浅埋偏压隧道进洞施工技术及应用

浅埋偏压隧道进洞施工技术及应用

浅埋偏压隧道进洞施工技术及应用

摘要：浅埋偏压隧道由于其浅埋偏压的不利因素，在施工和后续的运营中极易产生病害，造成人身财产的损失。本文对施工过程中遇到的问题、处理方法及爆破施工技术进行了探讨。

关键词：浅埋偏压；隧道；进洞；施工

中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：

1．工程概况

西源隧道工程,为双线隧道，最大埋深约35.34m，平均埋深约

18m，Ⅳ级围岩占17.1%,Ⅴ级围岩占82.9%，部分地段地下水较发育。隧道进出口桩号分别为K101+762、K102+230。本隧道地层岩性自上而下为第四系残坡积层粉质黏土，下伏基岩为二叠系上统P21炭质页岩、粉砂岩及二叠系下统P1q灰岩。围岩破碎，节理裂隙发育，空隙潜水较发育，多处浅埋，沟谷。隧道围岩较差，遇水极易软化，施工安全风险极大。

2.设计施工方法

衬砌及施工辅助措施情况见表1。

表1西源隧道正洞衬砌与施工辅助措施一览表

管棚采用Φ108mm×108m热轧无缝钢管，外插脚为3□，压注水泥浆液。

3.施工过程中遇到的问题及处理方法

（1）在洞口边仰坡开挖过程中，隧道进口右侧坡体上有滑坡现象出现，滑坡面光滑。处理方法：在滑坡体处加设锚杆、再挂网喷浆。

（2）在洞口长管棚施工时，发现导向墙右侧下沉，但导向墙整体完好，导向墙上部土体有开裂现象。经各方现场勘查研究，一致认为施工恰处梅雨季节，隧址处围岩孔隙水发育，导向墙两基脚地基为炭质页岩，遇水后承载力急剧下降造成导向墙下沉，经检测实际地基土承载力只有40KPa左右，远小于设计显示的200KPa。处理方法：

将导向墙两基脚从设计上的120°改为180°，并增大基脚尺寸，同时采用小导管注浆加固导向墙基脚（采用ф42小导管，L=4～5m，左、右两侧纵横向各设置12根）。对基脚下岩体进行注浆板结加固，以满足导向墙地基承载力的要求。加固处理完5天开始连续观测7天，导向墙平面位置无变化，没有水平位移。

（3）采用设计图纸推荐的六步CD法施工，在6步CD第3步开挖时，发现6步CD第1步与6步CD第2步连接处中隔壁9榀钢架出现了变形，介于此情况，现场马上进行6步CD第3步回填，并及时开挖了6步CD第4步和6步CD第5步，减少了右侧土体对中隔壁的侧压力，避免中隔壁垮塌。中隔壁稳定后对掌子面挂网并喷射20cm 厚混凝土，并按30cm间距插打两排超前小导管并注浆。在隧道地表沉降观测中发现洞顶地表开裂、洞内沉降明显，为确保洞口施工安全和坡体稳定，决定对DK101+793～+833段采用准50mmPVC袖阀管注浆加固，注浆孔深度至仰拱下1m范围，注浆宽度25m，间距2.0m*2.0m。DK101+793～+813注浆压力控制在0.8Mpa左右，DK101+813～+833注浆压力控制在0.4Mpa左右。注浆采用1:1水泥浆。

（4）施工至DK101+810断面时，掌子面滑坡，但滑坡体不大，滑坡面光滑。处理方法为：回填反压，掌子面挂网并喷射15cm厚混凝土，30cm间距插打两排超前小导管并注浆，待稳固后进行开挖进尺。

（5）施工至DK101+815断面时，拱顶右侧塌方冒顶，坍塌处至掌子面约5米，埋深约6米。坍坑近似直径10米的圆坑，呈漏斗状，隧道内坍体近300m3左右。

经分析，造成此次冒顶的主要原因有：①围岩破碎，围岩为Ⅴc 级围岩，表层Qe1+d1粉质黏土，褐黄色，硬塑。塌方前两天连续下雨，粉质黏土遇水软化、松散，失去承载力。②DK101+813～+833段注浆压力为0.4Mpa左右，注浆压力小，仅对注浆孔周围小部分岩体起到板结效果，达不到注浆加固围岩的作用。注浆压力0.8Mpa时围岩板结效果注浆压力0.4Mpa时围岩板结效果③此处正处于纵向土、岩交界面，两介质性能差异较大，粘结较差。④洞口长管棚未能很好的起到超前支护作用。由于施工误差，设计的长管棚钢管间距为40cm，

但根据冒顶处实际情况看到管棚钢管间距约有70cm，造成误差较大的原因有：岩体中介质不均，设备在钻眼过程中难以控制方向。⑤洞内开挖过程中孤石爆破对隧道围岩的影响。

鉴于以上原因，决定对DK101+813～+833段进行重新注浆，注浆压力控制在0.8Mpa左右。下图为2-1孔注浆过程的P-T及Q-T曲线。

通过曲线图可以看出，注浆施工中P-T曲线呈上升趋势，Q-T曲线呈下降趋势，在注浆结束时，注浆压力均在0.8MPa左右，注浆速度在5L/min以下，基本满足注浆设计要求。施工过程中注浆段平均单孔注浆量为8.25m3，总注浆量占加固体积16.2%，地层平均空隙率约为20%，浆液填充系数为81%。

4.注浆效果评估

注浆完成后采用XY—150型钻机对地表注浆范围内围岩进行取

芯钻探。其目的是通过外孔取芯，评价地表注浆对岩土体中空洞及孔隙的充填的效果。

表2水泥结石分布情况一览表

①从各孔取芯情况来看，未见有大的地下洞穴及岩土采空区，表层黏性土土质较致密；中部全风化岩层岩体极破碎，但多为风化后形成泥质物所包裹，孔隙较少。②七个钻孔中都有水泥结石分布，但水泥结石不能形成大的团块状，多数呈碎块状、片状，夹杂在岩土体的孔隙中。③通过钻孔取芯对注浆效果评价为：注浆对围岩有一定的板结作用。

5．控制爆破施工技术

通过对实际工程的研究，为了使爆破达到更好的效果，浅埋偏压隧道的爆破振动可以采用以下的控制方法。

（1）首先要使用合适的掏槽结构，这主要是由于如果周边孔爆破的单响药量或者掏槽爆破单响药量不大，那么选择合适的掏槽结构就可以使爆破振动加强。在实际爆破中，可以将大楔形掏槽改为多级的小楔形掏槽，这样不仅可以减少爆破所用的药量，还可以为后面的爆破创造好的条件，从而使爆破的效果得到有效地控制。（2）全程振

动监测与爆破参数优化浅埋偏压隧道开挖，应在现场进行施工全过程的爆破振动观测，测点布置在隧道掌子面前、后方一定范围以及偏压掌子面横断方向，同时配合拱顶沉降、洞周收敛等项目的观测，全面监控隧道开挖爆破振动及其效应，重点监控偏压浅埋处围岩是否出现裂缝或产生破裂面。基于监测结果，优化爆破参数，通过浅埋隧道非敏感区段的试验研究，找到既能有效减弱爆破振动，又能保证较大循环进尺的良好爆破方案。（3）在进行爆破时，对于炸药等爆破器材的选择对爆破的振动也有一定的影响。一般来说，可以选择那些爆破速度较低、直径较小、传爆性能较好的炸药，控制好爆破时间，从而使光面爆破效果更好，也能使爆破的振动速度降低。但在实际工程中，可供选择的炸药不多，为此，可以根据孔炮作用的差异进行合理的设计。如在扩槽孔可以选择那些高段位的雷管，这就可以使爆破的振动降低，爆破的分散性也比较好。在条件具备的情况下，还可以使用精度较高的民子雷管，其好处是还可以将延时时间进行设置，从而发挥错峰减振的优势，爆破效率也能得到明显的提高。

6．结束语

隧道的具体施工方法应根据工程地质和水文地质情况，结合开挖断面大小、衬砌类型、埋深、隧道长度、工期要求、机械设备配套情况等因素综合确定。施工方法应有较大的适应性，以工序转换简单和保证施工安全为原则，尽可能在借鉴、优化原有施工工艺基础上，及时调整施工方案。在此后的隧道施工过程中，掌子面开挖处发现多处水泥结石和水泥浆层，证明采用地表深孔袖阀管后退式分段注浆工艺是可以达到加固和改良围岩的目的。

参考文献：

[1]杨献章，李志勇．软弱围岩浅埋偏压连拱隧道施工方法研究[J］．湖南交通科技，2007( 4)．

[2]陈小勇，陈绪文，李向平．浅埋偏压隧道进洞施工技术［J］．现代隧道技术，2009( 3)．

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