富水性軟弱Ⅵ級圍巖段隧道開挖支護施工技術

張宏軍

（新疆華天工程建設股份有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

0 引言

某標段隧道工程起點里程樁號為K14 ＋592.92，終點里程樁號為K15＋950.725，左線長1 360.709m，右線長1 358.071m，其為單洞單線布設。該隧道為馬蹄形斷面，全部為復合式襯砌結構，采用暗挖法施工。區間隧道Ⅵ級圍巖段里程樁號為K15+770.012（右線K15+784.45）～K15+950.725，隧道所穿越的底層為富水的粗砂～礫砂～碎石土層和強風化花崗巖地層，地質條件差，開挖困難，施工風險高。本項目工程地質和水文地質條件復雜，變化明顯，尤其是區間隧道圍巖級別由Ⅱ級過渡到Ⅵ級，施工方法變化頻繁。

表1 隧道結構主要支護參數表

表1（續）

1 工程重點、難點分析及對策

安全、快速通過富水性軟弱Ⅵ級圍巖段隧道施工是隧道施工中的重點和難點。區間隧道Ⅵ級圍巖洞身穿越的圍巖主要為粉質黏土、粗礫砂夾卵石、強風化粗粒花崗巖，地下水量豐富，具弱承壓性、弱滲透性，隧道埋深8～12m，左線下穿2～3層磚混結構房屋，無法進行地面降水，并且該段為車站端頭進洞隧道施工的起點，如何安全、快速通過可能存在初期支護“軟巖較大變形、易失穩”段落是本工程施工中的重點和難點，為此采取以下對策：

（1）進洞措施采取端頭12m 范圍地面旋噴樁加固；

（2）遵循開挖前先止水的原則，Ⅵ級圍巖采取水平旋噴樁超前支護，掌子面全斷面注漿止水加固措施，確保開挖過程中不出現涌水流沙險情；

（3）采用短臺階法進行開挖，上臺階預留核心土，臺階長度控制在3～5m，上下行隧道掌子面前后錯進施工，并嚴格遵循隧道“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的原則；當采用短臺階施工無法滿足安全要求時，備用施工方法為臺階法加臨時仰拱或采用CRD 法施工；

（4）做好監控量測工作，根據監控量測的數據分析及時修正設計參數，以指導施工；

（5）仰拱和襯砌應緊跟掌子面進行施工，若監控量測數據異常時立即對初支進行加固，及時施工二次襯砌，并做到開挖一段、襯砌一段。

針對本工程上述特點，該段區間隧道由2個施工區域組織施工：

（1）位于小學附近的區段設置施工豎井+橫通道進入隧道施工，分別向南北方向掘進；

（2）西岸主體結構靠近南端兩端封頂后在南端墻掛洞門進入區間隧道施工；從西岸進入區間隧道施工工作區域主要承擔Ⅵ級軟弱圍巖隧道施工任務；豎井施工區域主要承擔區間隧道Ⅱ～Ⅴ級圍巖隧道開挖支護施工任務及南向隧道襯砌作業，北向隧道襯砌由西岸作業區域進行施工。

2 開挖支護施工技術實施

2.1 施工方案

區間暗挖隧道采用鉆爆法和人工開挖的方法施工，主要工藝流程如下。

（1）Ⅵ級圍巖隧道

采用臺階法施工。施工方案流程為：水平旋噴樁超前支護，超前小導管注漿和全斷面注漿加固，人工開挖，出渣，初期支護，仰拱襯砌，拱墻襯砌。

（2）Ⅴ級圍巖隧道

采用臺階法施工。施工方案流程為：超前支護，鉆孔，裝藥，放炮排煙，出渣，初期支護，仰拱襯砌，拱墻襯砌。

（3）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖隧道

進行全斷面開挖。施工方案流程為：鉆孔，裝藥，放炮排煙，出渣，初期支護，仰拱襯砌，拱墻襯砌。

（4）區間隧道Ⅵ級圍巖段

該段地下水較為豐富，且以砂土為主，在隧道開挖前采用環向水平旋噴樁、超前小導管注漿和全斷面注漿加固，從而保證區間隧道施工的無水作業。此段隧道為實現快速封閉，采用臺階法施工，臺階長度控制在3～5m，上臺階開挖過程中應預留核心土開挖，施工應嚴格遵循軟土淺埋暗挖隧道施工方針。

Ⅵ級圍巖采取“洞內環向水平旋噴樁+超前小導管注漿和全斷面注漿加固”為主要思想的施工方案。臺階法人工暗挖，每次進尺0.5m，臺階距離為3～5m，預留核心土開挖，以發揮掌子面三維支撐作用。

2.2 水平旋噴樁施工

施工時采用水平鉆機進行水平孔的打設，當鉆進至設計深度后，撥出鉆桿，同時通過水平鉆機、鉆桿、噴嘴以大于35MPa 的壓力將漿液噴射到土體內，并且利用流體的沖擊力切削土層，使噴流射程內土體遭受破壞。與此同時鉆桿一面以一定的速度旋轉，一面低速徐徐外拔，有效地確保了水泥漿和土體之間的充分攪拌。待膠結硬化后形成直徑比較均勻的樁體且具有一定強度后，則在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴止水帷幕。利用旋噴樁抗剪切以及抗滑移作用，有效地確保了隧道掘進安全。

水平旋噴施工工藝流程見圖1。

圖1 水平旋噴施工工藝流程圖

進行水平旋噴施工時，應注意以下幾方面內容。

（1）采取水平旋噴樁進行支護施工前，應先檢查鉆機運行是否正常、回油管的快速接頭是否完好、機臺各種油管有無損傷、啟動柜是否完好（包括啟動柜內的各種開關、繼電器、變壓器、機柜等）、三聯泵有無損傷、檢查液壓油液面高度是否在油箱高度2/3以上、電機是否受潮、鉆具是否齊全、高壓注漿泵運行是否正常、高壓注漿管路是否暢通、壓力表是否正常等。

（2）鉆開孔并安裝孔口管，同時應當結合施工現場地質及水文條件選定孔口管（孔口密封裝置結構見圖2）。退出鉆具，準備安裝孔口管；將一根直徑為127mm、長0.8m 的孔口管埋入已開好的孔內，孔口管外露0.30m；在撐子面植4 根直徑為12mm的鋼筋，鋼筋用錨固劑固結，將鋼筋與孔口管焊接牢固，加固孔口管。

圖2 孔口密封裝置結構圖

（3）高壓旋噴。進行高壓噴漿前應檢查高壓注漿泵，查看泵壓讀數是否達到設計要求（不小于35MPa），泵壓達到設計要求時才能開始噴漿。在進行噴漿施工前應檢查鉆桿接頭處是否漏氣，如漏氣，則應將鉆桿退回，查出漏氣位置重新密封，或更換鉆具。另外，還需檢查噴嘴是否堵住。本工程采取的噴漿參數為漿液水灰比1∶1；注漿壓力不小于35MPa。

（4）封孔。噴漿至孔口掌子面0.50m時，應停止噴漿；卸下孔口管最外端的密封裝置，關閉循環液排出口；快速拔出鉆桿和鉆頭，關閉大球閥；高壓旋噴注漿完成后應在循環液排出口處安裝壓力表，然后用250泵補注漿，注漿壓力控制在0.8～1.0MPa。

（5）清洗管道及設備。每根樁施工完畢后都應用清水高壓沖洗管道及設備，確保管道內不留殘渣，清洗完畢后移至下一樁位。鉆機移到下一孔位，應核查相鄰樁的成樁時間，后施工的樁必須在相鄰樁成樁時間超過初凝時間后，前一根樁漿液達到一定強度時才能開鉆，確保相鄰樁相互咬合，因此移至下一孔位時應跳過1～3根后再施作較合適。

2.3 開挖支護

超前小導管施工前應結合設計要求，在掌子面上準確劃出本循環需施設的小導管孔位。采用手持風鉆鉆孔，孔深應適當超深。將前端加工成尖錐狀，尾部焊一圈Φ8mm 加強筋。除尾部1m外，管壁四周鉆Φ8mm的壓漿孔，以便漿液向四周圍巖內壓注。

施工時，手持風鉆先鉆孔，再用去掉回轉爪的風鉆將鉆桿換成特殊釬尾，用沖擊的辦法將導管貫入孔中。為防止注漿漏漿，在小導管的尾部用膠泥麻筋纏箍成楔形，以便鋼管頂進孔內后其外壁與巖壁間隙堵塞嚴密。鋼管尾端外露足夠長度，并與格柵鋼架焊接在一起。鋼管頂進時，注意保護管口不受損變形，以便與注漿管路連接。

注漿前先檢查導管孔口是否達到密閉標準，以防漏漿，然后按設計比例配漿，采用活塞式電動注漿機壓注漿，注漿壓力為0.5～0.7MPa，一般按單管達到設計注漿量作為結束標準。當注漿壓力達到設計終壓不少于20min，進漿量仍達不到注漿終量時，亦可結束注漿。注漿結束后，將管口封堵，以防漿液倒流管外。

3 結語

安全、快速通過富水性軟弱Ⅵ級圍巖段隧道施工是隧道施工中的重點和難點；區間暗挖隧道采用鉆爆法和人工開挖的方法施工。實踐表明，本工程可以安全、快速地通過可能存在初期支護“軟巖較大變形、易失穩”的段落，可為同類工程提供參考借鑒。

[1] 劉偉.云南大麗鐵路三元隧道開挖與支護施工技術[J].鐵路工程造價管理，2013（4）：30-31.

[2] 吳雪迪.復雜地質條件下隧道開挖與支護綜合技術研究[J].長安大學學報：地球科學版，2010（7）：28-34.

[3] 趙凡. 黑云母片巖隧道開挖支護施工技術[J]. 天津大學學報，2011（3）：28-34.