浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

秦文斌

中铁十二局集团第四工程有限公司   陕西省西安市710021

摘要：本文以浅埋型偏压软弱围岩隧道为研究对象，探讨了浅埋型偏压软弱围岩隧道施工过程中采用的施工工艺及施工技术选择。

关键词：浅埋偏压；软弱围岩；施工技术；施工工艺

1.项目概况

某地隧道的最小埋深在2m左右，地下水属孔隙潜水，全风化层遇水会变软，为软塑状，位于偏压位置。该工程采用浅埋暗挖法施工，穿越了一个完整的半封闭型岩溶含水系统，在此区域内开挖和支护过程中极易出现涌水问题。游隧道属于典型偏压隧道，隧道中线穿过山谷，隧道中线埋深为5m，线路右线埋深2.5m，路线左侧埋深22m。地质情况复杂、地形地貌多样、地层岩性差异大。围岩为完全风化的云母石英片岩，地下水发育。

2.施工过程

隧道围岩存在着自稳性较差，开挖后不能及时封闭，易落石、塌方等问题。所以，为了保证隧道的安全与稳定，在施工之前，必须先对围岩进行提前加固。隧道在施工过程中，由于其对超前支护和临时支护的要求非常高，因此，在施工过程中，存在着很大的安全隐患。将“三孔”技术应用于一条高速公路上的一条大断面、浅埋偏压隧道的施工中，成功地解决了这一难题。该隧道地质条件好，洞口高，穿越地层的基础承载力为180 kPa，采用小管道超前注浆法加固后，围岩有了一定的自稳定性能[1]。在掘进完成后，掌子面及时进行初喷和初期支护和临时支护的施工，尤其是初期支护完成后，可以对隧道的变形速率进行有效控制。为了保证项目的顺利实施，必须做好监测和测量工作。该地隧道围岩几乎不具备自稳能力，且埋深较浅，现场采用小导管及洞身管棚注浆后，因围岩为软塑状，注浆的作用并不十分明显。通过采取在洞内预支护、洞内二次衬砌等措施，有效地控制了该隧道变形。按三台阶法施工无法确保隧道施工安全 ，现场采用六步CD法施工，因临时支护较强，隧道掘进后的变形量很小。为了防止地表沉降过大导致二次衬砌开裂，在仰拱位 置设置了钢筋混凝土反拱架，以提高围岩稳定性。

3.浅埋偏压弱围岩隧道的施工技术研究

3.1开挖工序

开挖工序的前提条件应是隧道超前支护灌浆强度达到85%。在此基础上再进行二次衬砌混凝土浇筑时，可根据实际情况对初期支护与二次衬砌之间距离进行调整以满足不同地质条件下隧道工程需要。鉴于隧道处于偏压状态、浅埋和软弱围岩地段，那么保留核心土的开挖方式是最优的施工方式，也就是沿着隧道的轮廓挖地道，单位循环进尺是0.5—1.0m（0.3-0.5）。在此基础上进行初期衬砌混凝土浇筑，并对仰拱施作应根据地质情况确定不同的方案，以保证结构安全。在外轮廓掘进时，比较科学的施工方法是人工开挖与风镐开挖相结合。根据不同地质条件下的实际情况选择相应的开挖方法是非常必要的。就边墙四周和拱部弧形掘进，风镐分阶开挖法效果最好；对于中孔及中心孔边壁环形开挖，采用挖掘机挖除部分核心土后再进行 机械挖掘是最合理可行的方案。就中槽和核心土的掘进，挖掘机开挖法效果最好，它的开挖进尺要根据围岩的稳定性来确定 ，并且最后设置成棍钢格栅间距1—2m。

3.2偏压地段的掘进过程

由于该隧道进洞偏压较大，采用三台阶临时仰拱方法，在3-5m范围内实施3-5m长的隧道断面，经测量，隧道断面出现右移线现象，且左侧岩层存在裂隙，在现场增加中隔壁支护后，变形率虽然减小，但还是发生了变化。在后期施工中，由于岩层应力的再分配，使掌子面前的地面沉陷逐渐增加，并随时间推移而逐渐增加，最终导致崩塌。最后对隧道右谷进行了回填和反压处理，回填高度比洞顶高5m，并在线路左侧山体锚喷加固，偏压侧土体卸荷，增设锚固桩保护山体，初期支护及山体变形随即稳定，采用反压回填，卸载方式对偏压隧道变形进行控制具有良好作用。现场采用三台阶临时仰拱法，该方法可有效阻止支护结构的水平收敛性，并可减少围岩变形；采用锚杆－锚索组合支护体系，可有效地对抗岩层的压力，提高岩层的强度。而且，它的一次开挖范围很大，适宜于用大机械进行施工，能迅速地提高施工效率。各节段掘进支护自上而下，层层递进，及时补强，各节段均能尽快成环，因此，隧道仰拱和二次衬砌施工进度较快，安全风险较小。

3.3浅埋地段的掘进过程

该地隧道入洞地点埋深仅为2m，地质条件差，并有偏压产生，六步CD法就是把隧道分成六段掘进，开挖断面小，适用于人 工开挖，小型机械开挖等，每掘进完一次，采用双层小导管超前支护，并且循环进尺在0.6m以下。该方法在实际应用过程中易 受外界环境影响而影响掌子面稳定性，尤其是当上台阶完成之后，下台阶需要继续推进一段距离才能稳定。另外为了减少衬砌 结构与地层接触面积，防止发生渗漏水现象，建议加强防水设计和检查工作。即在隧道开挖结束后，先向上部台阶喷一层10cm厚的混凝土，拱脚用木板垫着试穿，增设临时仰拱，以及每隔0.5～1m用50根短钢管连接临时仰拱，使临时仰拱成为一个整体 ，并用C25厚0.2m的混凝土进行喷实。然后是第二道衬砌。采用以上方法后，实测变形值显示，支护成环后，变形值均小于5厘 米。

3.4防排水措施

3.4.1排水方面

沿着隧道的长度方向，以10m为圆周间隔设置一条软型透水管（Φ50mm)，并将一条排水板设置在透水管的外侧；在离侧墙底部1.2米的地方，安装了Φ100mm的柔性纵向透水管，并利用三通管道将水导入排水沟，从而排除隧道。

3.4.2防水方面

在所述喷射砼的表面铺设复合防水板，注意复合防水板与砼表面应密贴；每道工作缝应设两条止水带；混凝土浇筑前对施工缝进行处理是防止渗漏的有效措施之一。衬砌砼应采用防水砼，它的抗渗等级要确保在P6级。

4.施工时必须采取的辅助性措施

4.1地形地貌核查与风险评估

因为在隧道施工之前，对偏压没有充分地认识，导致了进洞后的变形很大。虽然已经采取了一系列的控制措施，可以防止安全事故发生[2]。然而，如果在一开始就对现场的原始地形地貌进行勘察，并将其与设计图纸联系起来，做出原定地面位置的纵横断面，查明了偏压与浅埋段的长度，周边水文与环境的状况，并编制出风险评估报告，提前进行反压卸荷，这样就可以避免在进入洞内之后，进行洞外加工，从而耽误了施工进度，造成了人力和物力的浪费。

在进洞过程中，还要考虑到地质条件和水文地质条件的不确定，从而保证了隧道的安全。在隧道施工前，必须对其进行全面的风险评价，并在进洞后采取相应的对策，降低风险，并准备一定的应急物资，以备紧急情况。

4.2超前地质预报，验证对软弱围岩

在隧道建设中，监测量测和超前地质预测是一个重要环节，通过对地面和地面进行监测，及时对测量结果进行分析，尤其是对洞口有偏移的部分，增加监测量测的频率，并在适当的时候进行初期支护封闭成环，同时进行仰拱混凝土的施工，以保证洞口有偏移部分的稳定。在此基础上，结合工程实际，提出了一种新的地质预测方法。为此，对隧洞开挖面前的软岩层进行了工程地质条件的调研和分析，并对其进行了初步的探讨。

4.3监控量测对隧道施工的影响

预留沉降值的设置，既保证了初始支护变形稳定后，隧道不致发生“侵线”，也保证了二次衬砌不超挖。在隧道施工过程中，由于设计、施工和监理等因素的影响，导致某些区段的预留沉降量偏大或偏小，从而对后期的运营和维护工作产生不利影响。

监控量测为隧道施工中另一重要步骤，特别针对软弱地质隧道。以某高速公路上某段公路为例，采 用有限元软件模拟该工程在开挖过程中拱部及周边岩体位移场分布特征。案例某地区某隧道经控制措施，围岩变形量大幅度降 低，预留沉降量为30cm，致使在入口某一长度区间，二次衬砌的厚度较大，后期要随测量情况的变化而变化，减少了材料浪费 。

 结语

对于浅埋，偏压，软弱围岩中的隧道建设，它具有高度的复杂性和难度，鉴于这一现实，作者认为，应尽量规范有关的施工标准，提高施工技术。另外还需要加强对地质勘察工作以及现场监控量测工作等内容的重视程度，从而确保隧道施工安全有 序进行。要依据项目的具体实际和有关规范标准，制定具有很强的针对性、有效的工程施工方案，并要强调施工方案偏压问题 的处理方法，并且最大限度地减小了偏压的不利影响幅度；工程开挖应坚持“短进尺、勤测量、超前支护、弱爆破、重排水、强支护”思路；工程建设以“控制围岩松动，对围岩进行防护”为最终目的。

参考文献：

[1]崔清.浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术的应用研究[J].住宅与房地产，2020（3）：188-188.

[2]佟玲.浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2020，5（14）：1855-1856.
作者简介：秦文斌(1990.5)男,江西都昌,汉族,大学本科,助理工程师