浅谈软弱围岩隧道施工技术

浅谈软弱围岩隧道施工技术

1 工程概况

洛栾高速玉皇庙隧道为山岭区高速公路上下行分离四车道双洞

小净距隧道+独立双洞隧道;设计行车速度为100km/h;隧道限界净宽：10.75m，限界净高：5.0m;隧道最小间距为15.2m，左线长815m，右线长809m。左右线位于直线、缓和曲线和R=1000m的圆曲线上。路线纵坡采用单向坡，右线设计纵坡为-2.5%、-2.99%，左线设计纵坡为-2.7%、-3.0%。

其中大里程端400m为Ⅴ级围岩，占隧道总长的49%，围岩主要为强风化~全风化安山岩，节理发育，呈碎块状，岩体强度低，手

可掰断;且施工时正值雨季，围岩富含水，岩体遇水软化严重;岩体有构造痕迹，夹绿色泥状夹层。开挖时掌子面掉块、塌方严重，且初期

支护变形较大。

本工程采用三台阶法开挖。主要支护参数为：拱部140°范围长4.5mΦ42×4超前导管，环向间距0.3m，纵向间距 2.4m，外插角5～10度;26cm厚C25喷射混凝土，Φ25中空锚杆，间距100(环)×

60(纵)cm，L=3.5～4.5m,梅花形布置;工20a钢拱架纵向间距0.6m;二次衬砌为P6级C35模筑防水钢筋砼，双层配筋，主筋采用Φ22钢筋，间距为20cm。因有地下水渗流，二次衬砌采用防水混凝土，

抗渗等级不小于P6。初期支护与二次衬砌间设置分离式EVA防水板，厚度1.5mm，土工布重量≥350g/m2;防水混凝土结构的衬砌厚度不

应小于45cm;环向施工缝设置中埋式橡胶止水条，沉降缝处设置橡胶止水带等多道防水措施。

2施工方法

台阶法视台阶长度大体分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种，三种方式中的台阶长度是依初次支护形成闭合断面的时间决定的，围岩越差，闭合时间要求越短。对于一般的隧道断面，适当的选

择台阶长度，能适应从土到岩质比较广泛的地质。长台阶法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞径，上端面和下端面相距100～150m左右，可采取循环开挖，也可采取平行开挖。短台阶法的台阶长度在20—50m左右，一般台阶长度小于5倍但大于1—1.5倍洞径，两个断面比较接近，作业之间会有干扰。由于短台阶法可缩短支护结构闭合时间，改善初次护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，所以使用范围很广，Ⅱ一Ⅴ级围岩都能采用，尤其适用于Ⅳ一Ⅴ级围岩，是新奥

法施工中的主要方法。超短台阶法的台阶长度一般都小于坑道跨度，

约在3—5m左右，由于超短台阶法初次支护全断面闭合时间更短，

更有利于控制围岩变形和控制地表沉降，所以，更加适用于膨胀围岩及土质围岩等要求及早闭合断面的场合。这种方法的缺点是上下断面施工干扰大，生产效率低，施工速度慢。采用超短台阶法施工时应注意以下问题，在软弱围岩施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，

必要时采取辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，

对开挖面进行预加固或预支护，为减少变形，采用临时仰拱法进行初期支护临时封闭等。

本工程经研究确定采用三台阶预留核心土法施工+预留核心土法：各部开挖及支护自上而下分成三个小单元进行开挖缩小开挖断

面，步步成环，及时封闭。各分部封闭成环时间短，有效发挥初期支

护整体受力效果，临时仰拱能有效阻止支护结构变形，减少隧道围岩变形。

3三台阶临时仰拱法施工工序

采用分部开挖法开挖，如图所示，施工工序如下：

第一步：利用上一循环架立的钢架施作隧道超前小导管;

第二步、第三步：开挖上部台阶，上台阶核心土高度离已初期支

护钢架不得大于 1.8米，长度不得小于5米，每循环进尺控制在0.6米左右;施作②部洞身结构的初期支护，即初喷4cm~10cm厚混凝土，架立20a钢架，并设锁脚锚管，为了防止初期支护变形，在拱

架两侧离设计锁脚锚管以上60~100cm处各增设锁脚锚管1组，以替代该处的中空锚杆;钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，如为

注浆环节，则在掌子面喷10cm混凝土封闭

第四步、第五步：上台阶领先中台阶 3.6米时，开挖中部左侧台阶，每循环进尺控制在 1.2米左右;架立20a钢架，并设锁脚锚(管)杆，为了防止初期支护变形，在拱架两侧离设计锁脚锚管以上

60~100cm处各增设锁脚锚管1组，以替代该处的中空锚杆;钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，完成中部左侧台阶初期支护;

第六步、第七步：中部左侧台阶领先右侧台阶 3.6米时，开挖中部右侧台阶，每循环进尺控制在 1.2米左右;架立20a钢架，并设锁脚锚(管)杆;钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，完成中部右侧台阶初期支护;

第八步：开挖中部核心土，施作中台阶临时仰拱;

第九步、第十步：开挖下台阶，每循环进尺不大于 1.2米，完成下台阶初期支护及仰拱初期支护;

第十一步：浇筑仰拱混凝土及仰拱填充;

第十二步：根据量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模

板台车一次性灌筑二次衬砌(拱墙衬砌一次施作)。

3 施工技术

3.1 超前地质预测预报

隧道施工中要加强超前地质预测预报工作，特别是断层破碎带。

若探明的工程地质条件与设计不符，要立即停止施工，把相关的情况上报给建设单位、设计单位及监理单位，以便根据具体的情况采取相应的处理措施。超前地质预测预报采取的措施有全断面地质素描、探地雷达探测、水平钻孔探测。

3.2套拱

该隧道进洞施工时采用了2m套拱，即在明、暗洞交接处首先施作一个类似明洞的暗洞，逐步向洞内方向推进，直到完全嵌入山体。

该隧道采用I20a工字钢作为内模支撑，再浇注80cm厚C25#钢筋混凝土，将I20a工字钢一起浇注在混凝土中，并在浇注前预埋Ф

150mm钢管作为超前长管棚施工的定位、定向套管。在套拱砼两侧

回填贫混凝土至套拱外拱顶标高，然后回填土。这样，洞口的边仰坡

几乎不会受到破坏，而且，套拱与回填的贫混凝土形成整体支护作用，

有效地保证了洞口段及边仰坡施工的安全

3.3 超前支护

在软弱围岩隧道施工中，一般须进行超前大管棚支护。本隧道洞口采用Ф108mm热扎无缝钢管长管棚注水泥单浆液进行超前支护，

导管长32米，节长4米，两节之间用“V”型对焊，环向间距40cm，注浆终压为2Mpa(注浆孔孔径为16mm，间距为20cm，呈梅花型布置)。。

3.4开挖

待超前支护注浆强度达85%后，方可开挖。考虑处于偏压、浅

埋及软弱围岩段，虽已进行超前支护，但也不能大意，因此,采用预留核心土开挖方法，即先沿隧道轮廓线开挖，每循环进尺0.6~1.2m，待锚喷支护达到一定强度后，再开挖核心土。开挖外轮廓时，采用风

镐配合人工开挖，局部遇到坚石时，为减少对周边围岩的扰动，采用

弱爆破将坚石震裂后用风镐开挖。核心土采用挖掘机开挖，局部坚石采用弱爆破将坚石震裂后用挖掘机开挖。

3.5初期支护

3.5.1开挖成型并经过人工修整无欠挖后立即初喷4cm厚混凝土封闭岩面。