高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术

马晓文

中交二公局萌兴工程有限公司，陕西 西安 710000

应用合理的施工技术可为高速公路浅埋软弱围岩隧道施工提供可靠的技术保障，使其在安全的环境下完成施工作业，从而提高工程质量。一般来说，应用施工技术时需考虑现场地质条件、隧道建设需求等因素，以保证安全为前提，尽可能提高隧道施工质量，给高速公路工程的发展创设良好条件。

1 工程概况

岳家寨隧道左线起讫桩号ZK2+300 ～ZK4+315，总长2015m，为小净距长隧道，现场的地质条件欠佳，以Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩居多。根据现场勘察资料可知，隧址区共有7条断裂构造或破裂带通过，施工期间易遇到断层、涌水等异常状况，对施工技术提出了较高的要求。

2 浅埋软弱围岩隧道的施工难点及施工原则

2.1 施工难点

浅埋软弱围岩隧道施工条件欠佳，地质、水文等因素均会对工程的顺利推进造成不同程度的影响，易导致围岩发生失稳现象。土方开挖扰动性较大，若缺乏完善的支护措施，极易引发塌方等工程事故，在影响施工单位经济效益的同时，还严重威胁到人员的安全[1]。

从隧道施工技术的层面来看，软弱围岩的断面面积偏小，难以获得足够宽敞的施工空间，大型机械设备的适用性不强。鉴于浅埋软弱围岩隧道施工的特殊性，在实际施工中必须采取行之有效的围岩支护措施，最大限度地提高围岩的承载力，避免发生塌方等安全事故，营造安全的施工环境。此外，地下水渗漏也是浅埋软弱围岩中较为典型的问题，因此需提前创建排水系统，以便消除渗漏水对施工作业所造成的不良影响。

2.2 施工原则

隧道施工的可选方法中，喷锚构筑法得到了广泛应用，通过与复合衬砌的综合使用，可创造较好的施工效果。以岩土力学原理为指导，切实提高围岩的承载能力，最大限度地减少因开挖而对围岩所带来的扰动性影响[2]。为保证施工质量，在实际操作中应注重如下原则：

（1）合理选择支护方式，例如喷射混凝土、设置锚杆等，必要时可辅以钢架联合支护措施，经过开挖后及时组织支护作业，使围岩与其他构件组成完整的支护体系，共同发挥承受作用。

（2）准确认识围岩的状况，通过采用科学措施提高其承载能力，保证围岩具有足够的稳定性。开挖施工期间的扰动性较为明显，易导致围岩发生失稳现象，因此在开挖时需注重对隧道轮廓的控制，保证其具备顺滑性。

（3）待围岩具有足够的稳定性且初期支护变形趋于稳定后，方可组织二次衬砌施工作业。

3 浅埋软弱围岩隧道施工技术要点

3.1 地表处理

根据隧址区浅埋偏压软弱围岩的基本特点，配置完善的洞顶地表排水系统，充分发挥出水沟的引水作用，减少地表水对隧道施工的不良影响。拱顶覆土厚度不足，进洞前需设置钢筋混凝土护拱，及时修筑洞顶天沟等相关设施，由此构成完善的排水系统。

为确保隧道施工期间围岩可维持稳定状态，选择地表垂直锚杆工法，在开挖前做好各项准备工作，于隧道上部设φ50mm 注浆小导管（长600cm）和X32 水泥砂浆锚杆（长800cm），挂设钢筋网。此外，对围岩表面采取喷射处理措施，形成结构层后挂设钢筋网，并设置反压护拱，由此完成地表处理作业。

3.2 超前双层小管支护

超前支护是浅埋软弱围岩施工时必须落实到位的工作。根据该隧道的地质条件，采取双层小管超前支护的方式，具体如图1 所示。材料方面，以φ42mm 热扎无缝钢管为主，搭建管棚结构后灌注水泥单浆液，以形成超前支护体系。第1 排、第2 排的导管长度分别为5m、4.5m，外插角依次为6°、15°，每排的搭接长度至少达到100cm，注浆期间压力逐步提升，终压稳定在0.5 ～1.0MPa；配置φ16mm 的注浆孔，均采取梅花形布设方式；下放注浆导管，使用硅封孔。

破碎松散岩体施工条件较为特殊，于该处组织超前钻孔作业，置入规格合适的小导管并压注浆液，使注入的浆液可进入破碎岩体内，挤出内部空气后使松散破碎体胶结成完整的整体，由此构成具有抗渗能力的固结体，改善围岩的使用状况，使其具有足够的抗渗性和稳定性。超前小导管成型后，该部分将与固结体连接，由此构成强度较高的壳体，以便给开挖支护作业创造安全的环境。

3.3 开挖

以超前支护注浆强度为判断指标，若实测值达到设计强度的85%或更高，即可组织开挖作业。虽然已经采取超前支护措施，但浅埋软弱围岩的地质条件特殊，开挖期间依然存在安全隐患，因此选择更为稳妥的预留核心土开挖法，首先开挖隧道轮廓，待喷锚支护强度满足要求后再组织核心土的开挖作业[3]。

外轮廓开挖选择风镐和人工相结合的方式，考虑到施工期间易发生超欠挖的问题，在边墙及拱部弧形处开挖时均选择风镐分台阶的方式，配置挖掘机以便完成核心土和中槽两部分的开挖作业。

核心土开挖过程中易遇到局部坚石，该部分首先采取弱爆破处理措施，待坚石被震裂后再借助挖掘机开挖。爆破伴有较强的扰动性，施工期间需严格控制爆破工艺，遵循“浅孔、密眼、多循环”的原则。渗漏水现象的出现易引发隧道塌方事故，因此需采取完善的防排水措施，较关键的是反坡施工地段，该处应配备高性能的排水设备，以免出现工作面积水的现象。开挖和支护应在短时间内完成，在确保质量的前提下尽可能缩短围岩暴露时间。开挖施工现场如图2 所示。

图1 超前支护

图2 隧道开挖现场

3.4 监控量测

鉴于现场施工条件的特殊性，通过新奥法展开施工作业，其中，监控量测为重点工作。初期支护成型后，于拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处依次布设测点，在其支持下掌握拱顶下沉和水平收敛的实际情况。各阶段的量测频率有所区别，初期每6h 观测1 次，后续变形量逐步缩小，将观测间隔时间适当延长，即12h、24h、48h、72h、168h。以取得的量测结果为主要依据，合理调整开挖进尺等工艺参数，保证施工现场的安全性。对于偏压较明显的区段，在常规量测的基础上还需考虑拱腰下沉和基底隆起量。

以围岩观测数据为依据，对断层破碎带采取处理措施，如超前小导管棚预支护、喷锚初期支护等。从实际结果来看，超欠挖现象得到了有效的控制，拱部围岩的掉块问题得到了有效的解决，施工现场较为安全，给隧道施工作业营造了良好的环境[4]。

3.5 初期支护

初期支护选择较典型的喷锚支护方式，搭建I16 型钢钢架，通过φ22mm 钢筋环向连接，配置φ22mm 钢筋以便作为锚杆而使用；钢筋网原材料选择φ8mm 钢筋，采取20cm 的间距控制标准；喷射C25 混凝土，形成厚度为24cm的结构层。局部围岩变形较明显，为保证围岩的稳定性，不再采取系统锚杆的支护方式，取而代之的是系统导管注水泥和水玻璃的双浆液[5]。

3.6 防排水措施

（1）排水方面：沿隧道纵向依次设置φ50mm 软式透水管，间距控制标准为10m，管道铺设到位后再设置排水板，形成初步的排水系统；此后，在边墙底部以上1.2m 的位置布设φ100mm 软式纵向透水管，将其连接三通管，以便将洞内积水快速排至洞外。

（2）防水方面：喷射的混凝土成形后，于该处铺设复合防水板；合理设置工作缝，各缝均匀配置两条止水带；衬砌施工选择的是S6 防水混凝土。

隧道施工现场以断层破碎地段居多，该处地下水扰动较为明显，遵循“以堵为主，排堵结合”的原则；其他部分则以排水为主要手段。通过多重措施的作用，最大限度地减少地下水的不良影响。

3.7 衬砌

隧道拱墙和仰拱两处均采取双层钢筋的结构形式，浇筑材料为C30 混凝土，设备为行走式全液压衬砌台车。在同时满足如下条件后方可组织二衬混凝土浇筑作业：（1）位移速率趋于稳定，围岩不再发生大幅度失稳现象；（2）各项位移已经开始收敛，即达到总位移量的80% ～90%；（3）拱部下沉得到了有效的控制，具体在0.07mm/d 以下。

4 结束语

综上所述，高速公路浅埋软弱围岩施工条件较为特殊，在该处展开隧道施工作业时伴有较明显的安全隐患，将严重威胁到施工质量乃至人员的安全。对此，应根据实际情况合理应用施工技术，营造安全的施工环境，提高隧道建设水平。