喀斯特地区软弱围岩隧道超前加强支护及综合效果分析

党 莹

（中铁二十局集团第二工程有限公司 北京 100142）

喀斯特地区软弱围岩隧道超前加强支护及综合效果分析

党 莹

（中铁二十局集团第二工程有限公司 北京 100142）

大独山隧道为I级高风险隧道，地质条件复杂，不可预见地质灾害较多，致使施工实际揭示围岩情况与设计存在较大出入。大独山隧道地层岩性通过关岭组一段，围岩岩性为泥岩、泥质灰岩，岩质较软，含泥量严重，节理裂隙发育，地下水发育，岩体遇水后软化极快，多呈散体状及粉末状，围岩自稳能力极差，施工过程中极易发生坍方。介绍大独山隧道超前加强支护新技术，为同类隧道施工提供借鉴。

大独山隧道 软弱围岩 支护技术

1 工程概况

大独山隧道是沪昆客专的重难点工程之一，属I级风险隧道，该隧道位于关岭～普安区间，起讫里程为D1K852+772～D1K864+654，全长11 882 m。全隧共设置2座横洞1座贯通平导，均采用无轨单车道。在D1K856+500线路左侧设置长约1 043 m的一号横洞，在D1K861+500线路左侧设置长约1 361 m的二号横洞，贯通平导长11 829 m，起讫里程为PD1K852+768～PD1K864+597，平行设置于线路前进方向右侧，与左线线路中线的距离为35 m。

隧道洞身主要穿越白云岩、灰岩、泥岩、泥灰岩、泥岩夹砂岩等地层，其中可溶岩段长8 753 m。洞身依次穿越大兴寨断层、龙门地断层、垮岩断层、大湾断层、营盘坡断层、杨家冲断层、永宁镇断层等7个断层，8个推测破碎带，4个可溶岩与非可溶岩接触带。

大独山隧道进口地质情况复杂。经开挖揭示进口段通过地层岩性为薄层状泥岩与泥灰岩互层，受构造影响，掌子面岩层产状竖直，在拱顶处变为扭曲，岩质较软、泥质含量较重，岩体遇水浸泡后软化较快，围岩变成散体状，节理裂隙发育，岩体被切割后多呈碎块状部分为粉末状，地下水较发育，围岩自稳能力较差；隧道施工开挖中易发生掉块、掉泥。该段地质复杂且段落长，务必引起高度关注。

2 施工方案

图1 T76S高强度自钻式螺旋管棚正面布置图

图2 T76S高强度自钻式螺旋管棚纵向布置图

2.1 T76S高强度自钻式螺旋管棚布置

T76S高强度自钻式螺旋管棚正面布置图见图1，纵向布置图见图2。

2.1.1 T76S高强度自钻式螺旋管棚设计

（1）材料。高强度全螺纹厚壁钢管T76S：极限抗拉力1 200 kN（120 t），抗拉强度772 N/mm²；屈服力1 500 kN（150 t），屈服强度609 N/mm²；壁厚15mm。连接套：97 mm*220 mm。钻头：T76/D115/EXX。

（2）T76S高强度自钻式螺旋管棚设计。T76S高强度自钻式螺旋管棚纵向每15～30 m一环，相邻两环搭接长度不小3 m。外插角：1°～3°，环向间距：40 cm，每环50根。

（3）采用的施工设备。钻机：C6钻机（意大利进口卡萨格蓝迪钻机）。注浆机：M400NT干料连续拌合灰浆泵（奥地利进口）。高强度自钻式螺旋管棚带钻头，利用C6钻机配置旋转注浆头，采用水泥浆护壁钻进，钻进、安装、注浆一次完成，终孔进行二次高压注浆。

2.1.2 T76S高强度自钻式螺旋管棚施工工艺流程（见图3）

2.2 T76S高强度自钻式螺旋管棚施工过程

2.2.1 施作定位钢架

首先先形成钻机工作室，然后施做定位钢架。工作室采用拱顶挑高，掌子面开挖轮廓线起向后6 m范围，拱部管棚施作范围调高40 cm，形成钻机工作室（此项工作在开挖过程中已经完成）。其次在掌子面处组织施做定位钢架，在开挖廓线以外拱部150°范围内架设一榀工字钢（I22a），工字钢上开φ160 mm的孔，孔距40 cm，在每个孔上焊接φ150 mm钢管，长度1 m，作为导向钢管。详见图4、图5。

2.2.2 钻机、注浆机准备

采用岩质较好的洞渣在掌子面垫出C6钻机作业平台，并将钻机定位。同时调配M400NT注浆泵一台，注浆泵与钻机接头连接， 注浆材料采用P.O32.5普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5（对应流量表在570 ml/h）。并将高压水管接到现场随时准备洗孔。

2.2.3 钻孔

现场准备工作完成，开始施做第一根管棚。钻进采用带水泥浆钻进，钻进过程中注浆压力2～3 MPa。施做按隔孔施工。

2.2.4 终孔注浆

图3 T76S高强度自钻式螺旋管棚施工工艺流程图

图4 T76S管棚钻机工作室

图5 定位钢架

待奇数孔全部施工完成后，对奇数孔管棚进行终孔注浆，终孔压力5～6 MPa，每孔水泥用量约0.3 t。其次施工偶数孔钻孔注浆。

2.2.5 开挖

待偶数孔完成后，进行正常开挖工序，开挖后见T76S高强度自钻式螺旋管棚超前支护效果：原掌子面前方破碎围岩可有效地固结在一起，岩体整体性提高，稳定性加强，有效地避免了在施工过程中出现掉块及滑塌事故。

2.3 施工控制要点

钻孔前，精确测定钻孔的平面位置、外插角，并对每个孔进行编号。钻孔外插角1°～3°，施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正。掌握好开钻与正常钻进的压力和速度。

3 工期分析

3.1 T76S高强度自钻式螺旋管棚施做时间分析

根据现场实际施做三环时间统计，施做一环30 mT76S高强度自钻式螺旋管棚所需时间为2.6 d，平均每天开挖进尺2.0 m，月进尺50～60 m，根据现场经验，计划两个月施做5个循环，保证每月进尺60 m，功效达到指导性施组进度指标的120 %～150 %。

3.2 Φ108大管棚施做时间分析

施做Φ108大管棚，根据经验施做一环30 m长大管棚需25 d，按平均每天开挖进尺2.0 m，则月进尺20 m。达不到Ⅴ级围岩指导性施组进度指标。

3.3 综合对比分析（见表1）

表1 350 m范围管棚施做时间对比表

4 综合效果分析

4.1 材料投入

根据现行市场单价，T76S高强度自钻式螺旋管棚比Φ108大管棚单价约高200元/m。

4.2 设备投入

T76S高强度自钻式螺旋管棚施做可采用C6钻机施工而Φ108大管棚必须采用专用钻机方可施工，相比比较T76S高强度自钻式螺旋管棚设备投入较小。

4.3 综合费用对比

4.3.1 T76S高强度自钻式螺旋管棚

①材料单价：380元/m。②机械台班：C6钻机：7.8台班/循环；人工，46.8工天/循环。合计费用：47 268元。③误工：开挖工班，36人合计280.8工天，立架班12人合计93.6工天，喷浆班8人合计62.4工天，挖机，7.8台班，装载机，7.8台班。合计费用约16万元。④综合所有因素，每循环（30 m/环）T76S高强度自钻式螺旋管棚费用为：77.7万元。折算每延米费用约：518元/m。4.3.2 Φ108大管棚

①材料单价：86.4元/m。②机械台班：专用根管钻机：75台班/循环；人工：675工天/循环。合计费用：701 250元。③误工：开挖工班：36人合计2 700工天，立架班12人合计900工天，喷浆班8人合计600工天，挖机：75台班，装载机：75台班。合计费用约72万元。④综合所有因素，每循环（30 m/环）Φ108管棚费用为：164.5万元。折算每延米费用约：1 033元/m。

4.3.3 分析说明

T76S高强度自钻式螺旋管棚施工快，支护效果好，将节省大量的时间及对窝工影响较小；Φ108大管棚施工周期较长，专业性较强，会造成大量的机械设备及人员的窝工。根据现场施工情况及工期要求，相比较T76S高强度自钻式螺旋管棚在满足工期的前提下节省大量的设备、劳力，并能有效确保施工安全降低施工风险。

5 结语

隧道施工中超前支护为后续施工创造良好的施工条件，是保证正常施工的前提，因此超前支护对隧道施工尤为重要，好的超前支护将对施工安全、质量及经济效益打下扎实的基础。

On Comprehensive Effects of the Advanced Reinforced Support of the Soft Rock Tunnel in Karst Areas

DANG Ying

（No.2 Engineering Corporation Limited of China Railway 20th Bureau Group Co. Ltd Beijing 100142 China）

Dadu Mountain Tunnel is in Level-I high risk. The belonged geological conditions， with a large number of geologic hazards， are complicated. The design is not well compatible with the actual surrounding rock. The surrounding rock in the section of Guanlingzu in Dadu Mountain Tunnel is muddy limestone which contains a large proportion of mud and is soft in texture. Such a type of muddy rock will be softened quickly and becomes granular forms or powder if it meets rising grounding water. This kind of muddy rock is poor in self-stabilization and construction on the rock will easily result into collapse. This paper introduces the new advanced reinforced supporting technology used in Dadu Mountain Tunnel，which gives reference to similar tunnel engineering.

Dadu Mountain Tunnel soft surrounding rock supporting technology

文献标识码：A 文章编号：1673-1816（2015）02-0037-05

2015-03-18

党莹（1965-），女，高级工程师，研究方向桥梁、隧道现场技术。