高风险偏压浅埋隧道施工技术研究

张学进 ZHANG Xue-jin

（中国中铁一局集团有限公司，西安 710054）

摘要： 偏压浅埋V级围岩级岩石隧道施工具有风险大、地质情况复杂、施工难度大等特点。本文结合铜九铁路蛤蟆岭偏压隧道施工，总结出开挖施工技术、软弱围岩施工技术措施、初期支护及衬砌施工技术措施、防渗漏技术措施、高风险偏压、隧道施工技术保证措施、浅埋隧道施工注意事项等施工要点，为同类工程提供借鉴。

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关键词 ： 偏压浅埋隧道；高风险；施工技术措施

中图分类号：U455.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0096-03

作者简介：张学进（1979-），男，陕西旬阳人，本科，毕业于西安建筑科技大学，工程师，主要研究方向为施工技术、安全质量管理。

0 引言

山区铁路建设沿线隧道多存在一定的偏压效应。特别是在隧道进出口处和沿山傍河处浅埋偏压隧道围岩多为Ⅳ级以上软弱围岩，力学性质复杂，而且受偏压影响，地应力分布不均，这就使浅埋偏压隧道稳定性分析变得很困难，使得在隧道进洞施工中很难实现施工质量、安全控制。浅埋偏压隧道施工的传统方法有明挖法和暗挖法，传统的防偏压方法一般注重采用设计措施，如增设锚杆与管棚、在偏压较小的一侧增设重力式挡墙或加大衬砌的厚度等，而对施工方法则只简单地提及而没有进行对比研究，这样无形中会加大施工成本，造成施工中不安全因素的增加。在浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工中，由于施工技术运用或处理不当，经常会造成较大面积的坍方，由此带来人身伤害、财产损失及工期延误等是无法估量的。为了保证施工安全质量、工期、成本，应结合现场的实际情况选用合理的施工方法。

1 工程概况

铜九铁路蛤蟆岭隧道位于铜陵县天门镇与青阳县新河镇的交界处，为单线隧道，进口位于西垅村兆岭（移民新村）的南侧，属越岭隧道，进口傍山；出口位于方家村东北侧，隧道进口里程为DK24+975，出口里程为DK25+775，全长800m。进口位于R=2500m的曲线上，隧道内坡度为3‰下坡，最大埋深46m，最小埋深10.77m，属浅埋偏压隧道。按照新奥法原理施工，采用复合式衬砌，进出口洞门采用翼墙式。

2 工程地质

隧道区上覆第四系上更新统坡残积（Q3dl+el）角砾土，碎石成分以砂岩为主，一般粒径为2～20mm，最大40mm，充填黏性土，厚度为1.0m，分布于丘陵表层。下覆志留系下统（S1）粉砂岩，为薄～中厚层状构造，节理裂隙较发育，全风化～弱风化，岩层产状：隧道进口20°∠29°；隧道出口160°∠9°，隧道洞体范围均有分布；由于安徽省铜汤高速公路在蛤蟆岭隧道左侧采取深挖路堑的方式通过，对蛤蟆岭整体山脉的稳定进行了破坏使山体产生偏压；同时蛤蟆岭山脉内还存在多处由于开挖金矿后废弃的矿坑，地质情况特别复杂。隧道围岩级别为V级，岩石施工工程为级。

3 主要施工技术

3.1 技术方案选择

①由于隧道处于围岩岩性极差的地质上，开挖方式不能单一采用传统的矿山法施工，要按照围岩变化情况，结合地质超前预报，采用相适应的施工方法，按照新奥法原理施工，采用复合式衬砌。

②对软弱围岩进行注浆加固，超前大管棚穿越浅埋体。

③由于隧道洞体周围处于粉砂岩，节理裂隙较发育，全风化、弱风化均有分布。地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。水量增大，破碎带局部水量集中，为了加固边、仰坡稳定，确保安全施工及运营安全，要对隧道支护类型及衬砌形式在施工过程中进行方案改进，采用自制简易多功能作业台架配合人工分次施作初期支护，风动凿岩机钻孔施作超前小导管进行超前支护。

④采用小导管超前注浆、帷幕注浆等注浆固结阻水措施进行防水处理。

⑤强化现场施工安全保证措施，确保隧道施工及运营安全。

3.2 隧道开挖施工技术

根据TSP203超前预报检测情况，隧道处于围岩岩性极差地质上，施工现场要求根据围岩变化，施工方法随之而变的原则施工。

①洞口部分土方开挖采用挖掘机挖装，自卸汽车运输，石方开挖采用电动空压机供风，Y—27风钻凿眼，小炮爆破松动部分软石。与此同时，及时做好洞口排水工作。

②进出口洞口段15米Ⅴ级加强，采用带临时仰拱封闭的弧形法开挖，气腿风钻凿岩机打眼，长臂挖掘机扒碴。

③Ⅴ级围岩采用台阶法开挖，台阶长3～5m，气腿风钻凿岩机打眼，长臂挖掘机扒碴。装药用多功能作业平台装药，爆破采用非电导爆毫秒雷管光爆技术。

④光面爆破施工工艺框图见图1。

3.3 软弱围岩施工技术措施

3.3.1 注浆固结软弱围岩

①向围岩岩性较差的6.0m范围内打入小导管，确保施工安全。其形式按1.5×1.5m梅花状布设，小导管长4.5m，管内注射体积比为1：0.8的水泥水玻璃双液浆。每环搭接长度不小于1.0m。

②拱部打入两排长4.5m的超前小导管，每排间距为0.3m，交错角度为15°和30°，管内注射体积比为1：0.8的水泥水玻璃双液浆。

3.3.2 施工参数

采用Φ108mm、t－5.0mm大管棚穿越浅埋体，管棚长度为25.0m，环向间距33cm，每环35根，外插角为5°43´，管棚内填充水泥砂浆。

3.3.3 主要施工工序技术要求

超前大管棚采用两台YG-50管棚机进行施工，其中35根管棚从左至右编号为1—35#，一台按1—17#顺序进行施工，另一台从18—35#顺序施工。

① 钻孔：钻孔直径比钢管直径大20～30mm，钻进过程中，每钻进2m，应检查钻杆轴线，以便与线路轴线吻合。

② 安装管棚钢管：管节采用2m长Φ89无缝钢管连接。采用潜孔钻、挖掘机或倒链进行顶进。

③ 填充：管棚内注填充水泥砂浆，配比为1：2。

3.3.4 质量控制措施

①严格控制钻孔最大下沉量及左右偏移量在5～10cm范围内。

② 管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和交叉。

③ 管棚钻孔时每钻进2m进行一次钻杆轴线检查，误差超限及时纠偏。

3.4 初期支护及衬砌施工技术措施

由于隧道洞体周围处于粉砂岩，节理裂隙较发育，全风化、弱风化均有分布。地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。水量增大，破碎带局部水量集中。在施工过程中，根据围岩特点及分布情况，为了加固边、仰坡稳定，确保安全施工及运营安全，并加快施工进度，本文对蛤蟆岭隧道支护类型及衬砌形式在施工过程中进行方案改进。

3.4.1 初期支护

初期支护施工紧跟开挖进行，利用自制多功能平台辅助施工，见图2。锚杆利用集打眼、注浆及安装一体化的锚杆台车进行施做。边墙利用人力风钻打眼，注浆机注浆、人力安设锚杆。钢筋网在洞外加工成网片，洞内人工安装焊接。喷砼一律采用湿喷，用自制简易多功能作业台架配合人工分次施作。

3.4.2 超前小导管施工

小导管施工采用风动凿岩机钻孔，专用顶头顶入。顶管时注意保护钢管尾部不被损坏，以便与高压注浆管连接。超前支护小导管施工工艺框图见图3。

小导管注浆：浆液选用双液浆，水灰比1：1，水泥与水玻璃体积比1:0.8；水玻璃浓度35Be，模数2.4。注浆压力是影响注浆效果的关键因素，施工中必须认真对待。常规条件下，注浆压力主要与涌水压力（静水压力及动水压力）、裂隙大小和粗糙程度、浆液的性质和浓度、要求的扩散半径等有关，可按岩层裂隙与注浆压力关系或涌水压力与注浆压力关系确定。

注浆量：为了获得良好的固结及堵水效果，必须注入足够的浆液量，确保一定的有效扩散范围。但注浆量过大，扩散范围太远，将造成浆液的浪费，给开挖造成新的难度。

浆液注入量Q根据扩散半径及岩层的裂隙进行估算，其值为：Q=?仔·r2·H·η·ρ（m3）

式中：r——浆液扩散半径（m）；H——压浆段长度（m）；η——岩层裂隙率，一般取1～5%，断层带为基岩孔隙率，可根据吸水率大小经试验确定；ρ——浆液充填系数，约为0.3～0.9。

为了保证注浆效果，注浆采用一次升压法施工，即从注浆一开始就在短时间内将压力升高到设计规定值，并一直保持到注浆结束。在规定的压力下，根据进浆量情况分级调整浆液浓度，直至裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减小，达到结束标准即结束注浆。

注浆顺序根据降水漏斗原理，从拱部开始从上而下压注，先压注无水孔，后压注有水孔。如遇串浆或跑浆，可间隔一孔或几孔灌压。

3.5 防渗漏技术措施

衬砌环节缝处防水板在施工时最易遭到破坏，一般环节缝止水带安装质量不佳，而且环节缝处混凝土不够密实，很容易发生渗漏。因此可在衬砌内边缘沉降缝处加设0.5毫米厚的钢板，同时加强止水带的安装质量及混凝土的施工质量。做好小导管超前注浆、帷幕注浆等注浆固结阻水措施，减少水压对防水层及衬砌的工作压力。做好光面爆破，减少对围岩扰动，减少围岩内裂隙贯穿，减弱地下水的流动。当掌子面附近有集中出水点时，用直径为8毫米盘条将弹簧盲管从出水点沿开挖轮廓固定在围岩上，盲管与墙脚纵向弹簧盲管通过三通管相连，用防水层将盲管覆盖，最后喷射混凝土。当出水点不集中时，采用防水板代替弹簧盲管。

3.6 隧道施工技术保证措施

①按隧道工程地质及时做好光面爆破设计，确定周边眼、辅助眼、掏槽眼等设计参数，在每次爆破后，根据围岩石质、爆破效果等因素的变化，及时调整爆破参数，不断完善爆破设计。

②严格按钻爆设计布眼、钻孔，不合格的眼孔要重新钻，检查合格后方可按设计要求装药爆破，使开挖轮廓线达到设计要求，以得到理想的光爆效果，为喷锚工序创造良好的施工条件。

③喷混凝土的各项材料要准确计量，各项材料拌合均匀，颜色一致，随拌随用，拌合后的材料存放时间不超过20分钟，喷射时喷头与受喷面尽量垂直。喷射距离与风压协调，初喷厚度5厘米，第二遍喷射要在初喷混凝土终凝后1小时进行。

④锚杆按设计间距、长度设置，方向要与岩石的层理尽可能垂直，在弧形导坑中沿径向布置，其安装程序为：清除危石→检查开挖净空尺寸→喷射混凝土→选择孔径→布置眼孔→钻眼→检查眼孔→吹洗清理→（灌注砂浆）送入药包→安装锚杆→检查安装质量及围岩锚固情况→检查坑道变形并做好记录。

⑤隧道超欠挖和坍塌在允许值范围内的采用同级砼回填，超出部分采用浆砌片石回填，对塌方地段大的空洞用干片回填后，再进行压浆。

⑥隧道预埋件及预留孔洞应在模筑混凝土施工前按设计要求的位置在初期支护表面上，用明显的标志标定，防止遗漏，预留孔洞先开挖到设计尺寸，而后立模与衬砌混凝土连在一起浇筑，对于部分要求十分准确的预留孔洞，利用模具放样，以确保相对位置正确。

3.7 高风险偏压、浅埋隧道施工注意事项

3.7.1 加强地质超前预报

随着隧道施工水平的提高和经验的成熟，隧道在今后的规划设计中逐渐成为社会发展的趋势。一般对隧道设计的地质勘探，网度较大，仅有的几个勘探钻孔很难准确地掌握隧道岩体的岩性、断裂情况和裂隙节理的发育情况，岩石的类型也很难判断清楚。因此在隧道施工中，必须加强对围岩的观察，掌握地质构造变化的规律，做好地质超前预报。对围岩较弱地段、断裂地段，严格按照“短进尺、强支护、早封闭”的施工工艺进行施工。为了较准确地掌握实际施工中的隧道前方的围岩变化，地质超前预报尤为重要。通过超前地质预报，可以掌握前方围岩的变化，及时调整施工方法和采取合理的施工措施，预防突发事件的发生。

3.7.2 动态施工

隧道施工过程中，由于时间紧，任务重，岩体岩性差，为了提高工程进度，项目部商议决定隧道进出口同时开挖，增加其工作面，根据各个工作面的围岩地质情况，按“石变我变”的原则，围岩差的工作面稳步施工，稳中求快，围岩好的工作面实行快速施工。根据各个施工区的施工条件统一协调施工工序、进行人员、机械设备的调配。确保施工总进度超前，实现均衡、快速的施工。

3.7.3 应急措施

在隧道施工中，对水的潜蚀作用切不可忽视。凡要穿过冲沟、峡谷时，必须提前做好防排水和防止塌方的一切准备。只要发现岩体有潜蚀情况，就要抓紧对地表水进行引导疏排，尽可能将渗入地层的水源切断，同时进行强化支护，以确保隧道顺利通过软弱带。在隧道施工中，必须加强监控量测。

3.7.4 施工工艺的合理性

在隧道施工中，必须采用正确的施工工艺。遇到岩体破碎软弱、地下潜水较大时，必须严格控制放炮药量，减少对围岩的扰动。开挖断面要小，并且加强超前支护。

4 结语

通过以上技术措施，此高风险偏压、浅埋隧道按期安全顺利通车，说明采用的开挖施工技术、软弱围岩施工技术措施、初期支护及衬砌施工技术措施、防渗漏技术措施、高风险偏压、隧道施工技术保证措施、浅埋隧道施工注意事项等施工要点是科学合理的，解决了传统施工方法存在的安全和质量隐患，保证了隧道的施工安全和质量，为同类地质、水文条件高风险隧道施工积累了宝贵的经验。

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