浅谈浅埋软弱围岩隧道施工技术

杨永峰

【摘要】长大管棚施工技术对于浅埋隧道进洞是安全、可靠的，本文中隧道洞口处于浅埋地段，采用了长大管棚进洞施工技术，施工效果良好，实现了安全控制。本文对其施工安全控制技术进行了具体介绍，望对类似工程起到一定借鉴作用。

【关键词】湿陷性黄土隧道；洞口浅埋段；大管棚超前支护

一、工程概况

杉木墩隧道地貌为典型土层及泥质粉砂岩地貌，岩质为志留系中统坟头组（S2f）泥质粉砂岩、粉砂泥质岩，此外分布有第四系坡残积层。隧道段属丘陵地貌，地形起伏大，山顶标高211m，地形北陡南缓，坡度35°～45°，隧道出口段土层及P1g灰岩，强～弱风化，地下水主要为孔隙潜水及岩溶水，较发育，斜坡较平直，斜坡坡度约45o，于里程DK750以上为缓坡阶梯状地貌。隧道起止里程为DK151+778.51～DK152+761；为全长982.49m双线隧道，隧道最大埋深约136m。隧道位于直线上，隧道内线路进口处为下坡，存在一个变坡点，变坡里程DK151+400，坡率为3‰。本隧道按新奥法设计和施工，在洞口浅埋段范围内为土层，孔隙水及岩溶水较发育，围岩不稳定。防水、防塌成为制约进洞施工的关键因素。施工中首先对洞口段进行反压回填夯实，再施作套拱及19m长大管棚对洞口段进行超前支护，然后再进行正洞开挖。

二、施工难点

（一）围岩软弱，隧底承载力不足

隧道进口围岩为碎石土、软塑状粉质黏土夹碎石，呈土（砂土）状，节理缝隙发育，富含地下水。开挖后补勘地质资料显示：进洞（DK151+778.51～DK1521+786.51）段结构基地位于粉质粘土和全风化泥质砂岩中，需采用换填处理，换填材料C20砼，并开挖至基岩面一下0.5m。隧底晶屑凝灰岩强风化、全风化层厚度加大，遇水软化，造成基底承载力（实测230kPa）不满足明洞和隧道的承载力要求（设计300kPa）。

（二）浅埋偏压，隧道横向位移

由于受地形、设计选线等多种因素的制约，隧道进口沿山坡等高线穿行，且地形较陡，隧道左右侧覆盖层厚度相差悬殊，侧压力大。特别是进口段，隧道覆盖层厚度较薄，且为坡积土，施工中有塌方冒顶和侧向挤压滑移变形的危险。根据该隧道浅埋偏压特点，增设了隧道横向位移观测项目，即沿隧道中心线，每5m设置1个观测点，每周用全站仪检测隧道横向位移情况。减少隧道横向存在不稳定因素，加大隧道安全施工稳定性。

（三）土体属松散土质，围岩自稳能力差

在隧道进口端明洞段开挖过程中，隧道开挖过程中，岩性接触带较多，洞顶厚度薄的部位及过渡段，洞身稳定性差。灰岩地段可能存在岩溶溶蚀发育区，浅埋地段以粉质粘土、全风化、强风化岩为主，顶板厚度小，侧壁不稳定，极易坍塌。DK151+980处埋深较浅，隧道覆盖层厚度20m～30m，且为S2f与S3m岩性接触带，工程性质差，岩质为泥质粉砂岩，砂质泥岩，岩体全风化，呈砂土状；弱风化，节理裂隙发育。地表水滲入土体中，在松散的坡积土层中滲流，形成空穴水路，一遇扰动即坍塌变形。

三、洞口浅埋段安全控制技术

（一）施工前处理

明挖段需回填部分根据实际情况土石或改良土进行回填密实，密实度不小于0.8，粒径≤15cm，不得有石块、灰渣及有机杂物，也不得采用膨胀性粘土，回填施工应均匀对称进行，分层夯实，两侧回填土面高差不得大于0.5m，人工夯实，每层厚度不得大于0.25m，机械夯实每层厚度不得大于0.3m。

（二）边、仰坡开挖防护

边、仰坡开挖采用人工配合机械施工，当开挖至离坡面20cm厚度时，采用人工修坡，严禁超挖，坡面设置坡度尺，每开挖一级平台，进行边、仰坡施工放样，控制平台尺寸及坡面坡率。开挖完成后，立即进行锚、网、喷防护施工，洞口以上第一、二级边、仰坡采用5m长药包锚杆，以上边、仰坡面采用3m长药包锚杆，锚杆间距为150*150cm，梅花型布置，φ8 钢筋网片，间距25*25cm，锚杆与网片进行焊接，网片与边坡面要设置垫块，保证其间砼厚度不小于3cm，总体喷射砼厚度不小于15cm。

（三）大棚管超前支护

在开挖面搭设作业平台，测量人员在开挖断面画出开挖五寸台，施工人员沿开挖轮廓线下5cm向外扩挖50cm宽30cm深沟槽，嵌入一榀I20a工字钢拱架，以利管棚施作。按设计施作φ108×6大管棚，超前大管棚外插角控制在3o～5o，管棚长19m，外露部分不小于0.5m。采用JXY-100钻机及M50锚杆钻机钻孔，UBJ-1.8擠压式注浆泵注浆。大管棚安装好后，外露部分50cm与钢拱架焊接牢固。沿隧道轴线方向架立6榀拱架，间距60cm，拱架间用Ф22连接筋焊接，环向间距1.0m。沿钢拱架内设挂板并浇注3m长50cm厚C20砼套拱，砼保护层预留5cm，左右钢拱架底脚部分采用地梁（俗称大拱脚）形式，增强支撑，以便于安全开挖马口。

大管棚施工：先用钻机钻深1.0m，直径Φ135mm（钻头直径130mm）的钻孔，安设固结导向管。通过导向管钻设Φ121mm孔，钻到设计深度时开始顶进Φ108mm管棚。管棚顶进时2m、3m错开使用。管棚注浆采用水泥浆。注浆应在钻孔下管完成后立即进行，以便在钻相邻孔时可做为当前注浆孔的检查孔。所有管棚钢管均以30号水泥砂浆充填，以加强钢管的刚度。

注浆参数：

单液水泥浆：W：C=0.8：1～1.5：1，注浆终压2MPa，注浆速度30～60L/min，凝结时间：10～15h，速凝剂加入3～6%。扩散半径在管棚注浆时为1m，而在工作面预注浆时为1.5m（工作面主要为坍方松散体）。

水泥砂浆：30号水泥砂浆，充填钢管和充填较大的坍方空洞。

（四）超前小导管

由于大管棚钻孔施工精度及钢管周围的注浆效果较难控制，易造成超挖。超前小导管作为CRD法的施工的工序之一，对进一步改善土体加固效果、保证开挖断面的完整性，也起到重要作用。

1、超前小导管设计

①超前导管规格：热轧无缝钢花管，外径50、42mm，壁厚4、3.5mm；

②小导管环向间距：40～50cm，纵向搭接长度不小于1m；

③倾角：外插角3.5。～10。；

④注浆材料：1：1水泥浆；

⑤设置范围：拱部140。范围。

2、小导管安装

将小导管按设计要求插入孔中，外露20cm支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。

3、注浆

注浆前先喷射混凝土5～10cm厚封闭工作面，形成止浆盘。单孔注浆压力达到设计要求值后，持续注浆10min，且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时，注浆方可结束。

结束语

浅埋隧道根据湿陷性黄土的特征一般采用台阶CRD法开挖。

施工前应根据设计文件提供的资料制定适宜的方案，在基本原则的指导下施工。进洞前应先修建边仰坡土石方、截排水工程等保证边仰坡稳定，减少雨水冲刷导致的洞口塌方。开挖前应先对隧道进行超前支护，湿陷性黄土隧道宜采用超强注浆小导管、超前注浆大管棚支护方式，一般布置范围为拱部周边轮廓外。利用管棚在洞口段形成连续的棚架防止初期松弛、土体坍落、地压扩大，加上管棚和注浆加固的共同作用，可基本保证围岩稳定。

参考文献

[1]郑伯，松左奇.湿陷性黄土隧道洞口浅埋段施工防塌方安全控制[J].四川建筑，2012年3期.

[2]夏鹏.大跨度黄土隧道洞口浅埋段支护效果研究[D].桥梁与隧道工程：长安大学，2010.