隧道浅埋地段围岩加固技术研究

李明

【摘要】隧道浅埋隧道大部分属于特殊地形，它具有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩、难以形成承载拱等不利因素，严重影响了浅埋隧道的施工工程质量。本文即结合具体工程案例详细阐述了隧道浅埋地段围岩加固技术。

【关键词】隧道；浅埋；软弱围岩；加固；加强超前小导管

一、工程概况

胡麻营隧道全长403 米，该隧道所经地形起伏不大，地表大部分地段基岩裸露，洞身沟谷发育，且大部分为厂区和城市居民区，隧道最大埋深约56m。其中，隧道下穿厂区三处浅埋地段设计为长管棚施工， 浅埋地段岩层分布有全新统洪积粉质黏土，角砾土和人工填筑碎石土，强风化石英云母片岩，为 Ⅴ级围岩，成洞条件差。地表覆盖层人工填筑碎石土，层厚约 3m，浅埋段地表有流水沟经过，地表民房及厂房密集。

二、隧道浅埋地段围岩加固的相关技术

（一）三台阶临时仰拱法

工艺原理：三台阶临时仰拱法所采用的施工方法是2层短台阶、1层长台阶分开平行开挖。混凝土仰拱和初期支护封闭是为了保护围岩自身承载力，有效控制初值支护变形，通过监控量测数据反馈施工来及时调整支护参数和二次衬砌混凝土的施工时间。

三台阶临时仰拱法与传统施工方法相比，可以多个作业面平行作业，初期支护工序操作便捷，有利于机械化快速施工，适应性也高于传统施工方法。采用短台阶，分步平行开挖，爆破施工分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少对围岩的扰动，又充分利用时间，还增加了爆破临空面，降低炸药消耗。分步平行施作拱墙初期支护，混凝土仰拱超前施作及时闭合构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形。全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量。监控量测信息反馈指导施工，及时调整支护参数。本文所研究的隧道开挖过程中，三台阶临时仰拱法分为上、中、下台阶和仰拱四部分，4个开挖面，4个不同位置相互错位同时开挖，在分部时同时支护，进而形成支护整体。不仅可以逐步推向纵深，最重要的是可以有效缩短作业循环时间。其实质是利用核心土施压于掌子面，尤其拱脚处的特殊设计提高了钢架支护的稳定性，也增强了初期支护强度，对受力结构起着完善作用。

（二）CRD施工法

CRD 施工法采用预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室，之后对四个小洞室展开分部施工，遵循以下施工原则：小分部，短台阶，短循环，快封闭，勤测量，强支护。随挖随撑，及时做好初期支护。然而这种施工工艺分布较多，不利于机械化作业，后续开挖和拆除支护会影响前面施工形成的力学平衡体系，多次改变围岩应力，可能会出现较大的变形量。一般软岩浅埋隧道会出现拱部围岩受拉区连通，破坏洞体稳定性，临时支护中钢架、锚杆、网片及喷砼强度都按照永久性支护体系参数执行。由于始终保留1.5 m 长核心土，为增大未封闭前的拱脚接触面积。在两拱脚位置支垫8 cm 厚，30×30 cm 规格的木板，控制拱脚的下沉速率。CRD 法施工中临时支护的拆除，应在全断面完成闭合，各断面位移基本稳定后，才能拆除。

三、超前小导管加固施工技术

（一）方案选择

采用加强小导管超前短管棚施工技术主要利用了加强小导管施工取消了长管棚施工时的洞内开挖工作室，减小了开挖断面；增加超前小导管前后循环的搭接长度，使超前小导管与工字钢架构成棚架体系。工期方面，按照加强超前小导管正常施工，下穿农科所单向掘进施工工期约3个月，下穿厂区单向掘进施工工期约2.5个月，厂区双向掘进工期约1.5个月；成本方面，按照380m双层超前小导管，综合费用约912万元。

（二）加强超前小导管技术原理

1、施工安全性强

加强小导管超前短管棚取消了长管棚施工时的洞内开挖工作室，减小了开挖断面，且增加超前小导管前后循环的搭接长度，从而有效地减小了杆体的变形，防止围岩的崩塌，并有效控制地表沉降。

2、形成加固圈即壳效应，就是通过超前小导管配合水泥—水玻璃双液注浆在拱部140°范围的开挖轮廓线四周形成一定强度和厚度的水泥浆加固拱，以提高围岩自承能力和稳定性。

3、使超前小导管与工字钢架构成棚架体系，使浅埋段开挖始终在超前小导管梁体效应的支护下采用合理的开挖方法分部、分台阶开挖，安全可靠，超前小导管施工钻孔浅而快，并且可使用多台钻机同时施钻，从而在确保安全的前提下加快施工进度。

（三）加强超前小导管施工工艺

拱部140°范围内采用小导管短管棚预注浆超前支护，加固土体，维持掌子面稳定，改善开挖面条件，增强围岩的自承载能力，控制地层变形。

1、小导管加工及制作

小导管采用42，壁厚4.0mm，长为3.5m的热轧无缝钢管，在管身设注浆孔，孔径6mm～8mm，孔间距15cm，梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。

2、小导管打设及安装

钻眼沿隧道开挖面5°～10°外插角布置，环向间距30cm，上下两排梅花形布置，前后两环小导管搭接长度不小于2.0m。每3榀钢架施作一循环。开挖后及时施作锚喷和钢支撑，并封闭掌子面，将导管端头焊接在钢支撑顶部，以形成整体。

3、注浆施工

注浆工艺设计：注浆采用水泥—水玻璃双液浆注浆，水灰比为1∶1，并按1∶1体积比例配制双液，注浆压力初始压力为0.5MPa，因软弱围岩浅埋段部分压力一次达不到设计压力2MPa，可分次注浆，在初始注浆初凝达到一定强度后，再二次注浆，当注浆表针压力达到2MPa时注浆结束。注浆采取由低孔位向高孔位，由拱脚到拱顶的顺序进行。通过注浆固结软弱和松散岩体，使围岩强度和自稳能力得到提高，并将导管外露部分支于拱架上，共同组成预支护系统。

（四）施工要点及注意事项

1、浅埋段采用加强超前小导管替代长管棚支护，施工关键是确保小导管每循环搭接长度及小导管尾部与钢架的焊接质量，控制开挖循环进尺，保持小导管搭接长度不小于2.0m，確保超前小导管不悬空，保证其杆体梁效应。

2、初期支护完成后及时施作仰拱，尽早封闭成环，改善围岩的应力及变形状态。加快二次衬砌，以有效地控制围岩变形。

3、对隧道表水的处理

依据该隧道工程进度，把上台阶的开挖里程工作准备好。并从在浅埋段30m开始做好对浅埋段地表的排水组织处理工作。具体可以按照这样的方案进行：

（1）组织现场测量和查看

把设计图纸与现场地质地貌结合好，关键是做好隧道浅埋段地表横纵断面的相关测量工作。充分了解浅埋段隧道的实际埋深度，有针对性地做出相应的工作方案来。

（2）做好地表的排水工作

要在左、仰坡的外围建设排水沟，还要把地表所呈现出的散状水，经过拦截汇流入槽后就排出来。可以对排水沟采用M7.5浆砌片石砌筑，其基本尺寸为120cm×90cm，净空宽60cm、深60cm。在此基础上，解决好由于这一处位置在自然的冲沟之处，必须建设好一条宽×深=30×30cm的辅助排水沟，彻底解决好地表排水这个问题。

结语：综上，加强小导管超前短管棚施工技术主要利用了加强小导管施工，取消了长管棚施工时的洞内开挖工作室，减小了开挖断面；增加超前小导管前后循环的搭接长度，使超前小导管与工字钢架构成棚架体系，使浅埋段开挖始终在超前小导管的支护下加快施工进度。对相同或类似工程具有一定的借鉴意义，具有较好的社会经济效益。

参考文献

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[2]李德章.复杂环境下超浅埋地下通道施工技术研究[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2011.2.

[3]周伟.浅谈隧道监控量测在软弱围岩中的应用[J].科技资讯，2011.9.