高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术探讨

金树坤 李揽月

（中交路桥华北工程有限公司 北京 101100）

将高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术灵活运用到实际施工中，能有效降低施工风险，提高施工质量，并且，这项技术能充分依据当时的地理环境和突发状况灵活改变，增强了施工的可靠性，也为我国的高速公路事业建设建立了好的基础。对于高速浅埋软弱围岩隧道施工技术的分析应该从各个方面入手，尽可能的详细科学，努力做到为自己负责为他人负责。接下来本文将以大坡上隧道管棚施工为例，简单介绍此项技术。

1 工程概况

大坡上隧道位于贵州省镜内，是贵阳至黔西高速公路的全线控制性工程，此处地理结构复杂，整座山呈馒头状，山顶较为开阔，呈平台状，两边进出口则为陡峭的斜坡，且受到严重侵蚀。进洞口段表层为灰褐色粉质粘土、含碎石亚粘土，洞身的前半段围岩主要是强、弱风化泥质粉砂岩，围岩富水；后半段则为强风化泥质粉砂岩，这种岩层的节理裂层非常发育，需要填充泥沙，需要应用软弱手法；到出洞口段时，岩石主要为弱风化泥灰岩及灰岩，属于较软岩类，岩体易破碎。并且此地位于一处正在发育的断层中，内部岩体杂乱，开挖后极易产生崩塌现象。于是针对此现象，工作人员用大管棚做超前支护，将隧道设计为四车道上、下行分离式高速公路隧道，隧道净高5.0m，在洞顶处的深埋，最深可达78m，最浅是22m。搭配合理的施工工艺，有效的防止了山体坍塌和地下水污染，保证了施工安全。

2 高速浅埋软弱围岩隧道施工方法分析

考虑到工程的施工周期、资金和当地的实际状况等情况，整个工程被分为两小队，进口处的左右两端同时进行，出口处从左端先施工，明暗洞的施工分别用明挖和新奥法原理进行，同时由于隧道洞口处为Ⅴ级围岩，浅埋手法在实际应用中容易存在偏压，因此在进口左右洞和出口左右洞中使用大管棚进行注浆，并且在洞口处立模浇筑混凝土拱圈，另外使用工字钢拱架进行加固，时刻监视测量，以保证过程安全。随后采用短台阶七步开挖法开始挖掘，开始向洞内施工。这种进洞方法是最常用的也是最安全的，利用管棚超前注浆加固周围围岩，能够形成拱环效应，围岩的整体受力得到有效提高，由此提高了围岩的强度，这种套拱法不仅能有效抵抗偏压，还能防止地面下沉、塌方等。

3 大管棚固定工艺

这项工艺通常会使用在软弱地层或破碎岩层中，将钢管打入其中，注入浆液，这里使用的浆液必须带有一定的压力，并且具有一定的凝聚时间，使得浆液能够扩散到钢管的四周，等到浆液开始胶结后，管棚周围软弱、松散的岩体也会随之固结，进而提高了整体岩层的承受力，起到了一个承重保护的作用。

在进行大管棚施工时，先在洞口段进行套拱施工，随后安装导向管确定整体的施工方向，然后就可以搭建钻孔平台，安装钻机，调整好孔位后开始进行钻孔，钻孔结束后要进行第一次清孔，随后将大管棚顶进开始安装的钢管棚内，并且进行第二次清空，将注浆的管道线路全部检查完毕后即可开始灌浆，灌浆的过程中不断搅拌浆液使其压力达到需要的程度，如此一来整个大管棚的施工就完成了，期间一定要认真检查每个细节确保安全，重点控制管棚的外插角和注浆压力。

在施工中，管棚的具体使用情况也要根据实际来使用，在这项工程中，我们采用φ108×6mm热轧无缝钢管，每节长度为3m、6m，环向间距40cm呈梅花形分布。在进出洞口处采用长30cm的丝扣φ108×6mm热轧无缝钢管连接。在与路线纵坡的仰角1°~3°打进，预防管棚下沉。

4 大管棚施工步骤

4.1 确定钻孔位置

采用两台地质钻井机同时作业，一台由拱脚向拱顶施工，一台从拱顶向另一边的拱脚施工。在开始施工之前，工作人员已经事先确立了测量放样点，并且确定了导向管的倾角，钻机只需要依照自身的管道的倾斜角度和方向，固定在测量放样点上，然后依据导向管的角度确立自己的角度，确保钻杆线与开孔角度一致，以达到钻进的导向作用。

4.2 钻孔

钻孔时要采取钻孔的形式，奇数孔先偶数孔后，这样是为了防止坍塌，保证孔的质量。孔的直径为φ130mm，以便顺利安装φ108×6mm钢管。钻孔之前应将扶直器套在钻杆上，防止钻孔时上下颤动，保证孔的笔直。在连接钻具的时候，一定要选取材质一样的工具，这样能够保证连接处的强度、刚度和韧性，在这个工程中，连接套的壁厚应≥10mm。

在钻孔过程中，要小力推进，并且每钻进40cm时，就要推出机器，清扫一遍孔。当钻进2~3m后，要加强压力全速推进，在遇到岩层或孤石时，可适时增加钻机的给进力，降低转速。整个过程我们要随时使用测斜仪测量角度，确保钻孔方向的准确性。在清孔时使用2.5m长的φ43mm岩芯管进行扫孔，可以将碎渣清理的非常干净。

4.3 顶管

顶管施工这项工作必须要及时进行，如果不及时进行顶管作业就很容易造成崩塌问题。在奇数孔打好后，及时安装钢花管或无孔钢管，注入水泥浆，偶数孔也必须立即安装钢管，注入水泥浆。在对偶数孔进行安装注浆的过程中还可以检查奇数孔的泥浆情况，可以及时补充，对围岩进行加固。因此在施工过程中，采用跟管钻进，使钻孔与安装钢管都在同一时刻完成。

4.4 管棚注浆

管棚注浆是整个管棚施工过程中最重要的一项施工内容，它直接关系着整个岩体能否承受得住。注浆通常是两端同时进行，开始时浓度要低一些，然后逐渐增加浓度，其中注浆要采用分段注浆的方式，先对偶数孔注浆。在注浆前，要先在现场某一处进行实际实验，然后根据实际效果和之前的数据相结合，调整以得到最合适的参数，在注浆后，要及时检查结果，随时观察孔内的浆液量和注浆压力。当每一个的孔内注浆都达到标准后，管棚注浆才算完成。

以下为注浆的具体参数：采用普通水泥单液浆，水泥采用32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为1：1。注浆初压力0.5~2MPa。注浆量估算公式：Q=πRk2Lηξ，其中：RK-浆液扩散半径，取 RK=0.6Lo；Lo-钢管中心间距；L-钢管长；ξ取 0.85，为注浆饱满系数；η-空隙率（%），η 的取值在不同的岩层中有不同的数据，例如在风化岩层中，η可以取2%~3%，岩石破碎带中取5%~8%，在溶槽溶隙地层中取10%~l5%，粘土层则取20%~40%，砂土层取40%~60%。

5 资源配置

资源的配置包括设备和人员两方面的调配。在这项工程中，我们主要用到的设备有地质钻机、注浆机，KY-300型钻机和YSH-3型双液注浆泵。由于在管棚施工中，我们采用两台地址钻井机同时作业，因此，人员的安排也应该分为两部分，例如指挥人员、技术人员、注浆人员、灌浆人员等等的人数都是双数，每个部分的人数都是相同的，以确保两边的进度相同。在这场工程中，一共用到了25名人员，人力消耗较少。

6 结语

总体来说，运用管棚施工避免了大坡上隧道在修建过程中可能会遇到的各种困难，在节省了人力资源的同时提高了质量，间接性的增加了经济效益，避免了人力财力物力的损失，同时这次成功的案例也为接下来我国其他地区隧道的修建提供了丰富的参考价值，但是我们不应该止步于此，未来的日子里我们还会遇到各种未知的困难，所以我们要不断创新，为社会创造更高的价值。