隧道淺埋地段圍巖加固技術研究

李明

【摘要】隧道淺埋隧道大部分屬于特殊地形，它具有地形偏壓、表層軟弱堆積物、風化帶、軟弱圍巖、難以形成承載拱等不利因素，嚴重影響了淺埋隧道的施工工程質量。本文即結合具體工程案例詳細闡述了隧道淺埋地段圍巖加固技術。

【關鍵詞】隧道；淺埋；軟弱圍巖；加固；加強超前小導管

一、工程概況

胡麻營隧道全長403 米，該隧道所經地形起伏不大，地表大部分地段基巖裸露，洞身溝谷發育，且大部分為廠區和城市居民區，隧道最大埋深約56m。其中，隧道下穿廠區三處淺埋地段設計為長管棚施工， 淺埋地段巖層分布有全新統洪積粉質黏土，角礫土和人工填筑碎石土，強風化石英云母片巖，為 Ⅴ級圍巖，成洞條件差。地表覆蓋層人工填筑碎石土，層厚約 3m，淺埋段地表有流水溝經過，地表民房及廠房密集。

二、隧道淺埋地段圍巖加固的相關技術

（一）三臺階臨時仰拱法

工藝原理：三臺階臨時仰拱法所采用的施工方法是2層短臺階、1層長臺階分開平行開挖。混凝土仰拱和初期支護封閉是為了保護圍巖自身承載力，有效控制初值支護變形，通過監控量測數據反饋施工來及時調整支護參數和二次襯砌混凝土的施工時間。

三臺階臨時仰拱法與傳統施工方法相比，可以多個作業面平行作業，初期支護工序操作便捷，有利于機械化快速施工，適應性也高于傳統施工方法。采用短臺階，分步平行開挖，爆破施工分成多個作業面進行，將集中爆破化為分散爆破，既減少對圍巖的擾動，又充分利用時間，還增加了爆破臨空面，降低炸藥消耗。分步平行施作拱墻初期支護，混凝土仰拱超前施作及時閉合構成穩固的初期支護體系，保護圍巖的天然承載力，有效抑制圍巖變形。全斷面一次施作防水層和灌筑混凝土襯砌，確保了混凝土襯砌施工質量。監控量測信息反饋指導施工，及時調整支護參數。本文所研究的隧道開挖過程中，三臺階臨時仰拱法分為上、中、下臺階和仰拱四部分，4個開挖面，4個不同位置相互錯位同時開挖，在分部時同時支護，進而形成支護整體。不僅可以逐步推向縱深，最重要的是可以有效縮短作業循環時間。其實質是利用核心土施壓于掌子面，尤其拱腳處的特殊設計提高了鋼架支護的穩定性，也增強了初期支護強度，對受力結構起著完善作用。

（二）CRD施工法

CRD 施工法采用預留核心土的方法，將大斷面隧道分成4個相對獨立的小洞室，之后對四個小洞室展開分部施工，遵循以下施工原則：小分部，短臺階，短循環，快封閉，勤測量，強支護。隨挖隨撐，及時做好初期支護。然而這種施工工藝分布較多，不利于機械化作業，后續開挖和拆除支護會影響前面施工形成的力學平衡體系，多次改變圍巖應力，可能會出現較大的變形量。一般軟巖淺埋隧道會出現拱部圍巖受拉區連通，破壞洞體穩定性，臨時支護中鋼架、錨桿、網片及噴砼強度都按照永久性支護體系參數執行。由于始終保留1.5 m 長核心土，為增大未封閉前的拱腳接觸面積。在兩拱腳位置支墊8 cm 厚，30×30 cm 規格的木板，控制拱腳的下沉速率。CRD 法施工中臨時支護的拆除，應在全斷面完成閉合，各斷面位移基本穩定后，才能拆除。

三、超前小導管加固施工技術

（一）方案選擇

采用加強小導管超前短管棚施工技術主要利用了加強小導管施工取消了長管棚施工時的洞內開挖工作室，減小了開挖斷面；增加超前小導管前后循環的搭接長度，使超前小導管與工字鋼架構成棚架體系。工期方面，按照加強超前小導管正常施工，下穿農科所單向掘進施工工期約3個月，下穿廠區單向掘進施工工期約2.5個月，廠區雙向掘進工期約1.5個月；成本方面，按照380m雙層超前小導管，綜合費用約912萬元。

（二）加強超前小導管技術原理

1、施工安全性強

加強小導管超前短管棚取消了長管棚施工時的洞內開挖工作室，減小了開挖斷面，且增加超前小導管前后循環的搭接長度，從而有效地減小了桿體的變形，防止圍巖的崩塌，并有效控制地表沉降。

2、形成加固圈即殼效應，就是通過超前小導管配合水泥—水玻璃雙液注漿在拱部140°范圍的開挖輪廓線四周形成一定強度和厚度的水泥漿加固拱，以提高圍巖自承能力和穩定性。

3、使超前小導管與工字鋼架構成棚架體系，使淺埋段開挖始終在超前小導管梁體效應的支護下采用合理的開挖方法分部、分臺階開挖，安全可靠，超前小導管施工鉆孔淺而快，并且可使用多臺鉆機同時施鉆，從而在確保安全的前提下加快施工進度。

（三）加強超前小導管施工工藝

拱部140°范圍內采用小導管短管棚預注漿超前支護，加固土體，維持掌子面穩定，改善開挖面條件，增強圍巖的自承載能力，控制地層變形。

1、小導管加工及制作

小導管采用42，壁厚4.0mm，長為3.5m的熱軋無縫鋼管，在管身設注漿孔，孔徑6mm～8mm，孔間距15cm，梅花形布置，前端加工成錐形，尾部長度不小于30cm作為不鉆孔的止漿段。

2、小導管打設及安裝

鉆眼沿隧道開挖面5°～10°外插角布置，環向間距30cm，上下兩排梅花形布置，前后兩環小導管搭接長度不小于2.0m。每3榀鋼架施作一循環。開挖后及時施作錨噴和鋼支撐，并封閉掌子面，將導管端頭焊接在鋼支撐頂部，以形成整體。

3、注漿施工

注漿工藝設計：注漿采用水泥—水玻璃雙液漿注漿，水灰比為1∶1，并按1∶1體積比例配制雙液，注漿壓力初始壓力為0.5MPa，因軟弱圍巖淺埋段部分壓力一次達不到設計壓力2MPa，可分次注漿，在初始注漿初凝達到一定強度后，再二次注漿，當注漿表針壓力達到2MPa時注漿結束。注漿采取由低孔位向高孔位，由拱腳到拱頂的順序進行。通過注漿固結軟弱和松散巖體，使圍巖強度和自穩能力得到提高，并將導管外露部分支于拱架上，共同組成預支護系統。

（四）施工要點及注意事項

1、淺埋段采用加強超前小導管替代長管棚支護，施工關鍵是確保小導管每循環搭接長度及小導管尾部與鋼架的焊接質量，控制開挖循環進尺，保持小導管搭接長度不小于2.0m，確保超前小導管不懸空，保證其桿體梁效應。

2、初期支護完成后及時施作仰拱，盡早封閉成環，改善圍巖的應力及變形狀態。加快二次襯砌，以有效地控制圍巖變形。

3、對隧道表水的處理

依據該隧道工程進度，把上臺階的開挖里程工作準備好。并從在淺埋段30m開始做好對淺埋段地表的排水組織處理工作。具體可以按照這樣的方案進行：

（1）組織現場測量和查看

把設計圖紙與現場地質地貌結合好，關鍵是做好隧道淺埋段地表橫縱斷面的相關測量工作。充分了解淺埋段隧道的實際埋深度，有針對性地做出相應的工作方案來。

（2）做好地表的排水工作

要在左、仰坡的外圍建設排水溝，還要把地表所呈現出的散狀水，經過攔截匯流入槽后就排出來。可以對排水溝采用M7.5漿砌片石砌筑，其基本尺寸為120cm×90cm，凈空寬60cm、深60cm。在此基礎上，解決好由于這一處位置在自然的沖溝之處，必須建設好一條寬×深=30×30cm的輔助排水溝，徹底解決好地表排水這個問題。

結語：綜上，加強小導管超前短管棚施工技術主要利用了加強小導管施工，取消了長管棚施工時的洞內開挖工作室，減小了開挖斷面；增加超前小導管前后循環的搭接長度，使超前小導管與工字鋼架構成棚架體系，使淺埋段開挖始終在超前小導管的支護下加快施工進度。對相同或類似工程具有一定的借鑒意義，具有較好的社會經濟效益。

參考文獻

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