浅谈隧道工程破碎围岩预加固施工技术

技术改造
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浅谈隧道工程破碎围岩预加固施工技术
刘 奔
（中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南 长沙 410000）
岩山隧道位于贵州省黔东南州榕江县境内，靠近S308公路，全长14.695Km，单洞双线。

1#斜井辅助导坑全长284m，位于岩山隧道DK221+300左侧，与线路正线夹角为111°，斜井纵坡为11%的下坡，双车道辅助导坑；1#斜井正洞施工任务为3175m，施工里程为DK220+240～DK222+640 ，DK223+800～DK224+575，全程纵坡为1.8%和2%上坡。

岩山隧道1#斜井多为泥质砂岩、板岩，其中DK222+540～DK222+735段下穿鸡雄
1#逆断层、鸡雄2#逆断层，断层带岩体破碎、物质不均，完整性差，多呈块石夹碎石状
结构；DK220+880～DK221+000为过河段，最小埋深25m，为堆积土及淤泥质土围岩，
岩层极破碎，节理裂隙十分发育，自稳能力极差。

2初支开裂原因分析
隧道内围岩破碎，节理裂隙发育，自稳性极差，渗水严重。

围岩遇水后极易坍塌，
初支成型段易形成空腔状态。

由于围岩自身不稳定，围岩松驰较大，变形较大，导致初
支背后岩体压力逐渐增大，引起初支变形、开裂。

图1：初支变形开裂 图2：掌子面围岩破碎 3预加固施工技术 3.1注浆施工目的 隧道内由于地质差，围岩破碎松散，掌子面局部渗水较大，挖前先进行围岩预注浆加固处理，使破碎围岩固结，增加围岩整体性，增加围岩自身稳定性，防止在开挖过程中发生坍塌、掉块现象及因初支变形而换拱。

3.2施工方法
1）每台阶开挖前，对开挖掌子面前方围岩进行注浆加固，使掌子面围岩固结，形
岩暴露稳定时间、施工进度进行分析，总结出每次围岩加固长度；
2）隧道上台阶纵向长度每次注浆加固按照10米进尺进行控制，隧道每循环进尺按照不超过1米进行掘进，每次围岩预加固按开挖8个循环计，预留2米搭接，以防下一次注浆时浆液溢出和交接面围岩发生坍塌，开挖时预留核心土；
图3：三台阶法施工
3）隧道中、下台阶开挖进尺按照每循环1米控制，左右侧均不能对称开挖，必须
错开5米以上，由于距离过短，因开挖面坍塌而造成台阶两侧工字钢脚趾同时脱空，可
能造成大初支变形，每循环完成后，及时进行径向注浆，注浆完成后，方可进行下一步
循环开挖；
4）上台阶小导管加工为4米和6米2种长度；
5）为使钢管对接良好，钢管两端分别加工成公、母丝扣，丝扣长度15cm；
6） 上、中、下台阶小导管壁四周均加工成Φ15mm 注浆孔，间距15*15cm，梅花
形布置，小导管末端1米长度不布置注浆孔，钢管顶端节段加工成锥形状；
7）上台阶预加固每次为10米一循环，注浆按照隔孔进行；
8） 中、下台阶每完成一个循环均进行径向注浆加固，富水地段采用水泥-水玻璃
双液浆进行注浆，不富水地段采用单液浆进行注浆。

3.3小导管施工参数表 序号 部位 围岩加固方式 小导管型号 小导管长度（m） 间距：环×纵（m×m） 1 上台阶 超前预注浆 Φ42，壁厚3.5mm 10 0.4×10
2 中、下台阶 径向注浆 Φ42，壁厚3.5mm 3.5
1.2×1.2
3.4注浆技术要求 1）钻孔具体可根据地层条件及成孔效果选择。

钻孔前按照技术交底要求划出小导管的位置，并标明清楚，孔口位置偏差不超过50mm，孔眼长度大于小导管长度，孔底位置偏差不超过孔深的1%。

钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录； 2）上台阶注浆管采用L=10m （壁厚3.5mm）无缝钢管，中、下台阶注浆管采用L=3.5m （壁厚3.5mm）无缝钢管。

设计采用全孔注浆，注浆终压达到1.2MPa 维持10min，在注浆管末端必须安装止浆阀，当注浆达到结束的条件后，关掉止浆阀，以保持孔内压力，直至浆液凝固，浆液凝固过程中，不能打开止浆阀，防止浆液溢出，注浆必须饱满； 3）注浆施工过程中，如果长时间注浆压力不上升，应调整浆液配比或采用间歇注浆，施工现场技术人员必须做好注浆记录，试验人员必须根据现场注浆情况及时调整注浆参数，注浆如果达不到要求，必须进行补浆处理； 4）注浆顺序按两序孔进行，即先跳孔跳排进行单序孔注浆，然后进行剩下的双序孔注浆。

浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大； 5）注浆结束条件，应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。

结束注浆条件为：注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的80％以上。

全段结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。

注浆结束后，必须对注浆效果进行检查，若未达到设计要求，应进行补孔注浆； 6）注浆材料要求，浆液的流动性必须好，易注入岩层，具有良好的粘结力和较高的早期强度，浆液凝固后围岩自稳性增强； 7)采用的注浆参数表 序号 浆液名称 水灰比（w：c） 体积比（c:s） 水泥型号 水玻璃浓度（Be） 注浆压力（MPa） 1 双液浆 1:1 1:0.5 P.0.42.5 35 0.5～1.2 2 单液浆 1:1
/ P.0.42.5 /
0.5～1.2
图4：超前预注浆 图5：径向注浆 图6：初支渗水 3.5加强初期支护控制 结合本项目岩山隧道1#斜井施工，在施工过程中，为了保证初支成型后不发生变形、开裂等情况，在施工过程中采取了如下措施： 1）由于隧道顶面有河流，浅埋段，隧道初支成型后，初支背后存在积水情况，长期积水会导致水压增大造成初支沉降变形，后经过初支背后预埋环向排水盲管,在边墙两侧底部安装纵向透水盲管与环向透水盲管连接成一体，纵向透水盲管接入隧道排水系统，解决了因初支面排水不畅而导致初支大变形造成换拱。

透水盲管布置见图7； 图7：初支引排水示意图 图8：锁脚导管布置图 2）在施工过程中，由于沉降变形与工字钢连接剥落，变形扭曲较大，为了增加工字钢锚固力，用小导管作为锁脚锚管，小导管内采用水泥砂浆填充饱满，小导管设置于各台阶型钢脚趾上1米位置； 3）由于钢架脚趾岩层比较松软，按设计要求所垫垫块经常存在断裂、破碎等情况，也造成初支沉降变形，后来用垫3cm 厚钢板垫住型钢。

4施工控制要点 （1）注浆前，必须对开挖面喷射混凝土，封闭处理，防止注浆过程中浆液溢出； （2）所有注浆孔注浆结束条件符合单孔注浆结束条件，无漏注现象，浆液有效注浆范围大于隧道开挖轮廓线设计值，预测围岩加固后开挖过程中不发生坍塌； （3）施工工程中，必须对开挖面渗水进行集中引排，防止水在初支面及开挖掌子面到处蔓延,影响文明施工及浸泡钢架脚趾； （4）压力注浆设备应由专人操作和管理，不得对人、机械设备喷射，使用前严格检查，防止注浆过程中爆管伤到作业人员、损物等事件发生； （5）所有注浆作业人员必须佩戴安全帽，护目眼镜，防止注浆过程中浆液喷射伤人眼睛； （6）注浆过程中，明确施工责任，做到施工有序，采用三班制24小时进行掌控； （7）注浆过程中要经常观测初支成型段及开挖掌子面围岩动态情况，避免造成因
注浆压力过大造成初支面开裂变形或开挖正掌子面坍塌。

如果发现初支成型段或开挖面
有开裂或变形情况，要立即停止注浆。

找出原因，制定解决措施后，再进行注浆加固； （8）由于隧道上方有河流，开挖过程中开挖面渗水比较大，隧道两侧设置排水明
沟，但为保证水流不浸泡钢架脚趾，排水明沟至少距隧道边墙脚1.2m 以上，防止水浸
泡发生沉降变形；
（9）锁脚锚管与连接钢筋及钢架必须焊接牢固、饱满，根据实际情况，适当增加
锁脚锚管数量；
（10）加强监控量测，定期进行初支断面复测，根据数据分析，预留初支沉降变形值，防止初支侵入二衬净空；
（11）仰拱、二次衬砌按照安全距离要求及时跟进，根据现场实际情况，在不影响施工的前提下适当缩短安全距离。

5预加固后成果分析
岩山隧道1#斜井围岩破碎，通过对掌子面采取超前预注浆，使破碎围岩固结，改善
围岩状况，提高围岩整体性，增强岩体自稳能力，开挖过程中，未发生大的坍塌、掉块
现象，表明预注浆对破碎围岩的固结作用明显，保证了作业人员的施工安全。

初期支护未采取径向注浆时，由于岩体松动，易造成初支背后出现空洞现象，空洞
周边岩体如果发生松动垮塌，造成初支受力较大而造成初支变形开裂，初期支护质量无法保证，进而影响施工安全。

初期支护采取径向注浆加固后，有效改变了围岩的粘结力，
初支背后饱满密实，改善岩体受力状态，有效减小变形，未发生较大开裂现象。

初期支护钢架先采用垫钢板、锁脚锚杆，后锁脚锚杆更改为锁脚锚管，对初期支护
背后采用透水盲管，把渗水引排，初期支护整体稳定性较好，经监测，最终沉降值和收
敛值均控制在20mm 以内，在设计允许值范围内，未发生初期支护侵入二次衬砌净空现
象，进行换拱。

未采用预加固施工处理措施时，掌子面经常出现掉块，因变形过大造成初支开裂，施工安全风险高，施工进度严重滞后，隧道每月开挖40米左右。

采取加固措施后，由
于方法得当，措施有力，施工正常有序推进，工序衔接紧密，施工生产进度得到保障，在保证安全的前提下，隧道V 级围岩，每月开挖80米，提前完成隧道开挖。

结语
该隧道泥质砂岩、板岩，围岩破碎，节理裂隙发育，自稳性极差，渗水严重，围岩
极不稳定，渗水比较大，该围岩遇水易掉块、坍塌，施工过程中，开挖前通过对围岩进行预注浆加固，确保了开挖过程中掌子面不坍塌。

加强隧道初支，保证初期支护质量，
做好防排水，有效控制初期支护变形，加快了隧道施工进度，提前完成施工任务。

实践表明，预注浆加固围岩保证破碎围岩施工安全，对类似工程具有参考价值。

参考文献：
[1]周爱国.隧道工程现场施工技术[M].北京：人民交通出版社，2004 。

[2]岩山隧道设计施工图。

[3]冯卫星，况勇，陈建军.隧道坍方案例分析[M].成都：西南交通大学出版社，2002。

[4]赵万山,阮正富.隧道锚喷支护的施工质量控制[J]，《中国西部科技・学术》2007(5)。