不良地質隧道開挖與支護施工技術研究

張德模

摘要 由于存在不良地質，開挖與支護對于隧道來說其難度相對較大，不合理的開挖與支護技術將為隧道施工帶來不安全性。本文將從分析某隧道所存在的不良地質問題出發，針對該隧道的不良地質現象，提出該隧道工程相應的施工技術；從不良地質段開挖以及預支護的研究入手，提出適合老龍山隧道不良地質段的預加固措施及開挖方法，為同類不良地質的隧道提供開挖與支護施工借鑒。

關鍵詞 隧道施工；隧道開挖；預支護；帷幕超前預注漿

中圖分類號U45 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0021-02

1 工程概況

本隧道隧址區位于陡峻山地中，山頂海拔高度在900m左右，任河谷底高程為310m~629m，切割深度為500m~600m，屬中切割的中低山區。山體斜坡坡度多在45°~55°，斜坡溝谷處坡度在55°~65°，坡頂發育有寬緩的剝夷平臺，平臺一代分布有水田、旱地，隧道通過段坡面沖溝發育。

由于該隧道巖石屬可溶性碳酸鹽巖，巖溶較發育，圍巖穩定性較差，而且含水較豐富；區內斷裂構造發育，有一條構造發育的斷層斜穿隧道，致使圍巖破碎，降低了圍巖級別，并構成了地下水通道。隧道進出口地形坡度較陡，巖體破碎、松散而且風化較嚴重，圍巖穩定性差。但本隧道內不存在有毒有害氣體，無高地溫地層。經上述分析，隧道施工段較易出現涌突水、斷層破碎帶、軟弱松散等不良地質地段。

2 隧道預支護施工

根據本隧道采取的超前探孔結果，對于本隧道的不良地質段必須進行預注漿加固處理，本工程采用全斷面和局部帷幕超前預注漿施工方案。采用施做砼止漿墻封堵圍巖面，注入單液或雙液水泥漿，帷幕注漿固結效果達到要求后，在圍巖整體性好的地方擴挖施工全斷面φ108鋼管，再次注漿加固圍巖，形成大管棚超前支護體系。

1）超前錨桿預支護。沿本隧道開挖輪廓線均勻環向布設φ22超前錨桿，經計算超前錨桿長度為3.5m，錨桿縱環向間距2.0×0.4m。錨桿施做部位為兩側起拱線拱部120°范圍，呈梅花形布置，外插角5°~15°，縱向搭接1.0m。錨桿尾端焊接在鋼拱架上或系統錨桿尾端；

2）超前小導管預支護。開挖前沿鋼架腹板上預留孔施做拱墻φ42小導管并注漿，孔的環向間距取40cm，小導管長度取3.0m和6.0m兩種規格，外插角7°。導管的注漿材料采用單液水泥漿液，水泥漿水灰比1:1，注漿壓力取0.5 MPa~2.0MPa；

3）大管棚超前預支護。超前大管棚采用壁厚為4mm的Φ108熱軋無縫鋼管加工而成，全斷面共設置58個管棚。以隧道斷面圓心為基準呈環向布設管棚，管棚環向間距為40cm，共設3環，管棚長度取30m。管棚由3m和6m的管節通過絲扣聯結而成，以隧道中軸線為傘狀平面布置，注漿范圍為隧道開挖線外6m，漿液擴散半徑取2m，外插角2°。管棚采用間隔鉆孔與注漿，注漿液均采用1:1的水泥單漿液，注漿時先注單號然后再注雙號。在帷幕注漿達到固結、板結破碎帶效果后，向前開挖部分混凝土止漿墻，留取6m厚止漿墻作為止漿巖盤和保證施工安全。然后將止漿墻退后6m段擴挖以滿足全斷面施工φ108大管棚的條件，最后施作大管棚并注漿預支護；

4）帷幕超前預注漿。根據本隧道圍巖情況，當超前地質鉆孔中單孔流水量>2m3/h，總水量>10m3/h的斷層與破碎帶不良地段采取全斷面帷幕超前預注漿。在局部涌突水地段采用局部帷幕超前預注漿。施工時根據實際的巖溶管道位置、大小、圍巖孔隙率及漿液擴散等來布設注漿孔位置。

注漿漿液采用普通水泥單液漿或普通水泥-水玻璃漿液，而成孔注漿采取前進式分段注漿，采取反復注入稀漿與濃漿交替、壓力控制與注入漿液量控制相結合的措施，注漿壓力從低到高逐漸加壓，注漿時間根據漿量的注入速率進行靈活調整，漿液等強期到后，再進行下循環開挖。

3隧道初期支護施工

3.1 初期支護

根據隧道埋深和圍巖級別以及圍巖地質情況，本隧道施工中應加強初期支護手段，支護斷面采用Ⅳ~Ⅴ級圍巖曲墻全斷面增設帶仰拱I18型工字鋼剛架，鋼剛架間距為0.5 m/榀~1.0m/榀；錨桿采用L=3.0m的D25中空注漿錨桿，縱環間距1.0m×1.0m；拱墻鋪設雙層φ8鋼筋網片，網格尺寸20cm×20cm；然后素噴厚度為26cm 的C20混凝土。在每榀工字鋼鋼拱架之間用Φ22的鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網焊為一體。然后噴射砼封閉，以保證其快速形成承載結構。工程實踐表明，這種方法對于隧道成功穿越巖體自穩能力差的不良地質地段尤其有效。

3.2 徑向補注漿加固圍巖

開挖及初支完成后及時進行徑向注漿加強，徑向注漿采用長度3.0m 的D25中空注漿錨桿，縱環間距1.0m×1.0m。本隧道采取的注漿參數如下：注漿材料采用普通水泥單液漿，水灰比W:C=1:1。從下到上采用全孔一次性注漿，初壓時注漿壓力為0.5MPa~1.0MPa，而終壓時注漿壓力控制在2.0MPa。注漿完成后，對其整體注漿效果進行檢查，如果每延米出水量不大于2m3/d時，則表明注漿效果明顯，否則應采取補孔注漿措施。

4 施工注意事項

1）混凝土止漿墻要確保其厚度以及密實度要求，以確保其切實起到止漿墻作用；

2）鉆孔注漿要隨時注意鉆進的速度，如果發現問題應及時進行處理，以確保鉆孔作業安全；

3）進行注漿時保證注漿壓力，待壓力有明顯升高時，進行合理的判斷是否注滿，保證注漿效果；

4）隧道開挖過程中堅持“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的原則，防止圍巖坍塌造成安全事故。同時開挖時應加強監控量測，及時進行回歸分析，出現異常應及時采取處理措施；

5）隧道注漿過程中，要密切注意泵壓和流量的變化。對于工作面漏漿，應采取封堵措施；如跑漿則通過調換漿液、調整漿液配比，縮短漿液凝膠時間，進行大泵量、低壓力注漿；必要時采用間歇注漿，以達到控域注漿目的。注漿時應保持注漿管路暢通，以避免管路堵塞而影響注漿結束標準的判斷。注漿完成后應檢查注漿效果，對于未達到注漿結束標準時，應采取補孔注漿處理措施。

5 結論

本文從分析某隧道所存在的不良地質問題出發，針對該隧道的不良地質現象，提出了該隧道相應的施工技術；從不良地質段開挖以及預支護的研究入手，提出適合老龍山隧道不良地質段的預加固措施及開挖方法，為同類不良地質的隧道提供開挖與支護施工借鑒。

參考文獻

[1]鄒艷琴.深埋隧道施工組織及不良地質地段施工方法[J].鐵道建筑，2008，23(10)：265-267.

[2]沈曉海，趙軍輝，張漢斐.不良地質隧道圍巖處治工程實踐[J].公路，2004，21(1)：31-34.