淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術研究

張玉濤

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030000)

我國交通事業發展可謂日新月異，隧道數量不斷增多，但在實際的隧道建設過程中經常可能遇到不良地質，如偏壓淺埋和軟弱圍巖等。為保證處于不良地質段中的隧道施工得以安全和順利進行，有必要結合隧道實際情況，深入探討其施工技術。

1 工程概況

某隧道工程雙向全長約4.752 km，左、右幅全長分別為2.352 km和2.355 km，在整個線路中為長度最大的隧道。但該隧道處在復雜程度較高的軟弱圍巖段，且開挖斷面很大，施工難度高，對施工技術提出了極高的要求，需針對實際情況，制定合理可行的施工技術。

2 施工技術

2.1 圍巖量測

對隧道圍巖進行監控量測作業的目的為：

(1)基于圍巖動態狀況，為之后的綜合評價分析提供可靠依據；

(2)確定具體的支護形式與各項技術參數，包括支護施作的時間等；

(3)對支護結構體系將其受力情況做深入調查，由此得出應力分布狀態；

(4)對支護結構體系是否安全與合理進行綜合評價。

實際施工中，通過對圍巖周邊收斂及拱頂下沉等的分析，發現部分地段由于變形產生的裂縫等具體問題，然后通過對支護技術參數的適當修改，包括加固支護和施作臨時仰拱來防止安全事故或質量問題的發生[1]。

2.2 支護施工

(1)輔助施工措施

該隧道利用直徑為42 mm的導管進行超前注漿加固，共布置兩層。導管的長度在4.5～5.0 m范圍內，按照0.4 m的環向間隔距離布置。

(2)初期支護

初期支護是偏壓隧道施工主要環節之一，支護必須與隧道開挖緊密銜接，即每完成0.8 m的開挖，即做相同長度的支護，且支護要達到相關要求，以免侵占至二襯斷面。在對上導坑做開挖處理的進程中，宜先布置小導管，再予以超前注漿處理，然后通過鋼格柵的設置及噴錨形成完整的支護體系。鋼格柵主要以螺紋鋼管為原料加工制成，完成安裝后，用拉結筋連起來，使格柵成為完整支護體系。將螺紋鋼筋作為錨桿，單節長度為3 m，按照0.8 m的縱向間隔距離和1.0 m的環向間隔距離布置。鋼筋網片的間隔距離為橫、縱向20 cm，設置完成后立即噴射一層厚度為20 cm的C20混凝土，將整個鋼格柵包住，但要注意鋼格柵之間的凹陷部位也要進行掛網，然后予以分層噴射。支護施工中，應適當增加噴射厚度，促使鋼格柵與其它支護結構形成完整體，促使聯合支護體系最大限度發揮自身作用[2]。

(3)其它控制措施

除以上支護措施外，該隧道施工中還需采用如下其它控制措施。

①對爆破施工中的用藥量予以嚴格控制，以免給隧道圍巖造成太大的擾動。

②盡可能早的封閉所有暴露的圍巖，在洞身開挖完成后將洞頂存在的危石及時清除，并通過混凝土噴射加強支護，噴射厚度需達到4 cm，然后進行拱架的設置、錨桿打入和掛網再次噴射混凝土。

③在沉降相對較大的部位通過設置臨時性的仰拱來控制沉降，也可采用設置套拱的方法來實現。

④為預防下部開挖進程中出現拱部崩塌現象，要在上部支撐的拱腳向縱向設置托梁(采用槽鋼加工而成)，并借助鎖腳錨桿來鎖定[3]。

⑤下部開挖結束后，按照10 m的間距對仰拱進行混凝土澆筑。

2.3 地表水處理

根據隧道施工進度情況，將上臺階開挖到與淺埋段相距30 m的位置后，對淺埋段地表存在的積水進行處理，具體的處理方法為。

(1)以設計圖為依據，結合現場具體狀況，測量淺埋段地表的橫縱斷面，以此確定該段隧道具體埋深，為方案的編制提供參考依據。

(2)在隧道邊坡和仰坡的外圍進行排水溝的修筑，使地表水進入到槽后集中排出。排水溝主要利用漿砌片石進行砌筑，其寬度和深度都應達到60 cm。當有自然沖溝存在時，還需設置深度與寬度均為30 cm的輔助排水溝。

2.4 深孔注漿

隧道開挖作業以前，為預防地下水給開挖帶來太大影響，還應組織進行地下水的處理。該隧道工程所用處理方法為深孔注漿，該方法可以細分成兩種，即深孔充填注漿與深孔劈裂注漿[4]。

(1)注漿前準備工作

對隧道工程地質、鉆孔排渣、鉆孔推進時受到的壓力、鉆進速度、鉆進長度對應的出水量等進行分析，以此確定前方地質構造和巖性，并明確水源的具體位置與水量，然后結合分析成果，確定適宜的注漿材料[5]。

(2)注漿參數確定

漿液的擴散半徑需達到1～2 m，單、雙液漿的凝膠時間分別應達到2～8 h和0.5～3 min，注漿速度按照10～110 L/min控制，注漿完成時的壓力應達到2～4 MPa，具體注漿量采用以下公式計算確定

Q=πR2hnα(1+β)

(1)

式中:Q為單個注漿孔單個段落的注漿量，單位：m3；R為漿液擴散半徑，單位：m；h為注漿分段長度，單位：m；n為地層空隙率或裂隙度，對于裂隙帶，一般取2%～5%，對于斷層破碎帶，一般取10%～20%，對于砂層與充填型溶洞及巖溶發育帶，一般取30%～40%；α為地層空隙(裂隙)的充填率，一般取70%～80%；β為漿液損失率，對于裂隙帶與斷層破碎帶，一般取5%-20%，對于砂巖與充填型溶洞及巖溶發育帶，一般取10%～20%。

(3)設置止漿墻

由于開挖面的圍巖相對軟弱，如果注漿壓力很高，則會導致開挖面產生垮塌，影響注漿效果及施工安全，因此必須做好止漿墻的設置。

(4)鉆孔

鉆孔借助液壓鑿巖車、地質鉆機及錨桿鉆機進行，將孔口管作為鉆孔導向管，注漿設計時，根據注漿段的長度及具體的加固范圍進行。

(5)注漿

注漿按照從上到下和從外到內的順序間隔跳孔進行，先在孔口管處設置注漿混合器實施洗孔試壓，然后將孔眼中的鉆渣清除干凈，使注漿通道保持順暢，之后連續注水2～3 min的時間，使圍巖的孔隙達到順暢。對于處在軟弱和斷層帶中的隧道圍巖，優先考慮使用純水泥漿進行注漿，在注入一定數量或壓力達到一定狀態后，開始注入雙液漿。如果在注入純水泥漿的過程中發生嚴重泄漏，則要更改注漿順序，即先注入雙液漿，然后再進行純水泥漿的注入。注漿施工中，可通過對注漿材料及注漿參數的適當調整來保證最終的注漿質量。

2.5 開挖施工

待超前支護注入的水泥漿實際強度不低于85%之后，方可開始開挖施工。因該工程存在一定特殊性，所以設計決定在環形開挖的同時進行預留核心土，先按上臺階輪廓線進行開挖，在循環進尺達到0.5 m后進行錨噴支護，在噴射的混凝土實際強度達到要求后，再對核心土進行開挖。對外輪廓進行開挖時，由人工使用風鎬進行，若在部分段落遇到堅硬的巖石，可通過弱爆破使其預裂，再采用人工開挖。核心土的開挖可借助挖掘機進行，若在部分段落遇到堅硬的巖石，也可通過弱爆破使其預裂，然后再用挖掘機繼續開挖。

2.6 洞口段施工

為確保安全進洞，需采用套拱。當進出口處的地質條件相對較好時，需在做好邊仰坡的清理的同時，通過掛網和混凝土噴射予以封閉，并在拱部設置超前錨桿。對于處在地下水和地表水相對發育地段的洞口，需通過超前小導管的設置來加固圍巖，以此從根本上保證施工安全。

2.7 正洞施工

在IV和V類圍巖段進行施工時，需嚴格遵循短進尺、少爆破、快支護、勤量測、緊襯砌和早成環的原則，盡可能縮短臺階的長度，并在人工開挖基礎上輔以機具配合。結合圍巖實際情況，通過超前錨桿支護保證圍巖穩定性。如果開挖時遇到覆蓋層厚度較小且處于松散狀態容易發生破碎的圍巖，則還要借助導管進行超前注漿來加固。在III類圍巖段進行施工時，可根據現場情況對臺階長度予以適當加長。

3 隧道施工安全保證技術

3.1 一般安全技術

(1)所有工作人員都要在進洞之前按照要求戴好安全帽與其它各類防護用品，并遵章守紀，嚴格聽從現場指揮人員的指揮；此外還要加強安全保衛工作，嚴禁任何閑雜人等進入施工現場。

(2)進洞之前做好登記，并積極接受現場值班人員的檢查，由班組長進行點名，同時嚴格執行掛牌制度。

(3)在施工過程中如果發現洞內存在險情，應立即由專職安全員和工班長在有險情的地方設置標志，并指派專人看守，同時向領導人員報告，及時采取有效處理措施。如果險情較為嚴重，還應組織人員撤離到安全地點。

(4)在洞口或其它適當的場所布設應急救援材料倉庫，將救援工作所需各類物料準確齊全，包括防火物資、防水物資、支撐材料與各類工具等，所準備的物資質量應合格，不可擅自挪動，并在使用完成后立即補充。

(5)在隧道掘進過程中應做好地質超前預報，尤其是淺埋段必須指派專人實時觀測地面產生的變化，以保證施工安全。

3.2 土石方施工安全保證措施

(1)在洞口段進行土石方開挖施工時，應密切留意坡面是否穩定，在每次開工前和完工后，都要檢查坡面、坡頂及其周圍，當發現裂隙或塌方等情況時，應立即停工并加以處理。

(2)開挖施工務必嚴格按照從上到下的順序進行，避免由于開挖不當導致坍塌。

(3)在洞口段進行土石方施工的過程中，應做好截排水，隨時進行檢查，確保開挖區的排水系統能夠保持通暢，同時和既有的水系良好連通。

(4)在巖石較為破碎且土質松軟的部分進行開挖時，注意開挖面不可過大，也不可能長時間暴露，及時做好防護處理，以免發生坍塌傷人事故。

(5)施工中加強機械設備現場組織與指揮，確保道路保持通暢，避免發生機械設備碰撞事故。

3.3 開挖施工安全保證措施

考慮到該隧道所處地段的地質條件復雜且特殊，存在很多不安全因素，故施工中應加強超前地質預報，編制完善的工程預案，并提前采取有效措施，保證施工安全。

(1)當在濕陷性黃土段進行錨桿鉆孔施工時建議采用干鉆的方法，同時加強施工過程中的用水管理。對施工用水予以嚴格控制，不可亂排亂放。結合現場地質條件，采取其它技術措施保證工程質量。

(2)按照超前物探、預先支護、縮短開挖、快速噴錨、勤加量測和盡早襯砌的基本原則進行施工，編制合理可行的開挖方案。

(3)在超前鉆孔基礎上輔以地質雷達或地質素描等方法開展超前地質預報工作，以準確探明前方地質情況，然后結合探測結果制定有效的技術措施。

(4)在淺埋段進行開挖施工前應采用超前小導管注漿等方法進行可靠支護，其施工工藝流程如圖1所示，并在施工中切實遵循弱爆破、短開挖、強支護、早封閉和勤量測的基本原則，保證施工質量與安全都能達到要求。

圖1 超前小導管施工工藝流程

(5)施工中加強圍巖監控量測，在要求的監控量測頻率基礎上適當加密，以掌握圍巖的動態。噴錨支護施工應嚴格按照設計要求進行，嚴格控制圍巖自身變形量，避免坍塌。施工中指派專人負責，加強現場安全警戒，防止突發事件產生。

4 結 語

綜上所述，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道數量不斷增多，且規模也在不斷增大，使此類隧道施工有了更高的要求。目前，該淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工已經順利完成，不僅過程順序，而且安全穩定，質量合格，說明以上施工技術合理可行，值得類似隧道工程參考借鑒。