以形成一个多层支护组合拱，即喷锚网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，扩大支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力；（4）组合拱厚度的加大可降低拱顶、拱腰上的载荷集中度，从而减小拱顶和拱腰处的塑性变形，减小应力集中对围岩的破坏，保证整个支护结构的稳定；（5）注浆后可以使作用在拱顶的压力传递到两墙及仰拱。

本工程选用注水泥浆进行，水泥浆水灰比为1.25：1～0.5：1，根据实际情况，通过现场试验具体确定。浆液配比根据现场试验情况确定，一般情况下水泥：水玻璃：水泥浆=1：1～1：0.8（体积比）。注浆初压0.3Mpa，终压为0.6Mpa。注浆压力不超过0.6Mpa，否则浆液损失过大，造成浪费。凝胶时间根据实际情况确定，可以通过加入少量的磷酸氢钠来控制初凝时间，初凝时间一般控制在8～10min左右。

注浆过程中，应严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求并稳压，保证浆液的渗透范围，防止出现结构变形、串浆或压力过大从地表过量冒浆导致注浆加固土体的效果不明显。因为注浆方法为周边单排固结注浆，开挖掌子面后检查土体固结厚度，如达不到要求，要调整配合比，改善注浆工艺。为防止孔口漏浆，在花管尾端用麻绳及胶泥（水泥+少许水玻璃）封堵钻孔与花管间的空隙。注浆管与花管采用活接头联结，保证快速装拆。注浆的次序由两侧对称向中间进行。

（四）初期支护加强

本工程采取增加径向小导管注浆加固的措施，在线路左侧围岩相对薄弱地段，增加径向小导管，采用Φ42*3.5mm钢花管，长度L=5m，小导管上钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部不钻孔长度不小于30cm，作为止浆段。注浆管在两榀钢架之间垂直于岩面打设，呈环向布置，间距1m，钢花管安设后，用锚固剂封闭孔口及周围裂隙，视情况在钢花管附近喷射混凝土。注浆材料采用水灰比为1：1水泥浆液（重量比），注浆压力为0.5～1.0Mpa。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时可结束注浆。经加固后收敛变形明显变缓。新作初期支护继续坚持注浆加固，以增强初期支护的整体性。

（五）掘进施工中的应对措施

采用先进的钻爆开挖方法，减少对围岩的扰动，尽量保持围岩固有的承载能力。采用“短进尺，多循环”的开挖方式，尤其在变形量特别大的地段，循环进尺应根据监测结果及时调整。开挖时应预留变形量。本工程开挖方法均为短台阶预留核心土，开挖不能超过1榀。三台阶预留核心土开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在4～7m，宽度宜为隧道开挖宽度的l／3～l／2。短台阶预留核心土开挖法施工应严格控制开挖长度，根据围岩地质情况循环进尺，每次开挖长度不得超过0.8m；开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。严格按设计要求施做超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位宜采用机械开挖，局部需要爆破时，必须采用弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药量，减少对围岩的扰动。中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2～3m。对于地下水或上层滞水发育地段，应将水导出或封堵。

（六）监控量测

该隧道施工监控量测的项目有：工程地质及现状观测，周边收敛位移量测，拱顶下沉量测，地表下沉量测，钢支撑、锚杆应力及喷层表面应力量测，二次衬砌内应力、表面应力及裂缝观测。通过量测数据的分析处理，可以判断围岩和支护系统是否稳定，掌握围岩稳定性变化规律，提出改进支护、衬砌设计的参数和施工方法，确定二次衬砌和仰拱的施作时间。施工过程中根据监控量测数据及时调整施工方案，有效阻止变形的继续发展。

结束语

隧道开挖后产生的洞周收敛变形主要来自于开挖（空间效应）和岩体流变（时间效应）。对于坚硬岩体，一般来讲洞周的收敛变形主要来源于洞体的开挖影响，但对软弱岩体，则与坚硬岩体完全不同，不仅变形量特大，其变形规律也较为特殊。加强收敛控制是小净距软弱围岩隧道安全施工首先必须要解决的问题。本隧道在施工过程中进行了大量的软岩岩体的变形监测，并采取了一系列收敛控制措施，实现了对收敛的控制。

参考文献：

[1]樊宇，叶春琳.软弱围岩小净距公路隧道贯通段施工技术研究[J].公路，2013年7期.

[2]蒲凤平.小净距隧道初期支护变形加固处理施工技术[J].低碳世界，2014年22期.