软岩公路隧道施工关键技术研究

软岩公路隧道施工关键技术研究

沈超,王彬彬

中铁隧道集团一处有限公司 401120

摘要：在软岩公路隧道施工中，施工单位要针对软岩自稳性差的特点采用合适的开挖方法和支护技术，避免隧道开挖出现坍塌事故，保证隧道工程质量。软岩隧道开挖采用台阶法，支护采用锚杆、钢拱架、喷射混凝土、超前小导管等支护技术，加强施工现场监测工作，针对渗水、塌方等问题及时采取处治措施，保证隧道结构的稳定性。

关键词：软岩；公路隧道；台阶法开挖；联合支护技术

1、软岩公路隧道施工关键技术

1.1隧道开挖技术

1.1.1V级围岩地段开挖V级围岩地段施工采用短台阶作业法，施工技术如下：

开挖隧道上弧段部位，开挖高度1.7m，采用小炮爆破，减少对软弱围岩的扰动。结合采用人工开挖方式，总进尺不超过5m。

开挖中台阶，左右两边交替开挖，待一侧初步支护完成后，才能进行另一侧开挖和支护，中台阶开挖总进尺为5m。

在开挖下台阶时，及时对两侧初步支护，保证中台阶马口与下台阶开挖断面的交错距离不小于2m。

开挖中台阶、下台阶中间留下的核心土体，开挖过程中检查隧道衬砌变化，如果发现大变形，则要及时采取补救措施。

开挖后浇筑仰拱，施工防水层和二次衬砌，增强软弱围岩稳定性。

1.1.2Ⅳ级围岩地段开挖

Ⅳ级围岩地段施工采用三台阶七步开挖法，施工过程中按照弱爆破、短进尺的要求，采用光面爆破技术开挖上半断面，炮眼深度在1.5m左右。

1.2隧道支护技术

1.2.1锚杆支护

在隧道开挖后，软岩塑性区域扩大，因此采用锚杆支护技术，将锚杆与塑性区岩体连接起来，以控制围岩变形。在锚杆头尾发生相对位移时，可通过杆体强度控制位移量，避免塑性区围岩变形扩大。选用锚杆长度为隧道半径的1.2～1.6倍，增加软弱岩层的自承能力。

1.2.2钢拱架支护

锚喷支护对围岩变形的约束效果较差，因此采用钢拱架支护技术，控制围岩变形。钢拱架的刚度和强度大，可承受外加荷载，用钢筋连接每榀钢拱架，增强钢拱架承受外加荷载的能力。

1.2.3喷射混凝土支护

在隧道开挖后向裸露围岩喷射混凝土，避免围岩向外挤出或掉落碎石。在初期支护施工中，通过喷射混凝土将钢拱架、锚杆、钢筋网组成联合支护结构，增强围岩变形控制效果，减小围岩变形对二次衬砌造成的压力。

1.2.4超前小导管支护技术

施工区域分布砂质土、软岩浅埋段等不良地质，为保证拱顶的稳定性，在大变形围岩支护施工中采用小导管超前支护技术，起到加固岩体的作用。沿着隧道拱部开挖轮廓线向掌子面前方打入小导管，在小导管内输入浆液，待浆液凝固后使小导管形成防护圈，增强掌子面的稳定性。

1.3渗水、塌方、初期支护变形的处治技术

1.3.1渗水处治技术

针对渗水问题采用以下处治技术：

在渗水范围内用小导管注浆进行局部加固，对ZK7+647前方支护采用Ⅳ级加固措施，搭设钢拱架，间距控制在1.0m。

复核二次衬砌施工方案，勘察本段地表水情况，埋设排水软管，将水引入排水设施中，做好排水工作。

监测掌子面地质变化，及时采取调整方案。

1.3.2塌方处治技术

对塌方的处治技术如下：

回填反压：采用回填土的方式反压作业面，增强边墙部位围岩的稳定性，回填高度与上导拱脚高度一致，并向塌方前方位置延伸，设置成分层台阶，形成反压平台。

临时支撑：在反压平台上搭设临时支撑，支撑结构为井字形枕木垛结构，避免拱顶继续下沉，解决初期支护变形问题。

塌穴封闭：对塌方处暴露出岩体的部位喷射混凝土，混凝土厚度为15cm，封闭处理塌穴，避免掉落岩体碎块；在喷射混凝土后打入注浆锚杆，锚杆长度为3.5m，间距为1.5m，在锚杆上挂设钢筋网，再喷射混凝土，厚度为15cm；在锚杆尾部焊接工字钢，起到加固作用。

护拱施工：在反压平台上施工钢筋混凝土梁，混凝土底面伸出拱架接头板，对接上下拱架；拱架间距50cm，用锚杆和螺纹钢筋交错连接；铺设双层钢筋网，喷射混凝土，采用分层喷射施工方法，混凝土层厚25cm，用作护拱结构。

注浆加固：在发生塌方的前后方区域采用分段注浆加固技术，布置梅花形小导管，导管长度为4m，间距为1.5m，分次注浆；塌方处理后，替换变形的拱架，再用注浆小导管锁脚。

1.3.3初期支护变形处治技术

对初期支护大变形采取以下处治技术：

在发现初期支护大变形后停止上台阶掌子面开挖，避免造成安全事故；在出现支护大变形的区域开挖仰拱，每开挖5m封闭一次。

在该区域边墙打入长为4m的注浆小导管，小导管采用梅花形布置结构，起到加固围岩的作用。

采用断面仪测量初期支护大变形侵入二次衬砌的情况，将侵入部位进行置换处理；在置换处理中，逐榀拆除钢拱架，拆除时重新架设新的钢拱架和钢筋网片，每架设5m锚喷1次，用注浆小导管锁脚。

1.4现场施工监控技术

1.4.1监测方法应用

重点监测施工中的围岩动态，判断围岩稳定性，监控量测项目具体包括以下五项：

地质、支护状况监测：在爆破施工、初喷施工后，采用肉眼观察、锤击检查方法，掌握隧道施工区域岩性变化、溶洞结构、断层结构、裂缝产生、支护结构等情况，判断围岩级别是否符合设计描述，评价围岩稳定性。

周边收敛监测：检查初期支护施工、二次衬砌浇筑时间是否与设计要求相符，在混凝土喷射前将5个收敛挂钩焊在钢筋网上，再用15cm长钢筋接长收敛挂钩，保证混凝土喷射后收敛挂钩露出混凝土层。用钢尺式周边收敛仪量测周边位移与收敛，根据断面变形形态判断周围岩体稳定性。

拱顶下沉量测：在断面初衬的拱顶、左侧、右侧分别装设挂钩，缠上透明胶带，粘贴专用反光片，再采用全站仪量测拱顶下沉，掌握拱顶下沉数据，判断拱顶稳定性。

地表下沉监测：设地表观测点，在洞口仰坡、边坡上埋设钢筋，钢筋露出地表15cm左右，贴上专用反光片，反光片朝向全站仪架设点，用全站仪量测地表下沉位移量，判断开挖对地表下沉的影响。

围岩内部位移监测：在监测部位打入钻孔，拼装多点位移计后，将其埋入到钻孔内，钻孔处封堵混凝土。在混凝土喷射后用频率计测量此处位移数据，根据监测结果判断围岩应力分布情况和变形发展趋势。

1.4.2不良地质段监测与处治

对预测形成局部坍塌的区域采取加固处理措施，将塌方断面前后延伸10m，将混凝土喷射到裸露岩面上，喷射厚度为5cm。

采用ϕ22的螺纹钢筋作为锚杆，挂设钢筋网，牢固焊接钢筋网与锚杆，锚杆纵、横向间距分别为0.5m、1.0m。

安装钢格栅，采用ϕ22的钢筋连接每榀钢格栅，钢筋纵向间距0.5m，钢格栅纵向间距0.5m。

在安装钢格栅后喷射混凝土，保证混凝土全面覆盖到钢筋网表面，侵入二衬小于5cm。

左洞围岩裂缝较多，渗水浑浊，围岩级别发生变更，在围岩支护加固中，将锚杆全长打入岩体内进行二次锚杆施工，打入深度超过1.0m，外部锚杆部分焊接钢格栅；分层喷施混凝土，保证混凝土覆盖开挖轮廓。

结语

软岩公路隧道施工具有工期长、施工难度大、安全风险高等特点，对隧道施工技术提出了更高的要求。在隧道施工中，施工单位要做好围岩勘察工作，掌握围岩分布情况，分析隧道工程所在区域的不良地质和特殊岩土，采用适当的开挖与支护技术，增强围岩结构的稳定性。

参考文献

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[2]朱浩波. 大断面浅埋高速铁路隧道施工关键技术研究[D].北京交通大学,2015.

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