隧道洞口浅埋偏压富水段施工技术

隧道洞口浅埋偏压富水段施工技术

内容提要：新建贵广铁路双界顶隧道全长4476米，隧道进口向出口方向设计为8.86‰单面下坡，进口段位于浅埋偏压地段，洞身穿越花岗岩全风化层，全风化层多呈砂土状，围岩富水。因围岩沉降收敛，施工过程中隧道正洞部分地段结构发生较大变形。本文介绍了在这种复杂地质条件下，通过围岩监控量测配合系统支护，合理调整支护参数及施工方法，并在工艺上加以细化，总结出了该类地段的施工方法，对同条件下浅埋偏压富水软岩地段的隧道施工有一定借鉴作用。

关键词：浅埋偏压监控量测支护参数施工方法

1工程概况

新建贵广铁路双界顶隧道穿越双界顶山，隧址区内以构造剥蚀低山为主，地下水类型为基岩裂隙水和花岗岩全风化层孔隙水。隧道区内属亚热带海洋性气候，雨量充沛。隧道洞身位于浅埋偏压地段，洞身穿越花岗岩全风化层，全风化层呈砂土状，黄褐色，富水，强度极低，围岩整体性、自稳性很差。

隧道全长4476米，最大埋深为339m，起讫里程dk623+555～

dk628+031，为山岭浅埋隧道。隧道进口段386m设计为ⅴ级围岩，全风化层呈砂土状，黄褐色，遇水易滑塌、软化，易造成围岩变形甚至塌顶，，有较大的裂隙水，该段最浅埋深为8m；因隧道洞身揭实围岩极差，施工变更130米为ⅴ级围岩。

双界顶隧道进口段洞身开挖支护存在楔形掉块、滑塌、围岩随水

流动等一系列难题；并且因围岩沉降收敛，造成隧道正洞部分地段结构发生较大变形，隧道拱顶下沉、围岩收敛超过预留变形量，出现初期支护局部开裂和侵入二次衬砌界内等问题。

2施工方案

针对隧道洞身位于浅埋偏压地段、围岩软弱富水的特点，我们制定了“超前支护、初支加强、监控加强、合理变形、及时封闭、底部加强、仰拱二衬紧跟、地质预报”的整治原则和总体方案较好的解决了此项难题。

2.1总体方案介绍

2.1.1采用超前支护，开挖后及时封闭围岩；加强初期支护的刚度，采用型钢拱架封闭成环；为达到稳固围岩的目的，系统锚杆采用中空注浆锚杆加固地层，锚杆长度应稍大于塑性区的厚度。

2.1.2加大预留变形量。为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空，开挖时即加大预留变形量。

2.1.3施工支护采用“先柔后刚，先放后抗、刚柔并济”原则，使初期支护能适应大变形的特点。

2.1.4及时封闭仰拱、特别是仰拱初支，是减小变形、提高围岩稳定性的措施之一。

2.1.5根据围岩实际和监控量测数据的分析指导施工。

2.1.6隧道开挖尽量减少对围岩的扰动。

2.1.7全过程实施施工地质超前预报工作。

2.2施工技术措施

2.2.1超前地质预报

采用以监控量测、地质素描为主，结合科研测试的综合地质预报方法。综合超前地质预报包括以下方法：掌子面地质素描，监控量测，应力应变测试以及常规地质综合分析等。通过掌子面素描确定节理面的走向和倾向，通过监控量测数据反分析地应力值，从而判定围岩的地质状况。

根据隧道地质资料，双界顶隧道的超前预报重点放在了洞身软弱围岩的变化和围岩富水情况。在施工时采取强有力的超前地质预报，将超前地质预报工作纳入施工工序。

2.2.2超前支护

（1）超前管棚注浆支护

超前管棚注浆支护是在断层破碎带、软弱围岩开挖中，由钢拱架、钢管与注浆、网喷锚、联合使用形成超前支护的方法。架设钢架后，从钢拱架预先钻好的眼孔中，向开挖面前方钻孔，然后顶入一定数量的开孔的花钢管，注浆形成管棚。管棚的一端支撑在钢拱架上，另一端的一定长度支撑在岩体中，然后在管棚的保护下进行开挖。在dk623+623～dk623+847段软弱围岩施工中采用了直径为89mm，长 10m的长管棚，钢管的前端制作成圆锥形，为确保超前管棚切实起到防护加固围岩的作用，超前钢管间距定为40cm，同时为保证钢拱架的位置，钢管的外插角控制在80°～100°，相邻两环管棚之间的搭接为3m。

洞身超前管棚施工工序主要有：钻孔、顶入钢管、注浆。

①工作面处理。由于软弱围岩易塌落，钻孔工作面必须作处理。在紧挨掌子面处应先施作钢拱架支护。

②钻孔。为保证钻孔位置及方向满足要求，施工中采取了以下措施：（1）钻孔前，按40cm的环向间距沿开挖轮廓线布置孔眼的位置，并用红油漆做好醒目标记，钻机就位后，调整好钻杆开钻角度，并随时检查纠正钻进方向；（2）在钻进工艺上采取措施，开孔钻进时采取低压低速推进，推力均匀，速度尽量放慢。

③安装管棚钢管。因钢管长度较长，采用装载机配合挖掘机顶进。

④注浆。管棚钢管顶入后，进行注浆，目的是通过将水泥浆液压入钢管并扩散到钢管周围的软弱破碎围岩体中，固结周围碎散岩体，增加围岩的整体强度，提高围岩的自承能力。注浆机具采用bw-150注浆泵，注浆采用水灰比1：1的水泥浆液，注浆压力控制在0.5～3.0mpa。

（2）超前小导管注浆支护

超前管棚施作后，为了加强超前管棚的支护效果，进一步固结松散的岩体，提高围岩的整体性能与自承能力。在上台阶前，按2.4米一个循环，增设φ42（l=3.5米）的小导管注浆支护。

①小导管采用外径42mm、壁厚3.5mm无缝热轧钢管制作，前端加工成锥形并封焊密实，管身设若干注浆孔，孔径6～8mm，孔间距15mm，按梅花型布置；尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段。

②注浆小导管按拱顶外轮廓中心高程和支距进行布孔放样，插空布置在洞身长管棚钢管之间。小导管环向间距40cm ，纵向搭接长

度为1.1m，外插角为3°～5°。

③小导管安设采用钻孔打入法，先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径达3～5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。小导管插入钻孔后外露一定长度，以便连接注浆管路，并用塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实，防止工作面坍塌。

④注浆材料为1：1（重量比）水泥浆液，小导管注浆的孔口最高压力严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力一般为

0.5-1.0mpa，止浆塞必须能承受注浆压力。

⑤注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时结束注浆。

⑥隧道的开挖长度小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一循环的止浆墙。

⑦注浆前应进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆。

实践证明，在该浅埋、软弱围岩破碎带，采用超前小导管配合洞身长管棚注浆进行超前支护的措施，对于改善围岩的整体性能、提高围岩的自承能力、预防围岩坍塌、堵截地表水方面，起到了较好的效果。实践也证明，该段所采用的二次超前支护结构中，单一管棚注浆浆液难以扩散全面，以致在增强围岩的整体性和浆液固结层形成的截水帷幕截水效果上存在死角，而在开挖过程中再次采用小导管注浆的措施，起到了明显的弥补效果。

2.2.3洞身开挖