隧道软弱围岩段施工工艺探讨

隧道软弱围岩段施工工艺探讨

杨颖

广东省长大公路工程有限公司

摘要：根据监控量测数据分析，选择开挖方法及支护参数，制定详细的隧道穿越层状围岩、断层带以及粉质土段施工方案，提高施工效率，节约经济成本，保障隧道施工安全，确保罗阳高速公路按计划通车。

关键词：隧道穿越层状围岩、断层带以及粉质土段施工方案

一、工程概况

1.1工程简介

云浮至阳江高速公路罗定至阳春段T3合同段拱石山隧道工程，双洞四车道设计，左、右线隧道分离式布设，左线：ZK30+400～ZK31+245，长845米；右线：YK30+400～YK31+240，长840米；隧址区地质情况比较复杂，地下水丰富且穿越层状围岩、断层带以及粉质土段。

1.2不良地质概况

隧址不仅穿越溶岩地质，更难处理的是粉质黏土、全—强风化砂岩及软岩地段，该围岩稳定性极差，节理发育，岩体破碎，地表水和地下水较发育，呈淋雨、渗流、涌流状，易发生坍塌冒顶。

采用地质调查、围岩素描、超前预报及监控量测等综合手段，加强对施工现场量测的数据分析，及时调整支护参数，成为拱石山隧道安全、顺利贯通的重点。

1.3地下水条件

隧址区地下水为基岩裂隙水、少量溶岩水和第四系孔隙水，受大气降水补给，水位埋深随季节变化、地势高低不同而变化；

虽然工程地质及水文地质条件对施工极为不利，但由于施工中针对工程地质及水文地质的变化情况，采用合理的施工方法及可靠的辅助措施，全段得以安全、顺利通过未出现较大塌方事故。

因此，如何施工才能确保施工安全和工期，特别是对以水平层状软弱围岩为主体的地层，极为重要。

二、施工方法

2.1软弱围岩施工措施

软弱围岩隧道施工基本原理为—新奥法，施工方针为：“管超前、短进尺、严注浆、紧封闭、强支护、勤测量”的原则；采用上下台阶留核心土开挖法施工，为保证初期支护及时落底并封闭成环，确保初支具有承载能力；软弱围岩隧道的二次衬砌按承载结构进行设计，需紧跟在开挖面后来保证隧道施工能够顺利进行。

2.1.1超前地质预报

隧道开挖前，应对前方掌子面地质及地层进行超前预报，在进入软弱围岩施工时，遇到设计地质与开挖所揭露地质条件有不相符的情况，故对隧道施工前方地质条件进行预报是隧道建设中必不可少的，也是确定隧道工程施工方案、调整支护参数的关键所在，更是隧道工程施工的安全保障；目前常用超前地质预报是物理勘探的方法，该隧道采用地震波法。

2.1.2管超前、固拱脚预注浆加固

该隧道工程软弱围岩特点：变形快、压力大、稳定时间短、开挖后拱部都会发生大小不一坍塌和成型后的初支变形，侵占二衬净空尺寸，结合本隧道实际地质情况，采用超前小导管、锁脚锚管注浆预加固方法来固结掌子面和拱脚围岩；采用水泥—水玻璃浆液，水灰比为1:1，水玻璃掺用量是水泥重量的5%，将围岩打入超前小导管和锁脚锚管后，在管头焊接Φ20闸阀注入水泥—水玻璃浆液，在注浆压力作用下，浆液被快速渗到破碎松散的岩体中，当松散的破碎体胶结后，就具有一定强度及抗渗阻水能力固结体，大大提高了软弱围岩的稳定性、整体性及抗渗性，让超前小导管、锁脚锚管和固结体形成了强度坚固的壳体，在壳体保护下进行开挖支护施工和初支变形得以控制。

2.1.3开挖及支护

软弱围岩隧道开挖中，采用上下台阶留核心土开挖法进行全断面的上、下台阶及仰拱开挖，上台阶施工长度在5m左右，高度控制在核心土至拱顶开挖轮廓线2.2-2.5m。根据围岩稳定情况决定循环进尺，0.5m/榀，不超过2榀；下台阶施工时，先外侧后内侧，循环进尺为2榀，交错施工在3-4榀；仰拱开挖紧跟尽早封闭成环。在隧道开挖后，立即进行初期支护，防止围岩暴露时间太长造成风化失稳及塌方事故，初喷混凝土不仅能够缩短围岩暴露时间还能防止出渣的扰动，初喷砼厚度一般为5cm（根据围岩稳定情况调整）。软弱围岩隧道各施工台阶的型钢拱脚不能悬空，清理拱脚后将提前预制好混凝土块安放型钢拱脚处能有效地减少沉降；软弱围岩变形比较明显，渗水较为严重的段落，系统锚杆可设为中空注浆锚杆和注浆小导管，进行径向注浆加固形成稳定的胶结体，起到防水作用和减少围岩的膨胀压力。

2.1.4仰拱及衬砌

短台阶法施工，重要原则是早日落底封闭成环，能确保初期支护承载能力、控制沉降及收敛，仰拱初支要紧跟掌子面，开挖不宜太长，喷射混凝土封闭裸露围岩，并及时安装拱架；有仰拱混凝土没有初支拱架的地段，仰拱要落后下台阶15-20m的施工平台。

隧道工程中的衬砌是复合式的防水衬砌，遵循以“排为主，堵为辅”相结合的治理原则，加强结构的防水能力及混凝土结构的防渗抗裂能力，并以变形缝及施工缝等为接缝防水为重点，同时辅以防水层来加强防水；衬砌的背后敷设环向的软式透水管，在两侧敷设纵向的排水管。

2.2不良地质地段

该隧道地质复杂，软弱围岩段落较长，局部地段地下水发育，基岩遇水泥化，掌子面围岩易坍塌，出现初支开裂、喷砼脱落、侵占二衬净空等现象。

2.2.1围岩概述

A、设计概况

设计围岩为中风化页岩、石英砂岩，岩石较破碎，节理裂较发育，地下水主要为裂隙水，水量较小，地下水易顺裂隙、层理下渗，雨季水量较大，开挖无支护时可能发生小型坍塌和渗水。

B、地质揭露

围岩情况为全风化砂岩、粘土，围岩稳定性差，拱顶及掌子面开挖崩塌严重，围岩富含水，为流塑状，初期支护后变形严重。

型钢拱架拱脚泥化悬空

C．支护参数

2.2.2监控量测

2.2.3围岩土工试验

对围岩进行土样分析，液限WL=33%，含水率为33.2%，含砂率约为57%，围岩长时间处于饱水状态，稍有裂隙水掌子面即发生泥化崩塌，出现核心土外推现象。

2.2.4地质预报

YK30+874～YK30+887段存在破碎带和塌方体，电磁波信号强度衰减很快，探测到通过破碎带和塌方体后围岩有明显变化。

2.2.5调整支护参数

A、开挖：任按上下台阶留核心土开挖法施工，开挖预留沉降量为30cm；

B、超前支护：由原设计φ50*5mm超前小导管变更为φ89*6mm长管棚，@30cm，L=18m，搭接6m；

C、系统锚杆：原设计φ22砂浆锚杆改为L=3.5m长Ф42*4mm小导管注浆固结地层，在初期支护完成后施作，使围岩自形成承载拱，减少初期支护受力，小导管间距为50（纵）×100（环）cm；

D.锁脚导管：锁脚锚杆调整为上、中、下台阶拱脚左右侧各设4根外径50*4mm、长度5m无缝钢管在不具备加固拱架条件时临时锁脚；在上台阶距离具备潜孔钻钻孔时每榀型钢左右侧各增设4根（8根/榀）φ89*6mm钢管拱脚注浆加固，预防下沉及收敛。

E.临时仰拱，仰拱钢架采用18b工字钢，间距与主洞保持一致，喷射砼厚20cm，使上、下台阶、仰拱和二衬距离拉开，确保在雨季来临前贯通隧道。

型钢拱架锁脚加固

三、质量标准

3.1预注浆液配比

水泥浆水灰比为1：1，水玻璃浓度35Be，水泥浆与水玻璃体积比1:0.6，缓凝剂掺量按水泥用量2%。

3.2注浆压力及终注标准

3.2.1深孔预注浆：

初压取孔中静水压力（实测）的1.5~2倍，终压1~2MPa保持10分钟；或者达到单孔注浆量，亦或孔口冒浆，邻孔串浆可终止注浆。

3.2.2超前预注浆：

初始压力0.5MPa，终压1MPa，达到单孔注浆量；或孔口冒浆、邻孔串浆、初支面跑浆，可终止注浆。

3.3单孔注浆量计算

计算公式：Q=π×R×L×n×α×β

R—注浆孔有效扩散半径（m）：深孔预注浆取2m；

L—注浆段长（m）：按实际取值；

n—围岩孔隙率：取60%；

α—填充系数：取80%；

β—消耗系数：取1.1（包括洒、漏、跑浆）。

结束语

隧道软弱围岩施工过程必须坚持超前地质预报、超前水平探孔、现场监控量测等综合手段，对掌子面前方的工程地质和水文条件、围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态作全面、准确的判断，提供相关隧道施工的全面、系统信息资料，以便及时调整支护参数，并据此制定相应的施工措施，以确保洞室周边岩体的稳定、支护结构及开挖安全。

参考文献：

［1］李文江.软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术.岩石力学与工程学报，2015.06

［2］张健儒.山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策.隧道建设，2015.12

［3］马士伟.大断面软弱围岩隧道防塌方实时监测预警标准研究［J］．铁道工程学报，2015.10