高原高寒地区软弱围岩隧道施工探讨

王传虎

中铁十五局集团第四工程有限公司 河南 郑州 450000

正文：

如今，高原地区的隧道工程数量越来越多，这些隧道不仅气候条件极端，而且围岩大多为软弱围岩，这就对施工，尤其是围岩支护提出了很高的要求，必须对此引起重视，采取有效的支护措施。

1 工程概况

省道217线石马公路改建工程Sm4标段海子山隧道长1397m始止里程为k189+803～k191+200，海子山隧道隶属德格县窝公乡管辖，隧道轴向近NW向展布。隧址区为构造剥蚀中高山地貌，最高点为海子山海拔4634m，呈梁状，呈EW向展布，为两侧沟道发源山脊，区内最低点为隧道进口外侧的丹日沟，海拔4283m，相对高差351m，切割剧烈。隧道原设计地质条件主要为三叠系上统曲嘎寺组下段板岩夹变质砂岩。层理较明显，节理裂隙极为发育，岩体破碎，板质岩软，岩石遇水易软化，抗风化能力弱，稳定性差。在施工过程中，水量较大，岩石呈粉末状和表面极其光滑的碳质板岩，节理裂隙紊乱，自稳能力极差，发生大塌方和变形侵限次数较多，带来了很大的施工难度。

2 隧道开挖

2.1 工艺流程

本隧道开挖主要采用CD法，其工艺流程为：采用导管注浆的方法对导洞和部分主洞进行超前支护；对导洞的上半部分断面进行开挖；对导洞和部分主洞进行初期支护；对导洞的下半部分截面进行开挖；对导洞和部分主洞进行初期支护；采用导管注浆的方法对主洞拱部进行超前支护；对主洞的上半部分断面进行开挖；对主洞的上半部分断面进行初期支护；对主洞的下半部分断面进行开挖；对主洞的下半部分断面进行初期支护；仰拱浇筑与填充；排水施工，并利用台车在全断面开展二衬施工。

2.2 注意事项

（1）在施工过程中应对导洞及主洞上台阶实际长度进行严格控制，同时以监测结果为依据，对主洞与导洞之间的距离进行调整，若拱顶发生下沉，则需要进行临时仰拱的施工。

（2）在初期支护时，应每开挖完一榀桁架就支护一榀，将循环进尺控制在50cm以内，同时尽可能早的进行初支与仰拱施工，确保支护系统可以尽早封闭成环，隧道的二衬需要以监控结果为依据做综合分析，并根据分析的结果适时施做。

（3）在开挖施工中必须严格遵循“超前支护、短进尺和强支护”等基本原则，将震动速度始终限制在15cm/s以内。

3 围岩超前支护

3.1 大管棚施工

待右线出口上段边仰坡安全防护施做完成，且掌子面的上部也已经成型，同时用混凝土做好封闭处理后，与掌子面紧贴开始导向墙的施工，然后用长度为30cm的管棚按照40cm的间隔距离设置钢花管，通过注浆对围岩进行加固，以此形成稳定的支护体系，为后续的开挖进洞创造良好条件。

3.2 超前小导管

（1）先封闭工作面，并将其清理干净，然后对机械设备进行检查，确认是否正常，对于注浆机需要在使用前做好压水试验。

（2）小导管为热轧无缝钢管，其长度和规格都要按照设计要求确定，其中一端为尖头，5mm长，另外一端在1m范围内不可钻孔，并焊接铁箍，管壁上的注浆孔按梅花形进行布置，间隔距离为150mm。

（3）在小导管注浆中使用使用的浆液，其水灰比为1：1，在0.5-1.0MPa的压力条件下连续注浆，经开挖以后，拱部应没有坍塌和渗水的现象。

（4）将小导管制备好后按照设计要求开始布孔，同时用红色的油漆对每个孔位做出标记。

（5）布好孔后，用凿岩机进行钻孔，将钻头对准钻孔中心，钻孔实际直径应大于钢管。钻进到要求的深度后，拔出钻杆与钻头。然后开始清孔，将孔内的岩屑和积水都清除干净。

（6）向孔中插入钢管的前端，由人工使用锤击的方法顶入，实际顶入的长度应达到钢管总长90%以上，同时还要使用空压机清理钢管中进入的砂石岩屑。

（7）将钢管安装好后进行封堵，并在钢管的周围喷射一层混凝土，避免浆液冒出。

（8）浆液严格按照生产配合比进行配制，在注浆时需要使用专门的注浆机。

（9）待确认实际注浆压力与注浆量都达到要求后，完成注浆。

4 围岩初支

4.1 锚杆

这是隧道施工中保证围岩稳定性，避免围岩的重要方法，完成施工以后还能成为永久支护系统主要组成部分。本工程采用中空注浆锚杆，其施工工艺为：先根据设计要求，在开挖施工面上放出需要布置锚杆的位置，其钻孔的方式和砂浆锚杆完全相同。经检查确认导管孔满足要求后，对锚杆进行安装并按照设计比例进行浆液配制，用注浆机开始注浆。待设计注浆量满足要求后结束注浆，最后对注浆质量进行整体检查和综合判断，确认合格后使用专门的螺帽对锚杆端头进行封闭，避免锚杆中的浆液遗流。

4.2 钢筋网

钢筋网主要作用是和喷射的混凝土同时受力，保证混凝土各项性能，避免混凝土受到应力后产生折断与开裂，进而保证支护效果。待锚杆施工完成后立即进行钢筋网的布置。

（1）挂设钢筋网：钢筋网的挂设需要在初次混凝土喷射完成并布置好锚杆后立即进行，采用作业台架，由人工沿被开挖的围岩表面逐环铺设，在钢筋网片间使用焊接的方法相连，在施工过程中可采用锚杆来加固钢筋网，确保钢筋网和围岩的表面紧贴。

（2）焊接：将钢筋网片铺设好后，对接头、钢架与锚杆头进行焊接，以此避免在混凝土喷射过程中钢筋网片发生晃动。

4.3 型钢钢架

（1）待掌子面初次混凝土喷射施工完成后开始型钢钢架的安装。

（2）以测设具体位置为依据，每个节段的钢架和掌子面之间采用螺栓相连，使连接板和围岩紧贴。

（3）为了使钢架的具体位置准确无误，在隧道开挖过程中需要在连接的部位设置凹槽。在初次混凝土喷射中，向凹槽中设置木楔，以此留出连接板的安装位置。钢架安装时，如果混凝土层与钢架间存在很大间隙，则需要按照1m的间隔距离设置预制块，并在钢架的背后通过喷浆填充。

（4）将钢架安装就位后，进行位置误差的检查，允许偏差为：钢架之间的距离偏差不能超过±100mm；钢架在横向上的偏差不能超过±50mm；钢架高程偏差不能超过±50mm；垂直度偏差不能超过±2°；保护层厚度偏差不能超过-5mm。

4.4 湿喷混凝土

4.4.1 混凝土配制与运输

（1）混凝土配制使用具有计量功能的搅拌机，配料严格按照生产配合比控制，搅拌的时间应达到1min以后。

（2）利用专门的运输车对混凝土进行运输，做到随运随拌。在喷射施工中，应采用多台运输车进行交替运输，满足连续喷射施工要求。混凝土运输时，应避免离析和坍落度发生变化。

4.4.2 混凝土喷射

（1）喷射施工应分段和分层进行，按照从下到上的顺序控制，一般分段的长度应控制在6m以内。在喷射过程中，要先将低洼处整平，然后再按照以上顺序进行喷射。

（2）混凝土喷射的速度应得当，便于混凝土强度的形成。当风压较大时，应加快喷射的速度；而当风压较小时，应减慢喷射的速度。

（3）喷射过程中喷嘴需要和围岩表面保持一定距离，通常按80-150cm控制，角度尽量和围岩表面垂直，可以有倾斜，但夹角必须达到70°以上。

（4）为了加快施工效率，并保证施工质量，可采取分片进行的方法施工，每片的长度和宽度一般为2m、1.5m。

5 二次衬砌

5.1 仰拱施工

（1）现场测放，根据内轨的顶部标高对仰拱基坑底部实际标高进行计算。

（2）用挖掘机进行开挖施工，在机械设备无法到达的地方使用人工进行开挖。

（3）对仰拱的接头进行凿毛处理，并严格按照设计要求进行仰拱钢筋的安装，同时预留和边墙之间的连接钢筋。

（4）经自检确认合格后，由监理工程师作隐蔽检查和验收，将混凝土运输到现场后并通过检查合格后，开始浇筑和振捣施工。

5.2 拱墙施工

拱墙的二衬利用台车进行钢模板施工，用搅拌车运输混凝土，用注浆泵进行灌注，同时用振捣棒进行振捣。浇筑必须做到左右对称，避免台车发生偏移。混凝土的生产由具有计量功能的拌和机完成，同时应充分考虑低温施工要求，保证混凝土施工质量。

5.3 钢筋工程施工

（1）钢筋加工必须满足相关设计要求，对于受力钢筋，其顺长度方向上的长度偏差不能超过±10mm，对于弯起钢筋，起弯折处的位置偏差不能超过20mm，对于箍筋，其内净尺寸偏差不能超过±3mm。

（2）钢筋的接头必须设置在应力相对较小的部位，同时应保持分散。在相同截面中配置的受力钢筋，其接头面积应达到设计要求。

（3）当采用电弧焊进行焊接时，应单面搭接焊接，此时焊接的长度应达到钢筋直径的10倍，在双面搭接焊过程中，搭接的长度应达到钢筋直径的5倍，对于焊缝的宽度，应达到钢筋直径的0.8倍以上，同时不能小于10mm，而焊缝的高度应达到钢筋直径的0.3倍以上，同时不能小于4mm。

6 结束语

目前本隧道工程已经顺利完成，经检查，隧道施工质量合格，施工过程中软弱围岩经有效加固处理始终处在安全稳定的状态，说明以上施工方法合理可行，值得其它工程参考借鉴，提高软弱围岩隧道施工技术水平。