浅谈隧道软弱围岩快速施工技术

浅谈隧道软弱围岩快速施工技术
中铁十一局四公司袁中华
摘要：本文通过对琯头岭隧道进口软弱围岩的施工，总结了软弱围岩快速施工经验。

关键词：隧道软弱围岩施工技术
软弱围岩的施工特别是在地质条件复杂的隧道，往往会给整个工程的工期带来较大影响，甚至影响着工程的质量及施工安全，现总结琯头岭隧道软弱围岩的施工经验，供其他同类地质条件隧道参考
一、工程概况
1、基本情况：
温福客运专线琯头岭隧道为全线重点工程，隧道全长4103米，我部施工进口段1435米，其中568米为Ⅴ级围岩全风化土，468米为Ⅳ级强风化凝灰岩且局部夹带全风化土，软弱围岩占施工段的72.2%，
2、工程地质情况
隧道穿越剥蚀低山～丘陵区，紧邻海积平原，山体植被发育，主要地层为上侏罗统南园组火山岩。

浅灰色流纹质晶屑凝灰熔岩、流纹质晶屑凝灰岩及凝灰岩，
施工段内有四个断层带贯穿其中，在断层沟谷及其附近，岩体破碎、节理裂隙及劈理发育，断层破碎带及节理裂隙、劈理富水性好，地下水主要为构造裂隙水，接受大气降水及地表水的下渗补给，水量丰富。

本区内地表水系发育，规模较大的冲沟均有地下水出露，并形
成小溪。

二、施工方法
一）、洞口段施工
由于洞口段围岩覆盖层薄、且为全风化的土，开挖后不能形成自然拱，易造成坍塌。

开挖前对边仰坡进行修整，挂网喷锚加固，并对围岩采用20米超前管棚注浆预支护。

二）、正洞段施工
1、Ⅴ级围岩全风化土段施工
开挖方法采用三台阶预留核心法，中下台阶分左右侧并错开开挖，仰拱及时跟进形成闭合环，三台阶采用超短台阶。

开挖机械采用挖掘机，对局部利用风镐及人工进行修整。

为保证机械开挖的最大功效，及考虑到施工安全，对设计的三台阶尺寸进行调整，适当的增加上中台阶的高度，使挖掘机操作方便。

施工中严格遵循短进尺、禁爆破、快支护、勤量测、紧衬砌、早闭合。

a、开挖Ⅰ部：Ⅰ部是整个施工循环最为关键的部位，直接影响到下序工程是否能正常进行。

施工掘进前务必严格做好超前小导管支护，每次进尺根据围岩情况及地下水情况而定，一般开挖一榀到两榀拱架长度（80cm—160cm）。

设计采用4.5m的φ42超前小导管预支护，3.2米(四榀拱架)施作一环，考虑到4.5米的小导管施工外插角不易控制，施工至搭接位置时, 漂移距离大,预支护效果差,且引起超挖量大,且工程用的无缝钢管长度一般为6m，在材料的加工上浪费很大,
所以改为3m，每两榀拱架（160cm）施作一环。

开挖后及时速喷4cm的混凝土封闭拱顶，抑制开挖后土体风化变形，初喷后立即进行拱架的安装
安装钢架，考虑到施工误差及沉降，钢架的在制作上必须进行放大，以满足变形及施工误差。

为减小拱架的下沉，在开挖拱脚位置时，应尽量减少超挖，对拱脚部位进行夯实，并用木板垫住拱脚。

拱架安装定位好后，除进行系统锚杆的施工，还必须进行锁脚的施工，锁脚采用锁脚钢管，锁脚钢管可以抑制拱架的下沉。

开挖Ⅰ部时预留核心土，核心土从施工上可作为Ⅰ部安装拱架的工作平台，从力学上可以减小掌子面的临空面，提高开挖后围岩自稳能力，及对拱脚基础反压，稳固基础。

当开挖纵深超过机械可操作范围时，挖除无作用的部分核心土，并对中下台阶拉中槽，下台阶中槽不用太宽，满足机械上下即可，中台阶的中槽不宜太宽，必须保证马口宽度在1.2米以上且不影响机械对Ⅰ部的开挖。

中槽与核心土顺接，在Ⅰ部继续向前开挖时，应尽量不破坏中台阶的马口。

b、开挖Ⅱ、Ⅲ部：当拉中台阶的中槽时, Ⅰ部的部分拱架落于中台阶的马口上,如继续向前开挖，马口长度增大，落于马口上Ⅰ部拱架增多，马口的作用减小，安全存在隐患，所以在进行Ⅰ部开挖的同时进行Ⅱ、Ⅲ部的开挖，为防止掉拱，Ⅱ、Ⅲ部错开开挖，确保Ⅰ部的拱架左右拱脚不同时处于悬空状态。

开挖顺序：开挖Ⅰ部一榀拱架长度（80cm），同时开挖Ⅱ部两榀拱架长度（160cm），下一循环在开挖Ⅰ部一榀拱架长度（80cm）时，开挖Ⅲ部两榀拱架长度（160cm）。

开挖后立即进行拱架、系统锚杆、锁脚锚杆、钢筋网片的安装，喷砼进行支护。

c、开挖Ⅳ、Ⅴ部：虽然上中台阶的净空足可保证机械的方便操作，及马口宽度较大，但如果下台阶不及时施工，拱架不能及时闭合，势必给安全带来隐患。

考虑到为中台阶施工提供平台及中槽坡度，中台阶与下台阶距离不宜过短，一般控制在10米左右最为合适。

在继续开挖Ⅰ部及Ⅱ、Ⅲ部的同时开挖下台阶的Ⅳ、Ⅴ部，同样为确保Ⅰ部与Ⅱ、Ⅲ部连接的同一榀拱架不同时处于悬空状态及已施工的初支受力不在同一侧，Ⅳ、Ⅴ部错开开挖且上中台阶开挖对侧开挖。

开挖顺序：开挖Ⅰ部一榀拱架长度（80cm），同时开挖Ⅱ部及Ⅴ部的两榀拱架长度（160cm），下一循环在开挖Ⅰ部一榀拱架长度（80cm）时，开挖Ⅲ部及Ⅳ部两榀拱架长度（160cm）。

开挖后立即进行拱架、系统锚杆、锁脚锚杆、钢筋网片的安装，喷砼进行支护。

d、仰拱开挖：为拱架及早封闭成环，应及时进行仰拱的施工，同样仰拱距离下台阶距离必须保证下台阶作业空间，仰拱的一次开挖长度不宜太长，控制在6米左右，当地下水发育时，在开挖仰拱时，必须在端头侧设积水井，以防仰拱浸泡于水中，影响整个拱架稳定。

为缩短循环时间及及早让拱架封闭成环，初支工班分四个小工班，分别进行上、中、下台阶及仰拱的拱架安装及喷砼施工。

e、施工二衬：二次衬砌原则上必须待围岩稳定，及收敛＜
0.2mm/d，拱顶沉降＜0.15mm/d，但考虑到施工安全及工期要求，二衬紧跟仰拱，但必须保证钢筋安装台车作业及行驶车辆避车调头的空
间。

2、Ⅳ级围岩强风化岩段施工
Ⅴ级围岩全风化土段采用的三台阶距离短、作业面小，各部的施工难免发生冲突，所以在Ⅳ级围岩强风化岩段，可加快上中台阶的施工，拉大上中台阶与下台阶的距离，但不得超过60米，使原来的1个工作面变为两个，上中台阶的施工与下台阶的施工互不影响，仰拱及二衬紧跟下台阶。

上中台阶仍采用超短台阶，当围岩自稳性较好，地下水不发育，上中台阶可合并为一个台阶，变为上下台阶法进行施工。

当上中台阶合并为一个台阶时，由于临空面高，围岩自稳能力减小，施工中严格做好超前支护，且必须保证超前支护深入未开挖围岩至少1m。

三、施工注意事项
1、软弱围岩采用工字钢支护，当初期支护结束后，如发生初支侵线，换拱处理非常困难，特别是在围岩变形还未稳定的情况下，其安全风险大。

所以为确保初支不侵线，必须对拱架进行放大，放大量考虑施工误差5cm，围岩沉降（Ⅴ级15cm、Ⅳ级10cm），及二衬台车放大的5cm，并在每榀拱架安装时加强测量放样。

2、对超挖部分必须用同级混凝土进行回填，特别是在拱脚处。

3、施工中应做好临时排水措施，拱脚处不能有积水，积水破坏基础，使拱架下沉。

四、心得体会
1、施工前对隧道山体进行调查及施工中作好超前地质预报工作，
可对施工起到很好的指导作用；
2、无轨运输必须作好洞内通风，保障施工人员能正常的工作；
3、水影响着软弱围岩的稳定性，施工前作好切实可行临时排水方案。

4、加强监控量测，并反应到施工中，及时调整支护参数。

5、施工前对施工人员进行技术培训，过程中加以指导，可大大的缩短每工序的施工时间。

6、现场管理：从每个工序的时间及工序之间交接情况着手，最大限度缩短施工循环时间。

五、施工绩效
隧道于2005年10月开工至2006年9月总进尺150m，后通过改变施工技术及现场的严密组织管理，隧道自2006年10月后单口月进尺最低60m，最高83米，剩余的408米Ⅴ级软弱围岩6个月全部完成，468米的Ⅳ级软弱围岩单口月进尺最底70米，最高103米，5个月将其完成。