浅谈软弱围岩富水情况下既有线隧道施工技术

浅谈软弱围岩富水情况下既有线隧道施工技术

李友坤

中铁隧道集团三处有限公司518052

摘要：软弱围岩的施工，特别是地质条件复杂的隧道，往往对工程的整个施工周期有很大的影响。本文通过大梅山隧道软弱围岩的施工总结出软弱围岩隧道快速施工的经验。

关键词：软弱围岩富水；既有线隧道；软弱围岩

1.工程概况

1.1基本情况

大梅山隧道全长4249.79m，隧道最大埋深87m，隧道设计是单洞双线形式，在隧道施工过程中要下穿广汕公路且上跨地铁线，施工难度极大。施工场地紧邻城市，干扰因素多。

1.2工程地质

大梅山隧道穿越地层主要为黑云母片麻岩，隧址位广花复式向斜的右翼，处于恩平-新丰断裂带和高要-惠来断裂带之间，隧道有3条断层与线路相交。隧址属于南亚热带海洋性季风气候，雨水丰富，汛期持续时间长，地形沟壑纵横，水塘遍布，地表水较发育，地下水主要为松散层岩土体孔隙水、基岩裂隙水和构造裂隙水。

2.软弱围岩富水情况下的施工方法

由于围岩薄且完全风化，开挖后不能形成天然拱，容易引起塌陷。开挖前，侧方为修补错误的净喷射，围岩进入20米的管道，用于灌浆超前支撑。

2.1正洞段施工

开挖方法采用三步预留核心土法，将中、下台阶分为左右两面，跟踪下拱形成锁骨。现场采用锚喷支护和机械配合，为确保机械开挖的最大功效，并考虑施工安全，适当调整和增加挖掘机作业，使其更方便。

第一部分是整个施工周期中最关键的部分，它直接影响到底层序工艺能否正常进行。根据围岩和地下水的情况，一般开挖一榀或两榀拱架，Φ108管棚、Φ89管棚及Φ42超前小导管作为超前支护加固围岩，使掌子面前方开挖过程中稳定不变形。

在安装钢供架时，考虑施工误差和沉降，必须对钢拱架进行扩展，以满足变形和施工误差。采用系统锚杆加固围岩，锁脚锚杆可以抑制拱脚下沉。

第一部分以核心土为拱架安装的工作平台。在机械上，可以减少工作面的空间，实现围岩的自我稳定。通过反压力，可增加其他方式开挖，稳定拱脚基础。当开采深度超过机械可操作范围时，挖出部分核心土，画出中台阶和下台阶的中沟，中间槽不应该太宽，确保整个环向拱架的稳定性。

第二部分开挖是当台阶的中间槽被拉下时，拱架的第一部分落在中间台阶的口上。如果开挖继续推进，弧形的长度应该增加，确保中下台阶施工安全。

同时，为了防止台阶沉降，错开挖掘，以确保中台阶左右侧稳定，其开挖顺序为：先开挖上台阶，再开挖中台阶左右侧，且应错开2-3榀拱架间距。。

第三部分，下台阶开挖，遵循中台阶施工顺序，错开施工，确保上中台阶稳定。以不影响整个环向拱的稳定性。

为了确保施工安全，尽快初支封闭成环，完成前面三个工序后，仰拱初支封闭。

2.2五级围岩强风化段岩施工

五级围岩断面三台阶间距短，操作平台小，上台阶长度控制在3-5米，中、下台阶长度控制在10-15米左右。这样，中间工序不受下台阶、仰拱初支施工影响。当围岩有良好的自稳能力和地下水不发育的情况下，上部和下部可同时施工。当围岩较差时，做好前期支护工作施工，确保超前支护深入未开挖围岩。

2.3施工注意事项

当初始支护完成后，特别是当围岩变形不稳定时，安全风险很大。因此，为了初支不侵入二衬净空，必须预留拱架变形量，增加5厘米的二次衬砌台车，加强勘察放样，超挖部分必须用相同等级的混凝土回填，特别是在拱脚边施工，应做好临时排水措施。

3.大梅山既有线隧道施工技术

3.1洞口工程安全措施

在富水、软弱、破碎的大梅山隧道中，施工的安全问题尤为突出。洞口已采取下列安全措施：

排水系统应与路基排水系统连接，不得对其他建筑物和农田建筑物进行冲刷预留拱架变形量。

3.2洞口施工安全技术

地下水对软弱围岩大梅山隧道的施工影响很大，是造成隧道塌陷的主要因素。在总结许多施工方案的基础上，提出了以下几点建议：为了保证施工安全，必须对地下水进行处理；在挖掘围岩之前必须根据实际情况采取措施；隧道施工前，根据地质条件、埋深和地下水的条件，对地面进行实地勘察和量测；选择注浆，提前帷幕灌浆，降低地下水位；在确保了其他处理和评估需求的安全技术措施下，才可以挖掘。

由于目前地质预报技术的先进，预测方法基本能保证完整的预测精度，预测方法往往有很多种解决方案。软弱破碎围岩大梅山隧道施工中，应根据设计及时进行初期支护，并应尽快封闭成环，以防止隧道塌陷和初始支护变形。

建立有效的监测系统。当监测点埋设在时间内，获得参考值时，必须对围岩进行监测和测量。测量的主要内容是拱顶的沉降和间隙空间的变形。通过分析和必要的计算，对围岩的可靠性和稳定性进行评价，确定支护方案，对施工参数进行调整，调整支护参数，判断围岩和支护系统是否稳定。

在富水、软弱破碎围岩的大梅山隧道施工中，要做好防水排水工作，一是防止围岩自身产生的构造水，另一个原因是施工中的引排水，防水板及排水盲管（沟）必须与隧道排水道通畅连接，防止衬砌后地下水的积聚形成压力。

4.超前地质预报方案

大梅山隧道由岩溶和岩溶突水（泥突）、断层破碎带、浅埋段和高地应力组成（可能导致硬岩爆破和软弱地表塑性破坏）。为准确掌握隧道开挖工作面前方地质情况，为施工提供地质依据，合理选择施工方案，进行施工，确保安全施工是非常重要的。由于大梅山隧道是一条富含水的破碎层隧道，应按设计要求进行超前钻孔及地质雷达、TSP等超前地质预报手段。考虑到整个隧道的地质可变性，提出了一种综合超前的地质预报方法，即施工采用钻探与物探相结合、定性和定量分析相结合的方法，以提高前面的地质判断的准确性。

4.1研究既有资料，制定预报方案

首先，对现有区域地质工程地质资料进行搜集，如有必要，补充测绘地表，以便有更全面、更深入的认识。通过对现有数据的分析和掌握，确定预测方案，根据地质条件，为了达到准确预测和节约有限预测的目的，不同的区域采用不同的逻辑条件和不同的预测值。

4.2长距离预报

远距离预测主要采用地质分析方法，根据地表测绘等基础资料，包括TSP，用长距离（≤120米）来预测前方围岩状况。

4.3近距离预报

既通过地质雷达、红外探水、水平钻孔地质钻探等仪器对围岩进行验证和预测的。

5.结论

大梅山隧道工程的成功完成表明，所采取的安全技术措施是适当的。我国还将修建大量公路和高速铁路，作为一种软弱围岩富水情况下既有线隧道施工技术，在隧道工程中的安全应用经验可作为类似工程的参考。

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