花崗巖全風化富水地層開挖技術研究

中鐵五局一公司贛龍指揮部

摘要：花崗巖全風化富水地層淺埋隧道施工，開挖后巖體遇水呈散粒及流塑狀，松散，施工中擾動后易崩塌分解，易形成流砂，支護困難；支護后，支護結構易變形、沉降、開裂甚至坍塌。本文擬通過對石筍山隧道進口DK230+040～DK230+100段60mⅥ級圍巖施工過程工程措施介紹，總結通過花崗巖全風化富水地層淺埋隧道的工程處理措施。

關鍵詞：花崗巖；全風化；富水地層；石筍山隧道；開挖技術

1 工程概況

新建石筍山隧道為贛州至龍巖復線鐵路一座雙線隧道，起訖樁號：DK229+945～DK234+757，全長4812米。隧道進口端地質情況復雜，地質條件差。洞身圍巖設計為粉質粘土，粗角礫土和全風化的二長花崗巖。開挖揭示的地層為全風化二長花崗巖和硅鈣質粉砂巖的接觸帶，巖性不均變化大，遇水軟化，承載力低，地層穩定性差。

隧道進口DK229+945～DK229+990采用明挖法施工，DK229+990～DK230+040采用護拱+鉆孔樁整體支護體系后進行暗挖法施工；95m明洞基底均采取了注漿處理。DK230+040～DK230+100段埋深12～18米，采用淺埋暗挖法施工。在導向墻、洞口長管棚施工過程中，出現大量涌水、涌砂現象，已支護完善邊仰坡、上方地表下沉開裂嚴重，山體局部失穩，危及洞口上方小村莊。

參建四方研討決定：DK230+040～DK230+100段圍巖級別由Ⅴ級調整為Ⅵ級，采取地表袖閥管注漿加固地層及封閉地下水，加強洞內施工工程處理措施。

2 隧道支護措施

石筍山隧道進口DK230+040～DK230+100段Ⅵ級圍巖，分別采用地表袖閥管注漿、地表井點降水；超前支護采用30mφ159洞口管棚和30m φ108洞身管棚、填充面以上全環設置φ42TSS注漿小導管；臨時支護采用掌子面φ42中空玻璃纖維錨桿、掌子面網噴混凝土封閉、三臺階臨時仰拱；初期支護采用HW175型鋼（設擴大拱腳）、網噴混凝土、φ42系統錨管并進行徑向注漿；基底φ108鋼管注漿等措施。采用三臺階九步開挖法安全通過，并且地表沉降、拱頂下沉、凈空收斂等限差均在預留變形量范圍之內。Ⅵ級圍巖支護措施如圖1所示：

圖1 Ⅵ級圍巖支護措施

2.1 地表袖閥管注漿

采用地表袖閥管后退式注漿，以達到控制地表下沉、加固地層土體及封閉地下水的效果。見圖2《地表袖閥管注漿斷面圖》。

注漿采用規格為φ48mm×3.3mm袖閥管后退式注漿，鉆孔間距1.5m×1.5m，梅花型布置，注漿范圍為拱頂以上5米及仰拱基底以下5米。注漿采用水泥-水玻璃雙液漿。水泥漿配比為：水泥∶水=1：0.8～1∶1（質量比），水玻璃與水=1：3.27（質量比），水玻璃漿液與水泥漿按照1：1體積比注漿。注漿順序按照先外圈后內圈，間隔跳孔施作。

注漿效果：全風化花崗巖自密性較好，注漿漿脈隨著構造節理、裂隙呈樹枝狀，只能達到滲透注漿的效果，對注漿體的壓密效果較小。

圖2 地表袖閥管注漿斷面圖

2.2 開挖方法

三臺階臨時仰拱九步開挖法是以弧形導坑預留核心土法為基本模式，分上、中、下三個臺階九個開挖面。各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開，平行推進的施工方法。與三臺階七步開挖法區別在于開挖步驟分臺階先分臺階施作完成臨時仰拱后，在開挖下一臺階。

三臺階臨時仰拱九步開挖法施工步驟及注意事項：

（1）上臺階核心土頂面距離拱頂保持在1.8m左右，保證掌子面穩定及作為上臺階立架的作業平臺。由于該隧道為全風化花崗巖，偶有硅鈣質砂巖俘虜體，全部采用人工施工，各級臺階預留長度宜3～5m為宜，縮短人工運渣距離。

（2）三臺階臨時仰拱九步開挖法中、下臺階左右兩側超前導坑小斷面施工，既確保掌子面穩定，又作為超前排水坑道，確保了后續核心土的開挖。

（4）上臺階核心土在確保掌子面穩定前提下，盡量縮短核心土長度，及時施作臨時仰拱，保證拱頂下沉及水平收斂。

（5）中、下臺階左右兩側超前導坑不得超過上、中臺階臨時仰拱，且長度不得小于2榀臨時仰拱（1m）。

（6）超前導坑水源直接用軟管引排至已成型中心水溝，減小對仰拱及墻腳的浸泡。

圖3 三臺階九步開挖法步序圖

2.3 控制掌子面先行位移和擠出位移

設計Ⅴ級圍巖采用三臺階臨時仰拱法。實際開挖后，掌子面不能自穩，發生擠出及拱頂崩塌現象。

2.3.1 超前支護

隧道DK230+040～+100段Ⅵ級圍巖，由于全風化花崗巖遇水軟化，呈流塑狀，超前管棚施作后成拱效應較差，調整為管棚+Ⅱ型超前小導管，內軌頂面以上拱墻設Ⅱ型超前小導管注漿加固，環向間距0.40m，小導管長3m，縱向間距1m/環。洞口Φ159管棚施作30m，DK230+067、DK230+074、DK230+081三處洞身采用Φ108管棚，管棚每環長度10m、10m、20m，環向40根。采用管棚+Ⅱ型超前小導管施作后，超前小導管鉆設角度控制到位，成拱效應特點明顯突出，并且控制了超欠挖。

2.3.2 掌子面錨桿及掌子面噴混凝土

施工過程中，掌子面不能自穩，發生擠出及拱頂崩塌現象，掌子面采用φ42中空玻璃纖維錨桿注漿加固。玻璃纖維錨桿長6m，每4m一環，搭接2m，間距1.5m×1.5m，梅花型布設；玻璃纖維錨桿鉆孔過程如有出水，出水錨桿不進行注漿封堵，可采用濾管引排至已施作仰拱地段。

掌子面開挖進尺0.5m，開挖后及時網噴C25混凝土封閉掌子面，噴射混凝土厚度10cm。

2.4 初期支護措施

初期支護采用HW175型鋼鋼架，間距0.5m/榀，各臺階連接處設置擴大拱腳，鋼架每個連接處設置兩對4根4m長φ42注漿鎖腳錨管，基底邊墻腳每榀鋼支撐設置4根4m長注漿鎖腳錨管，鎖腳錨管應與鋼架有效連接。有效控制拱腳下沉。

開挖進尺每循環0.5m，開挖后視巖體穩定情況，是否采取初噴工序，初期支護拱墻噴射C30混凝土，厚度26cm，φ6鋼筋網（網格間距25cm×25cm）。

系統錨桿采用φ42注漿錨管，長度4m/根，縱環向間距1m×1m，注漿錨管應與鋼架有效連接。噴射混凝土完成后施作，待監控量測穩定后采取徑向注漿。

3 監控量測的應用

監控量測是一項系統工程，監測工作的成敗與監測方法的選取及測點的布置直接相關。石筍山隧道進口DK230+040～+100段Ⅵ級圍巖，采用三臺階臨時仰拱九步開挖法施工。

3.1 拱頂下沉及凈空變化測點布置

《鐵路隧道監控量測技術規程》監控量測測點斷面間距布置Ⅵ級圍巖為5～10m，施工過程中實際布置斷面間距為3m。拱頂下沉測點和凈空變化測點布置于同一斷面，三臺階臨時仰拱法測點布置為拱頂下沉每段面一個，凈空變化每臺階一條水平側線。測點采用Φ20鋼筋埋設，采用全站儀+反光貼片非接觸量測法。

3.2 地表沉降測點布置

地表沉降測點布置前，首先放樣布置測點里程及布點范圍，然后對測點布點處地表注漿止漿板進行鑿除，確保沉降測點布置到原地層，真實反映沉降數據。地表沉降測點和隧道內測點布置在同一斷面里程。縱向間距3m，橫向間距3m（45°角范圍）。

3.3 拱頂下沉及凈空變化規律

圖4 工序施工監控量測變化規律

（1）上、中、下臺階初期支護鋼支撐未重合之前

上臺階拱頂下沉及水平收斂，中、下臺階左右兩側超前導坑未與上臺階初期支護鋼支撐重合之前，拱頂下沉及凈空收斂值均在允許范圍之內。

（2）中、下臺階開挖

中、下臺階左右兩側超前導坑一旦開挖，拱頂下沉立即加大，甚至超限，施工過程中，必須嚴格控制各級臺階核心土長度，及時施作臨時仰拱，確保各級臺階閉合成環。

（3）仰拱開挖

仰拱開挖過程中，監控量測頻率改為30分鐘/次，監控量測控制仰拱施工過程。鋼支撐每個連接處縮腳錨管、臨時仰拱、斜撐等設置后，仰拱開挖沉降變形值在允許范圍之內。

4 施工注意事項

（1）隧道施工中，應嚴格按照監控量測實施要求及時進行量測工作，施工過程中嚴格堅持以量測數據指導施工。

（2）嚴格控制隧道安全步距，按照規范要求及監控量測分析結果，組織仰拱、二次襯砌封閉成環。

（3）預留核心土長度依據監控量測數據進行控制，監控量測數據超限時，及時施作臨時仰拱。

（4）臨時仰拱的安裝與拆除必須依據監控量測數據指導實施，不得為了確保施工操作便利等隨意拆除臨時仰拱。

5 結束語

隧道通過花崗巖全風化富水地層，特別是洞口淺埋地段，地層加固注漿極其重要。為了達到控制地表沉降、加固地層及封閉地下水的效果，石筍山隧道采用水泥-水玻璃雙液注漿，較好的控制了注漿冒漿的現象；高度重視監控量測在軟弱圍巖隧道施工的重要性，嚴格依據監控量測數據指導施工，特別是核心土的預留長度，臨時仰拱的安裝、拆除時間控制方面；采用三臺階臨時仰拱九步開挖法較好的控制了掌子面穩定，超前坑道對掌子面地下水源的超前引排等。

參考文獻：

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[2]中華人民共和國鐵道部.TB10121-2007，鐵路隧道監控量測技術規程范[S].北京：中國鐵道出版社：中國鐵道出版社，2007.

[3]關寶樹，趙勇.軟弱圍巖隧道施工技術.人民交通出版社，2011年.

作者簡介：

陳庚，性別：男，年齡：35歲，技術職稱：工程師，工作單位：中鐵五局一公司贛龍指揮部，聯系電話（手機）：15185051799，通信地址：福建省龍巖市古田鎮上郭車村中鐵五局贛龍鐵路GL-5標工程指揮部。