淺談淺埋軟弱圍巖隧道施工技術

楊永峰

【摘要】長大管棚施工技術對于淺埋隧道進洞是安全、可靠的，本文中隧道洞口處于淺埋地段，采用了長大管棚進洞施工技術，施工效果良好，實現了安全控制。本文對其施工安全控制技術進行了具體介紹，望對類似工程起到一定借鑒作用。

【關鍵詞】濕陷性黃土隧道；洞口淺埋段；大管棚超前支護

一、工程概況

杉木墩隧道地貌為典型土層及泥質粉砂巖地貌，巖質為志留系中統墳頭組（S2f）泥質粉砂巖、粉砂泥質巖，此外分布有第四系坡殘積層。隧道段屬丘陵地貌，地形起伏大，山頂標高211m，地形北陡南緩，坡度35°～45°，隧道出口段土層及P1g灰巖，強～弱風化，地下水主要為孔隙潛水及巖溶水，較發育，斜坡較平直，斜坡坡度約45o，于里程DK750以上為緩坡階梯狀地貌。隧道起止里程為DK151+778.51～DK152+761；為全長982.49m雙線隧道，隧道最大埋深約136m。隧道位于直線上，隧道內線路進口處為下坡，存在一個變坡點，變坡里程DK151+400，坡率為3‰。本隧道按新奧法設計和施工，在洞口淺埋段范圍內為土層，孔隙水及巖溶水較發育，圍巖不穩定。防水、防塌成為制約進洞施工的關鍵因素。施工中首先對洞口段進行反壓回填夯實，再施作套拱及19m長大管棚對洞口段進行超前支護，然后再進行正洞開挖。

二、施工難點

（一）圍巖軟弱，隧底承載力不足

隧道進口圍巖為碎石土、軟塑狀粉質黏土夾碎石，呈土（砂土）狀，節理縫隙發育，富含地下水。開挖后補勘地質資料顯示：進洞（DK151+778.51～DK1521+786.51）段結構基地位于粉質粘土和全風化泥質砂巖中，需采用換填處理，換填材料C20砼，并開挖至基巖面一下0.5m。隧底晶屑凝灰巖強風化、全風化層厚度加大，遇水軟化，造成基底承載力（實測230kPa）不滿足明洞和隧道的承載力要求（設計300kPa）。

（二）淺埋偏壓，隧道橫向位移

由于受地形、設計選線等多種因素的制約，隧道進口沿山坡等高線穿行，且地形較陡，隧道左右側覆蓋層厚度相差懸殊，側壓力大。特別是進口段，隧道覆蓋層厚度較薄，且為坡積土，施工中有塌方冒頂和側向擠壓滑移變形的危險。根據該隧道淺埋偏壓特點，增設了隧道橫向位移觀測項目，即沿隧道中心線，每5m設置1個觀測點，每周用全站儀檢測隧道橫向位移情況。減少隧道橫向存在不穩定因素，加大隧道安全施工穩定性。

（三）土體屬松散土質，圍巖自穩能力差

在隧道進口端明洞段開挖過程中，隧道開挖過程中，巖性接觸帶較多，洞頂厚度薄的部位及過渡段，洞身穩定性差。灰巖地段可能存在巖溶溶蝕發育區，淺埋地段以粉質粘土、全風化、強風化巖為主，頂板厚度小，側壁不穩定，極易坍塌。DK151+980處埋深較淺，隧道覆蓋層厚度20m～30m，且為S2f與S3m巖性接觸帶，工程性質差，巖質為泥質粉砂巖，砂質泥巖，巖體全風化，呈砂土狀；弱風化，節理裂隙發育。地表水滲入土體中，在松散的坡積土層中滲流，形成空穴水路，一遇擾動即坍塌變形。

三、洞口淺埋段安全控制技術

（一）施工前處理

明挖段需回填部分根據實際情況土石或改良土進行回填密實，密實度不小于0.8，粒徑≤15cm，不得有石塊、灰渣及有機雜物，也不得采用膨脹性粘土，回填施工應均勻對稱進行，分層夯實，兩側回填土面高差不得大于0.5m，人工夯實，每層厚度不得大于0.25m，機械夯實每層厚度不得大于0.3m。

（二）邊、仰坡開挖防護

邊、仰坡開挖采用人工配合機械施工，當開挖至離坡面20cm厚度時，采用人工修坡，嚴禁超挖，坡面設置坡度尺，每開挖一級平臺，進行邊、仰坡施工放樣，控制平臺尺寸及坡面坡率。開挖完成后，立即進行錨、網、噴防護施工，洞口以上第一、二級邊、仰坡采用5m長藥包錨桿，以上邊、仰坡面采用3m長藥包錨桿，錨桿間距為150*150cm，梅花型布置，φ8 鋼筋網片，間距25*25cm，錨桿與網片進行焊接，網片與邊坡面要設置墊塊，保證其間砼厚度不小于3cm，總體噴射砼厚度不小于15cm。

（三）大棚管超前支護

在開挖面搭設作業平臺，測量人員在開挖斷面畫出開挖五寸臺，施工人員沿開挖輪廓線下5cm向外擴挖50cm寬30cm深溝槽，嵌入一榀I20a工字鋼拱架，以利管棚施作。按設計施作φ108×6大管棚，超前大管棚外插角控制在3o～5o，管棚長19m，外露部分不小于0.5m。采用JXY-100鉆機及M50錨桿鉆機鉆孔，UBJ-1.8擠壓式注漿泵注漿。大管棚安裝好后，外露部分50cm與鋼拱架焊接牢固。沿隧道軸線方向架立6榀拱架，間距60cm，拱架間用Ф22連接筋焊接，環向間距1.0m。沿鋼拱架內設掛板并澆注3m長50cm厚C20砼套拱，砼保護層預留5cm，左右鋼拱架底腳部分采用地梁（俗稱大拱腳）形式，增強支撐，以便于安全開挖馬口。

大管棚施工：先用鉆機鉆深1.0m，直徑Φ135mm（鉆頭直徑130mm）的鉆孔，安設固結導向管。通過導向管鉆設Φ121mm孔，鉆到設計深度時開始頂進Φ108mm管棚。管棚頂進時2m、3m錯開使用。管棚注漿采用水泥漿。注漿應在鉆孔下管完成后立即進行，以便在鉆相鄰孔時可做為當前注漿孔的檢查孔。所有管棚鋼管均以30號水泥砂漿充填，以加強鋼管的剛度。

注漿參數：

單液水泥漿：W：C=0.8：1～1.5：1，注漿終壓2MPa，注漿速度30～60L/min，凝結時間：10～15h，速凝劑加入3～6%。擴散半徑在管棚注漿時為1m，而在工作面預注漿時為1.5m（工作面主要為坍方松散體）。

水泥砂漿：30號水泥砂漿，充填鋼管和充填較大的坍方空洞。

（四）超前小導管

由于大管棚鉆孔施工精度及鋼管周圍的注漿效果較難控制，易造成超挖。超前小導管作為CRD法的施工的工序之一，對進一步改善土體加固效果、保證開挖斷面的完整性，也起到重要作用。

1、超前小導管設計

①超前導管規格：熱軋無縫鋼花管，外徑50、42mm，壁厚4、3.5mm；

②小導管環向間距：40～50cm，縱向搭接長度不小于1m；

③傾角：外插角3.5。～10。；

④注漿材料：1：1水泥漿；

⑤設置范圍：拱部140。范圍。

2、小導管安裝

將小導管按設計要求插入孔中，外露20cm支撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預支護體系。

3、注漿

注漿前先噴射混凝土5～10cm厚封閉工作面，形成止漿盤。單孔注漿壓力達到設計要求值后，持續注漿10min，且進漿速度為開始進漿速度的1/4或進漿量達到設計進漿量的80%及以上時，注漿方可結束。

結束語

淺埋隧道根據濕陷性黃土的特征一般采用臺階CRD法開挖。

施工前應根據設計文件提供的資料制定適宜的方案，在基本原則的指導下施工。進洞前應先修建邊仰坡土石方、截排水工程等保證邊仰坡穩定，減少雨水沖刷導致的洞口塌方。開挖前應先對隧道進行超前支護，濕陷性黃土隧道宜采用超強注漿小導管、超前注漿大管棚支護方式，一般布置范圍為拱部周邊輪廓外。利用管棚在洞口段形成連續的棚架防止初期松弛、土體坍落、地壓擴大，加上管棚和注漿加固的共同作用，可基本保證圍巖穩定。

參考文獻

[1]鄭伯，松左奇.濕陷性黃土隧道洞口淺埋段施工防塌方安全控制[J].四川建筑，2012年3期.

[2]夏鵬.大跨度黃土隧道洞口淺埋段支護效果研究[D].橋梁與隧道工程：長安大學，2010.