浅埋软弱围岩公路隧道施工技术

浅埋软弱围岩公路隧道施工技术

丁梓学

湖北交投建设集团有限公司  湖北武汉430000

摘要：浅埋软围岩隧道受水文地质条件、不确定性、开挖方法和支护措施的影响，容易发生塌方，造成事故，影响整体施工进度和安全。对于浅埋软围岩隧道施工应采取有针对性的施工方案和支护措施，控制围岩变形。根据公路的实际施工情况和具体施工过程中的相关要求，提高浅埋软围岩隧道的施工质量，进一步提高高速公路隧道的施工水平和抵御施工安全风险的能力。

关键词：浅埋软弱围岩；公路隧道；施工技术

一、软弱围岩及软弱围岩隧道地质特征
　　围岩是发生应力状态改变的隧道围岩土体。围岩的强度受本体结构、结构面强度、岩石强度、水、地应力等多种因素的影响，分为坚硬和软弱两类。参照《公路隧道设计规范》，软弱围岩属于Ⅴ、Ⅵ级围岩和一部分Ⅳ级围岩，指承载力低、结构破碎、裂隙发育的围岩。软弱围岩隧道具有以下地质特征：
　　（1）强度低、稳定性差。此种围岩一般为软质岩地层，包括页岩、泥岩、片岩、炭质岩等，开挖暴露后易风化且遇水易软化，受内应力效应的影响发生塑性变形。
　　（2）结构面软、易滑塌。结构面黏结强度低，一般是受结构面切割破坏的块状岩体中，开挖后产生滑移和坠落等变形现象。
　　（3）受施工扰动敏感度高。软弱围岩强度低，隧道施工开挖会显著影响围岩扰动程度，尤其是浅埋软弱围岩，极易波及地表，甚至导致坍塌等后果。
　　（4）破碎松散、黏结力差。由于岩土体结构破碎，黏结力差，导致开挖后成拱，极不稳定，仅靠摩擦效应和胶结作用容易发生坍塌冒顶。通常为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩。
　　（5）变形时间长。软弱围岩的蠕变性使其在受到开挖干扰后的持续一段时间变形。围岩的“自稳时间短、易坍塌”特征主要取决于工程本身的地质性质，在施工过程中一旦施工方法或辅助措施不当，极易产生较大变形甚至失稳破坏。

二、浅埋软弱围岩公路隧道施工技术的应用

1.地表处理技术

该工程施工时，以浅埋软弱围岩特点为准进行地表处理，具体操作时采用钢管桩加固工艺，包括施工准备→仰拱开挖、设置PVC管→搭建钻机工作平台→制备钢管桩和钢筋笼→钢管桩孔钻进施工→顶管安装→钢管钢筋笼下放→顶力控制→注浆→监控测量等。需要注意的是，在注浆环节为保障注资效果，施工班组对该环节进行了细化处理，分别按照注资减租、浆液配比、注浆量计算、注浆空钢管桩设置、注浆压力控制、注浆质量控制、注浆效果检验完成注浆作业与全过程管控。

按照上述工艺流程进行地表加固过程中，为了保障施工质量，配套进行了如下施工。（1）洞顶地表排水系统设置，借助出水沟进行引水，降低隧道施工时受到的地表水影响。（2）在拱顶方面，结合厚度不足的缺陷，于进洞前进行护顶处理，具体以钢筋混凝土为准，配套设置有洞顶天沟。（3）为了保障围岩在施工时处于稳定状态，在开挖施工前采用地表垂直锚杆工法，在隧道上部设置锚杆并挂钢筋网。根据工程要求，选用长度为800cm的X32水泥砂浆锚杆与长度为600cm的注浆小导管。（4）通过喷射法形成结构层进行钢筋网挂设，运用反压护拱方式增强其地表处理效果。

2.超前支护技术

针对该工程浅埋软弱围岩条件，需要进行超前支护。具体施工时，以地质勘察报告中的地质条件为准应用单层管超前支护方案。（1）支护材料选用42mm热扎无缝钢管，管棚结构搭建后，进行水泥单浆液灌注作业，完成超前支护体系设置。参数如下。1）排导管长度为5.0m。2）外插角依次按照6°，15°设置。3）排管搭接长度按照不低于100cm标准设置。4）注浆压力范围在0.5~1.0MPa。5）注浆孔为梅花形布置，以16mm为准。6）注浆导管下放时应用硅封孔。（2）针对穿过施工区域的破碎松散岩体，本工程中进行了超前钻孔及小导管压液浆液方法，一方面挤出了内部空气，另一方面通过胶结增强了其整体抗渗能力及稳定性。另外，通过对固结体及其他部分的连接，共同形成开挖支护时的安全壳体。

3.开挖施工技术

按照超前支护注浆强度设计值的85%及以上作为判定指标，实测值达到该标准后进行开挖施工。为了降低安全隐患发生率，施工时采用了预留核心土开挖法，按照“先轮廓，再喷锚，后开挖核心土”的顺序进行作业，具体如下。

（1）在轮廓施工时，通过人工与风镐相结合进行作业，对于超欠挖问题，配套应用风镐分台阶开挖，规避边墙、拱部弧形开挖方面的超欠挖现象。核心土部分与中槽部分应用挖掘机作业。

（2）喷锚初期支护时，考虑到围岩变形比较明显，配套应用系统导管注水泥与水玻璃双浆液。具体操作时，先进行钢架搭设，再喷射混凝土，以满足结构层设计厚度为准。

（3）进行核心土开挖。由于不排除坚石阻碍继续施可能性，遭遇坚石时，选择弱爆破方法震裂坚石后继续作业。考虑到爆破扰动问题，施工人员结合浅孔、密眼、多循环原则按部就班操作。

（4）对于渗水问题，设置有防排水措施，重点针对反坡施工地段设置高性能排水设备，保障工作面不发生积水问题。具体操作时，要求将围岩暴露时间控制在合理范围之内。

4.监控量测技术

本工程选择新奥法进行监测，测点布设于拱顶、拱脚、边墙内轨顶面标准位置，初期量测频率以6h/次为准，后续结合变形量缩小规律，分别选择12h/次、24h/次、48h/次、72h/次、168h/次，并根据量测结果掌握拱顶下沉与水平收敛后，对挖进尺寸工艺参数进行适当调整。至于明显存在偏压的区段应增加对拱腰下沉、基底隆起方面量测，以保障施工安全。根据施工后的情况看，断层破碎带使用超前支护、喷锚支护可以起到控制塌方、掉块等问题。

5.防排水施工技术

在防水施工技术方面，本工程施工时以喷射成形的混凝土作为必要条件，进行复合防水板铺设施工，工作缝配套应用2条止水带，衬砌施工时应用适配的S6防水混凝土。在排水施工技术方面，施工人员沿隧道纵向方向，按照10m/管的间距，设置若干软式透水管，规格为50mm。铺设管道后进行排水板铺设作业，完成初步排水系统设置。然后，将规格为100mm的同类纵向透水管布设到墙底部以上1.2m处，并与三通管连接后实现对洞内积水的快速排出。考虑到本工程施工时存在多个断层破碎地段，施工人员设置防排水措施时，在该方面应用了“堵排结合，以堵为主”设置原则，在其他部分则根据实际情况选择了“堵排结合，以排为主”设置原则，满足了不同施工区域达到最大限度减水及控制其影响的需求。

6.衬砌施工技术

衬砌施工时，施工人员结合拱墙与仰拱衬砌施工需求，选择了双层钢筋结构形式，配套C30混凝土材料进行浇筑作业。由于施工质量发求较高，本次作业中选择了行走式全液压衬砌台车，一方面提高了施工效率，另一方面满足了双层钢筋结构形式中的浇筑需求。在二次衬砌混凝土浇筑作业方面，要求保障位移速度的稳定性，确认围岩不再发生大幅度失稳的条件下开展浇筑作业。考虑到各项位移存在收敛过程，而且拱部下沉控制标准在0.07mm/d以下。施工人员归纳了二次衬砌混凝土浇筑作业的3个基本条件：控制围岩失稳到合理范围之内；收敛后各项位移应满足总位移80%~90%；拱部沉降控制标准以0.07mm/d以下为准。当满足上述条件时开展浇筑作业等。

结束语

浅埋软弱围岩隧道施工难度系数高，安全影响因素多，在今后的施工过程中务必充分掌握围岩地质特征，严格要求施工作业的规范性，采用先进的施工技术，确保施工安全。
　　参考文献
　　[1]吴帆.高速公路软弱围岩隧道施工风险控制及关键技术[J].四川建材，2020（12）：171-172.
　　[2]付涛.软弱围岩条件下的公路浅埋隧道施工技术研究[J].四川水泥，2020（5）：292+278.