粘土堆积体隧道进洞施工技术

张洪伟

[摘要]通过对新金华山隧道进口复杂地质地段进洞施工实例，介绍了复杂地质地段隧道进洞施工技术，包括隧顶、隧底注浆、明洞暗做、引排地表水、大管棚施工等。

[关键词]新金华山隧道 软弱围岩 进洞施工技术

1 工程概况：

新金华山隧道全長4834m，隧道进出口里程分别为DK191+001、DK195+835，为时速200km客货共线铁路双线隧道，隧道内线间距为4.4m～4.546m。该隧道设一座长709.77m单车道斜井。隧道内纵坡为人字坡，进口～DK193+300段位于3‰的上坡，DK193+300～出口段位于3‰的下坡。隧道内铺设有砟轨道，直线地段轨道结构高度为766mm。

隧道最大埋深约510m，围岩级别为：Ⅱ级围岩占38%，Ⅲ级围岩占32%，Ⅳ级围岩占18%，Ⅴ级围岩占12%。隧道绝大部分地段地下水较发育。隧址区存在断层破碎带6条及岩层分界线2条。

2 隧道特点及施工方案

2.1 工程特点及难点

（1）新金华山隧道进口地形为三面环山，隧道进口段位于山体多年冲刷坡积体带，为常年汇水流经处，隧道进口DK191+001～DK191+180段附近地质为巨厚层坡前堆积体，堆积体赋存年代较长，分布范围大。DK191+100～DK191+220段隧道线路正上方淤泥层达到6.5米以上，据当地村民描述，此段为淤泥域，平均宽度20米；长度约120米，以前为大冲沟，常年淤积而成，一直延伸至仰坡顶。（见图1）

（2）洞口堆积体地层主要由卵石土、碎石土、含砾粉质粘土、沙层、红粘土等混杂构成，土层成份复杂不均。雨季期间土体饱和富水，容易形成大大小小的泥囊，自稳性极差。各层土石在横向、竖向及沿线路方向分布情况差异大。线路左侧地质表层为第四系粉质粘土，夹粒径5～50cm砾（卵）石；下部为红粘土层；表层向右侧逐渐变为褐色流塑状粉质粘土，具有高膨胀性，自由膨胀率为42～45%，局部有泥水囊；洞顶地质基本为粘土层和碎石土，自稳性差。（见图2）

（3）该隧道进口段隧道基底位于红粘土地层，承载力仅为150kpa，需进行基底加固处理。下伏有灰岩地层，岩溶发育。灰岩土石分界面起伏不定，岩溶发育情况复杂。

（4）DK191+070～+110段围岩级别为Ⅵ级，DK191+110 ～+180段为Ⅵ级围岩影响段。

2.2 进洞施工方案

针对上诉不利因素及实际施工条件，制定了行之有效的施工方案，主要的加固方案措施为：加强进口段地表接排水措施；增加对隧道进口VI级围岩及其影响段地层加固，即对DK191+070～+160段的地表袖阀管注浆加固措施，以降低地层的渗透系数，提高隧道开挖中的围岩稳定性；对DK191+001～+120段隧底承载力不够的红粘土等地层和岩溶发育的灰岩分别进行刚性袖阀管注浆和岩溶注浆加固，以提高基底地层承载力、填充溶腔溶槽，避免隧道沉降确保隧道结构稳定；对进口段暗洞支护措施适当加强；对已开挖边仰坡加紧施作框架锚杆等加固防护；加长洞口护拱并回填反压。

3 施工方法及施工工艺

3.1 洞顶地表注浆加固

隧道DK191+070～+160段增设地表袖阀管注浆加固措施，以降低地层的渗透系数，提高隧道开挖中的围岩稳定性。（袖阀管注浆见图3、4）

（1）隧道DK191+070～+160段采用地表袖阀管后退式注浆加固措施，其纵向注浆段落长90m，横向注浆范围为隧道中线至两侧各15m，竖向注浆范围为拱顶至拱顶以上10m。

（2）注浆孔布置采用正方型布置，间距为1.5m*1.5m，注浆孔开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于91mm。袖阀管采用Φ50PVC塑料管。

（3）袖阀管全长设置，袖阀管与钻孔间空隙采用套壳料封堵，袖阀管注浆采用分段分浆液多次注浆；钻孔和注浆可以同步进行，注浆孔距钻孔距离必须大于6m。注浆压力：0.5～1.0MPa。

（4）注浆施工前应开展注浆试验，合理选择注浆工艺，合理确定注浆压力、浆液配比、单位注浆量等相关参数，确定停止注浆的条件等。

3.2 隧道基底注浆加固

基底软基（红粘土等地层）注浆用于提高地层承载力，注浆加固后的地层承载力不低于200kPa；岩溶注浆用于封闭土石分界面溶蚀发育带，并对溶腔溶槽予以充填。

（1）注浆范围： 纵向注浆段落里程：DK191+001～+120；横向注浆范围：隧道底部横向宽度； 竖向注浆范围：按照“探灌结合”的原则确定注浆加固深度，总体按以下两种情况考虑： a.当探孔确定隧底以下25m范围内赋存灰岩岩溶发育区，注浆深度为隧底以下25m、并加固至溶洞底以下完整基岩不小于1.0m（如现场钻孔在土石分界线附近遇溶洞且其下难以找到1m厚连续完整基岩，须四方现场确认地质，并相应调整），土层内遇土洞需注浆回填。 b.当探孔确定隧底以下25m范围内不存在岩溶时，注浆深度为隧底以下10m。

（2）注浆孔布置采用正方形布置，孔间距约1.5m*1.5m（横向一排8孔）。注浆孔开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于91mm；孔口管采用长1m的Φ108mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管，孔口管预埋在仰拱及其填充层内。孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。

（3）基底软基（红粘土等地层）加固采用L=10m、Φ50刚性袖阀管注浆，注浆管管体为热轧无缝钢管。袖阀管与钻孔间空隙采用套壳料封堵。袖阀管注浆采用分段分浆液多次注浆。注浆材料：水泥浆液，水灰比0.8：1～1：1。

（4）基底注浆总体上采用"探灌结合"的注浆处理原则，现场施工时，应首先实施先导勘探注浆孔。然后根据先导孔资料确定注浆段落、深度及注浆参数，注浆加固应按建设单位制定的《赣龙铁路扩能改造工程隧道注浆施工管理细则》及有关程序文件和作业指导文件进行施工，基底注浆采用袖阀管分段后退式注浆。岩溶区一般采用后退式注浆，当岩层破碎容易造成坍孔时可考虑采用前进式注浆。注浆浆液一般采用普通水泥浆，水泥浆液水灰比为1：1。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌注砂砾石（吹沙回填）或稀水泥砂浆对腔体进行充填，再采用水泥浆液或双液注浆，全充填溶洞一般采用水泥浆注浆。

（5）注浆压力：红粘土地层一般为2～2.5MPa，岩溶地层基岩中为不小于0.1～0.3MPa，岩土界面附近逐步加大至0.3～0.5MPa。由于单位注浆量与注浆孔距、注浆压力、浆液浓度以及岩溶的发育程度密切相关，注浆施工前应进行现场注浆试验，合理选择注浆工艺，合理确定注浆压力、浆液配比、单位注浆量等相关参数，确定停止注浆的条件等。

3.3 隧道防排水系統

隧顶地形为三面环山，隧道进口段位于山体多年冲刷坡积体带，为常年汇水流经处，据当地村民描述，此段为淤泥域，以前为大冲沟，常年淤积而成，一直延伸至仰坡顶。此段必定给隧道施工带来很大的不利因素，所以我部确定对此沟进行防排水处理，处理原则：以排为主，防、排、堵相结合。

具体措施是：

（1）在洞顶原冲沟处开挖集水渗沟，深度至淤泥底，沟壁采用50cm厚M10浆砌片石砌筑，沟壁布设渗水口以汇集地下渗水，排至洞顶截水天沟。

（2）两侧山体坡脚设置浆砌排水沟，防止地表水进入集水渗沟；

（3）渗水沟内填充碎石，顶面1.0米填筑土，防止地表水渗入。

3.4 仰坡注浆固结、喷射混凝土支护

在洞口段开挖前，先对洞口范围仰坡及开挖面进行小导管挤密固结并喷射混凝土防护，边仰坡喷射混凝土采用挂网喷锚，锚孔插入局部小导管（Φ42、长4m），小导管出露端与钢筋网焊接成整体。挂钢筋网前进行小导管注浆施做，小导管梅花形布置，间距1.0 m *1.0m。喷射混凝土厚度10cm，Φ6钢筋网间距25cm*25cm。

3.5 超前大管棚预注浆

（1）洞口段设计为3榀I20a的工字钢混凝土套拱，间距80cm。厚度为60cm。洞口段设计为φ108*6的长管棚，管棚长度为50米，共计48根。

（2）在套拱施工时，预埋140*6的孔口管，孔口管长度为2米，外插角为1～2°，孔口管与工字钢焊接成整体，并用φ16的钢筋固定。长管棚设计为2种，分为有孔和无孔两种，在施工中应先施工有孔钢管，注浆后在施工无孔钢管。长管棚采用潜孔钻钻孔。在钻孔中调整好钻孔角度，钻孔角度保证向上倾角为2°，确保管棚不得侵入隧道净空。管棚注浆材料采用水泥净浆，水灰比为1：1，注浆压力为2.0MPa。浆液扩散半径要求不小于0.5m，在孔口设置止浆塞。管棚在加工中，底部做成尖角形，方便管棚的安装。

（3）管棚钻孔钻孔采用潜孔钻机。钻机通过脚手架及平台固定，尽量降低钻机的安装高度，确保钻机的稳定性，保证钻杆平行于导向管方向，以确保钻孔的方向。钻孔间隔进行，下管后再返回钻剩余的孔。钻孔前对孔进行编号，施钻时先奇数、后偶数。

（4）安装长管棚用Ф60mm岩芯管进行扫孔，以清除孔内碎碴和顺孔，以便钢管顶入。

（5） 注浆用注单液浆泵注浆，注水泥浆前在注浆浆钢管中安设导气管， 确保浆液注满。注浆时，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，并采用定量注浆法控制注浆量，注浆过程中采用奇、偶数钢管间隔注浆。

3.6 明挖段护拱施做

为了提高洞口段开挖时围岩及洞口边仰坡的稳定性，在进洞开挖前，于开挖轮廓线外浇筑一段砼护拱，护拱长度20m、厚度50cm的C30混凝土，护拱内设置HW175型钢钢架，间距1m。钢架间采用钢筋连接，并与洞口施工完成的长管棚预留段焊接形成整体，起到管棚支撑作用。（见图5）

3.7 进口DK191+090～+180段暗挖施工支护措施加强

洞身穿越的DK191+090～DK191+180段位于常年汇水的洼地，地下水丰富，地质情况为碎石土、砂层、红粘土等混合体，对洞身开挖造成了较大的安全隐患，且围岩具有弱膨胀性，为确保施工安全和支护结构稳定，采取以下加强支护措施：

（1）切实做好洞口段长管棚预支护，有效稳定掌子面。

（2）进口～DK191+180段暗洞初期支护系统采用HW175钢架，纵向间距加密至 50cm一榀。

（3）为对治进口段弱膨胀性围岩，该段开挖时适当加大预留变形量（不超过50cm），并根据变形情况酌情调整预留变形量；系统锚杆加长，采用L=6m、φ22组合式锚杆。

4 施工注意事项

（1）本隧道进口DK191+040～+160段地质条件复杂，隧道结构所受松散土石的荷载大，该段施工中应密切关注围岩和支护变形情况，做好监控量测，酌情加强初期支护，按设计要求对隧底实施注浆加固，必须待初期支护变形稳定后方可施作二次衬砌，必要时可对二次衬砌进行加强，确保隧道结构安全稳定。

（2）施工之前制定施工抢险预案，施工中应加强监测，监控量测信息应及时反馈设计单位，以便调整和控制设计参数，并为是否启动预案提供依据。

（3）隧道开挖施工期间现场应预备注浆设备及备足相应的注浆材料。

5 结束语

经过我部的精心组织及快速施工，顺利地通过了新金华山隧道进口松散、软弱、浅埋地段的进洞施工，施工中总结以下几点，望对其他隧道进洞施工提供几点参考：

（1）施工中严格贯彻“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的原则，并根据实际情况进行施工方案的调整。

（2）在开挖施工中，严格按照设计、规范及确定的施工方案进行施工，减少对围岩的扰动，快速通过危险地段，及早进行后续衬砌施工，形成闭合环，确保后续施工安全。

（3）加强隧道围岩量测频率，为后续工程施工方案的确定提供依据。

（4）加强初喷混凝土的施工质量，使初喷混凝土能够起到改变围岩应力分布，发挥自然拱的作用。