高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術探討

金樹坤 李攬月

（中交路橋華北工程有限公司 北京 101100）

將高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術靈活運用到實際施工中，能有效降低施工風險，提高施工質量，并且，這項技術能充分依據當時的地理環境和突發狀況靈活改變，增強了施工的可靠性，也為我國的高速公路事業建設建立了好的基礎。對于高速淺埋軟弱圍巖隧道施工技術的分析應該從各個方面入手，盡可能的詳細科學，努力做到為自己負責為他人負責。接下來本文將以大坡上隧道管棚施工為例，簡單介紹此項技術。

1 工程概況

大坡上隧道位于貴州省鏡內，是貴陽至黔西高速公路的全線控制性工程，此處地理結構復雜，整座山呈饅頭狀，山頂較為開闊，呈平臺狀，兩邊進出口則為陡峭的斜坡，且受到嚴重侵蝕。進洞口段表層為灰褐色粉質粘土、含碎石亞粘土，洞身的前半段圍巖主要是強、弱風化泥質粉砂巖，圍巖富水；后半段則為強風化泥質粉砂巖，這種巖層的節理裂層非常發育，需要填充泥沙，需要應用軟弱手法；到出洞口段時，巖石主要為弱風化泥灰巖及灰巖，屬于較軟巖類，巖體易破碎。并且此地位于一處正在發育的斷層中，內部巖體雜亂，開挖后極易產生崩塌現象。于是針對此現象，工作人員用大管棚做超前支護，將隧道設計為四車道上、下行分離式高速公路隧道，隧道凈高5.0m，在洞頂處的深埋，最深可達78m，最淺是22m。搭配合理的施工工藝，有效的防止了山體坍塌和地下水污染，保證了施工安全。

2 高速淺埋軟弱圍巖隧道施工方法分析

考慮到工程的施工周期、資金和當地的實際狀況等情況，整個工程被分為兩小隊，進口處的左右兩端同時進行，出口處從左端先施工，明暗洞的施工分別用明挖和新奧法原理進行，同時由于隧道洞口處為Ⅴ級圍巖，淺埋手法在實際應用中容易存在偏壓，因此在進口左右洞和出口左右洞中使用大管棚進行注漿，并且在洞口處立模澆筑混凝土拱圈，另外使用工字鋼拱架進行加固，時刻監視測量，以保證過程安全。隨后采用短臺階七步開挖法開始挖掘，開始向洞內施工。這種進洞方法是最常用的也是最安全的，利用管棚超前注漿加固周圍圍巖，能夠形成拱環效應，圍巖的整體受力得到有效提高，由此提高了圍巖的強度，這種套拱法不僅能有效抵抗偏壓，還能防止地面下沉、塌方等。

3 大管棚固定工藝

這項工藝通常會使用在軟弱地層或破碎巖層中，將鋼管打入其中，注入漿液，這里使用的漿液必須帶有一定的壓力，并且具有一定的凝聚時間，使得漿液能夠擴散到鋼管的四周，等到漿液開始膠結后，管棚周圍軟弱、松散的巖體也會隨之固結，進而提高了整體巖層的承受力，起到了一個承重保護的作用。

在進行大管棚施工時，先在洞口段進行套拱施工，隨后安裝導向管確定整體的施工方向，然后就可以搭建鉆孔平臺，安裝鉆機，調整好孔位后開始進行鉆孔，鉆孔結束后要進行第一次清孔，隨后將大管棚頂進開始安裝的鋼管棚內，并且進行第二次清空，將注漿的管道線路全部檢查完畢后即可開始灌漿，灌漿的過程中不斷攪拌漿液使其壓力達到需要的程度，如此一來整個大管棚的施工就完成了，期間一定要認真檢查每個細節確保安全，重點控制管棚的外插角和注漿壓力。

在施工中，管棚的具體使用情況也要根據實際來使用，在這項工程中，我們采用φ108×6mm熱軋無縫鋼管，每節長度為3m、6m，環向間距40cm呈梅花形分布。在進出洞口處采用長30cm的絲扣φ108×6mm熱軋無縫鋼管連接。在與路線縱坡的仰角1°~3°打進，預防管棚下沉。

4 大管棚施工步驟

4.1 確定鉆孔位置

采用兩臺地質鉆井機同時作業，一臺由拱腳向拱頂施工，一臺從拱頂向另一邊的拱腳施工。在開始施工之前，工作人員已經事先確立了測量放樣點，并且確定了導向管的傾角，鉆機只需要依照自身的管道的傾斜角度和方向，固定在測量放樣點上，然后依據導向管的角度確立自己的角度，確保鉆桿線與開孔角度一致，以達到鉆進的導向作用。

4.2 鉆孔

鉆孔時要采取鉆孔的形式，奇數孔先偶數孔后，這樣是為了防止坍塌，保證孔的質量?？椎闹睆綖棣?30mm，以便順利安裝φ108×6mm鋼管。鉆孔之前應將扶直器套在鉆桿上，防止鉆孔時上下顫動，保證孔的筆直。在連接鉆具的時候，一定要選取材質一樣的工具，這樣能夠保證連接處的強度、剛度和韌性，在這個工程中，連接套的壁厚應≥10mm。

在鉆孔過程中，要小力推進，并且每鉆進40cm時，就要推出機器，清掃一遍孔。當鉆進2~3m后，要加強壓力全速推進，在遇到巖層或孤石時，可適時增加鉆機的給進力，降低轉速。整個過程我們要隨時使用測斜儀測量角度，確保鉆孔方向的準確性。在清孔時使用2.5m長的φ43mm巖芯管進行掃孔，可以將碎渣清理的非常干凈。

4.3 頂管

頂管施工這項工作必須要及時進行，如果不及時進行頂管作業就很容易造成崩塌問題。在奇數孔打好后，及時安裝鋼花管或無孔鋼管，注入水泥漿，偶數孔也必須立即安裝鋼管，注入水泥漿。在對偶數孔進行安裝注漿的過程中還可以檢查奇數孔的泥漿情況，可以及時補充，對圍巖進行加固。因此在施工過程中，采用跟管鉆進，使鉆孔與安裝鋼管都在同一時刻完成。

4.4 管棚注漿

管棚注漿是整個管棚施工過程中最重要的一項施工內容，它直接關系著整個巖體能否承受得住。注漿通常是兩端同時進行，開始時濃度要低一些，然后逐漸增加濃度，其中注漿要采用分段注漿的方式，先對偶數孔注漿。在注漿前，要先在現場某一處進行實際實驗，然后根據實際效果和之前的數據相結合，調整以得到最合適的參數，在注漿后，要及時檢查結果，隨時觀察孔內的漿液量和注漿壓力。當每一個的孔內注漿都達到標準后，管棚注漿才算完成。

以下為注漿的具體參數：采用普通水泥單液漿，水泥采用32.5（R）普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1：1。注漿初壓力0.5~2MPa。注漿量估算公式：Q=πRk2Lηξ，其中：RK-漿液擴散半徑，取 RK=0.6Lo；Lo-鋼管中心間距；L-鋼管長；ξ取 0.85，為注漿飽滿系數；η-空隙率（%），η 的取值在不同的巖層中有不同的數據，例如在風化巖層中，η可以取2%~3%，巖石破碎帶中取5%~8%，在溶槽溶隙地層中取10%~l5%，粘土層則取20%~40%，砂土層取40%~60%。

5 資源配置

資源的配置包括設備和人員兩方面的調配。在這項工程中，我們主要用到的設備有地質鉆機、注漿機，KY-300型鉆機和YSH-3型雙液注漿泵。由于在管棚施工中，我們采用兩臺地址鉆井機同時作業，因此，人員的安排也應該分為兩部分，例如指揮人員、技術人員、注漿人員、灌漿人員等等的人數都是雙數，每個部分的人數都是相同的，以確保兩邊的進度相同。在這場工程中，一共用到了25名人員，人力消耗較少。

6 結語

總體來說，運用管棚施工避免了大坡上隧道在修建過程中可能會遇到的各種困難，在節省了人力資源的同時提高了質量，間接性的增加了經濟效益，避免了人力財力物力的損失，同時這次成功的案例也為接下來我國其他地區隧道的修建提供了豐富的參考價值，但是我們不應該止步于此，未來的日子里我們還會遇到各種未知的困難，所以我們要不斷創新，為社會創造更高的價值。