高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术的探讨

高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术的探讨

冯小勇

中能建绿色建材有限公司，湖北省武汉市，430000

摘要：本文结合某工程的实际情况，详细分析了高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术的应用难点后，重点阐述了关键施工技术的应用方式，其中涵盖了大管棚超前支护技术、湿喷混凝土支护技术以及砂浆锚杆支护技术等，旨在提升高速公路隧道区域的施工质量和效率，强化施工的安全性，减少风险隐患，以期为相关人员提供参考和借鉴。

关键词：高速公路隧道；浅埋软弱围岩；施工技术

引言：随着社会经济的不断发展，人们对出行提出了更高的要求，在这种背景下，我国高速公路逐渐覆盖全国，在建设高速公路工程的过程中，隧道区域的施工是重难点内容，特别是在浅埋软弱围岩地质环境下，存在诸多潜在的安全隐患。为保障工程能够在规定工期内顺利竣工，需要对浅埋软弱围岩地质条件展开深入分析和研究，结合这种地质环境的特征，制定行之有效的施工方案，尽可能地降低施工风险系数，为施工人员的生命健康安全提供坚实的保障，助推高速公路工程高质量、高效率竣工成为现实。

1工程概况

某高速公路工程隧道区域的进洞口、出洞口桩号分别为K22+690、K22+926，该隧道的长、宽、高为236m×14.5m×5.0m，最大埋深在55m左右，洞内自然通风条件良好。该工程的水文地质条件以及围岩类型等，详见表1。

表 1 高速公路工程概况

结合表1中的内容可知，本隧道工程额定埋深为浅埋，在划分隧道的深浅埋深时，可利用下述公式：

Hp=（2-2.5）hq

在该计算公式中Hp指的是深埋与浅埋分界深度；hq指的是荷载等效高度，利用该公式计算出隧道的埋深后，可设计相应的施工方案和计划。

2高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术的难点分析

本工程主要的施工难点为隧道区域围岩破碎、进洞口和出洞口顶覆土薄，加之隧道中部左侧偏压，给施工的高效推进带来了一定的阻碍。由于浅埋软弱围岩隧道工程的施工难点较多，一旦出现技术失误，就会影响到工程的顺利推进。因此，施工单位要联系工程的现实情况，制定贴合实际的施工方案，利用合理的围岩支护技术，强化围岩结构的承载能力，将塌方事故的发生概率控制在最小范围内，实现预期的施工目标，确保工程的施工质量和效率能够满足设计要求，为施工单位获取更多的经济效益和社会效益[1]。

3高速公路浅埋软弱围岩隧道施工技术的应用要点

3.1做好前期准备工作

在本工程的前期准备工作中，主要是对施工便道、用电用水、通风等进行规划设计，具体内容详见表2。

表 2 浅埋软弱围岩隧道施工的前期准备工作

除表2中的内容外，还要科学规划施工进度，组织好人力资源，并做好材料设备的采买和进场工作，以此为工程的有序推进提供可靠的支持，避免因准备工作不充分，给施工质量和效率造成不良影响，埋下风险隐患。

3.2科学设计施工方案

在制定高速公路浅埋软弱围岩隧道的施工方案时，要站在统筹兼顾的角度考虑多方面内容，如施工技术、施工成本等。本工程在规划设计施工方案时，结合工程的实际情况，决定依托于新奥法原理，采取短进尺、强支护、弱爆破、勤测量的施工方案。

首先，在掘进施工中，V级围岩利用单侧壁导坑技术；IV级围岩使用短台阶分部挖掘技术。在开展钻爆施工时，借助导爆管采用非电毫秒可控光面技术，并加强对超欠挖的控制。并且，在制定隧道的开挖方案时，要分析开挖对地面的扰动影响，确保在开挖隧道的过程中，所产生应力分布不波及地面，就本工程V和IV级围岩层而言，浅埋隧道的划分界限为V≤19ω、IV≤2h1。其中ω指的是宽度影响系数，h1指的是压力供高度，可用下述公式进行计算：

在该式子中f指的是岩体坚固系数；b1指的是力压力拱跨度之半；B指的是隧道开挖断面宽度；H指的是隧道开挖断面高度；Ψ指的是内摩擦角。

其次，为减少围岩裸露的时间，要在挖进作业结束后快速实施支护作业，可利用湿喷工艺喷射混凝土，在增强围岩承受能力的同时，严格控制围岩的变形情况。在挖进和初期支护施工结束后，要及时实行混凝土衬砌作业，在衬砌施工中，要遵循仰拱先行的原则。在V级围岩区域，要将二衬与掌子面之间的距离控制在50m以内。

最后，施工单位要提高对进洞施工的重视程度，对施工方案的可行性展开评估，在必要的情况下，要加强对支护技术的应用，以保证进洞的可靠性和安全性。在制定进洞方案时，需要注意以下内容：

其一，进洞方式为：套拱+管棚支护。在实际施工过程中，要遵循先套拱、后注浆的原则，打完有孔钢管和无孔钢管后，可实施暗洞挖掘作业。本工程套管的长度设置为2m。挖进到洞面位置，要将型号为20b的钢支撑布设在墙脚处，共设置3个钢支撑，每个钢支撑之间隔有0.6m的距离，再利用联接筋将钢支撑纵向连接到一起，联接筋之间的距离距离控制在1.0m。在环向连接钢支撑的过程中，可以使用钢板以及M20螺栓。在设置工20b型钢支撑的过程中，还要埋设孔口套管，埋设标准为：φ127×4mm。在立模浇筑套拱的过程中，要将厚度设定在80cm[2]。

其二，在管棚施工过程中，要秉持自上而下的施工原则，并使用φ108×6mm的钢管。管棚与套拱施工结束后，可进行中导洞回填，利用回填工艺，搭设出假拟洞口，可正式进洞。

3.3大管棚超前支护技术

在本项目的进出口区域利用套拱+大管棚的支护工艺，在管棚注浆技术的作用下，围岩的力学性能能够显著增强，还能够实现对地下水的有效封堵，将这种支护技术与钢架支护有机结合，形成完善系统的棚架式支护体系，能够提高隧道洞口软弱围岩段的安全性，为施工作业的顺利实施夯实基础。在实际操作中，需要注意以下内容：

其一，加工钢管。施工单位要结合施工图纸和方案，加工有花、无花钢管，并在钢管上科学设置注浆孔。在加工钢管的过程中，要根据提前设计好的单、双编号，有针对性的设计钢管，其中编号为单数的钢管，第一节到第四节分别为4m、6m、4m、6m，编号为双数的钢管第一节到第四节分别为6m、4m、6m、4m长，通过这种设计方式，将隧道相同截断面中的接头数量控制在50%以内。

其二，布置完钻机作业平台后，可实施钢管顶钻和管棚注浆作业。在开展有花钢管管棚的顶钻作业时，要遵循缓、慢、稳的原则，钻进至2.5m后，可恢复正常的钻进速度，为保证钻进的准确性，减少施工误差，要利用测斜仪对钢管钻进的偏斜度加以检测，一旦发现存在较大偏差要立即纠正。有花钢管施工作业完成后，可展开无花钢管的施工，这两种钢管均要做好清孔作业后再注射水笔砂浆。在管棚注浆施工中，要钻完一个孔，随之就要压浆一个孔，本工程的注浆浆液是水泥浆，在实际操作中，需要将注浆的初压和终压分别控制在0.5-1.0Mpa、2.0Mpa。

3.4超前小导管注浆施工技术

在本项目洞口段的V级围岩处利用超前小导管注浆工艺，这种技术主要是通过导管注浆对围岩的力学性能加以改良。在施工期间，为充分发挥出该项技术作用和价值，需要注意下述事项：

其一，利用凿岩机完成钻孔作业后，将钢管打进孔内。本项目所使用的小导管为钢花管，其外径、壁厚、长度分别为Φ42mm、3.5mm、4.0m。在钻设压浆孔的过程中，要在管壁的四周钻设Φ8mm的梅花孔，并且要在管口的位置预留40cm左右的止浆段[3]。

其二，成孔之后，为避免出现堵塞的情况，还要做好孔洞的清理工作，可以利用高风压管清理。

其三，在配置水泥浆液的过程中，本工程使用的是30号的水泥与5%的玻璃水，将二者拌合到一起后，还要展开配比试验，确保水泥砂浆的水灰比为1:1，各项参数在合理范围内。

其四，在注浆期间，要科学选用注浆泵的型号，如UB-3等，按照从下到上的方向注浆，针对串浆、跑浆的问题，可通过隔孔灌压的方式解决问题。

其五，注浆作业结束的标准取决于书注浆量和注浆压力，常规情况下，当注浆压力超过设计终压压力，且持续20min以上，就可以正式结束注浆施工。

3.5光面爆破技术

在新奥法原理中光面爆破占据着重要的地位，科学使用光面爆破技术，能够有效控制围岩的扰动情况，为高速公路隧道工程的施工安全提供保证。本工程在设计爆破方法时，主要是根据围岩的类别，综合运用爆破技术。

在V级围岩的光面爆破施工中，考虑到该岩层风化破碎情况较为严重，稳定性差，决定应用预裂爆破开挖技术，如图1所示。

图 1 V级围岩地段光面爆破施工图

结合图1中的内容，本技术的应用要点，体现在以下几方面：

其一，设置双传爆线装药结构，采取隔孔的方式装药，并要集中度即q控制在每一米0.1kg。在选取炸药的过程中，单耗选取量为0.3-0.4m3。

其二，在设置雷管段时，要按照图1中的起爆顺序即1-9，有序安设雷管度段，每段的装药量要≤1.0kg。

在IV级围岩短台阶的施工中，在拱部与下部可分别使用减轻地震动光爆以及边墙预裂爆破技术。在具体实施中，要结合爆破情况，灵活调整爆破参数，以实现理想的爆破效果[4]。

3.6湿喷混凝土支护技术

在本项目的初期支护施工中，使用湿喷混凝土支护技术，这种技术不仅能够控制砼回弹，还能够提高喷射砼的整体水平，为施工人员创造一个安全的作业环境。

首先，在制备砼的过程中，要优选原材料，如水泥、碎石以及速凝剂等，如表3所示。

表 1 砼的原材料

在设计湿喷砼的配合比，要基于喷射工艺的实际要求，科学制定灰骨比与水灰比等，本项目的初配水灰比以及灰骨比分别为：1:3-1:4、0.4-0.5，同时还要将骨料含砂率控制在50%左右。

其次，在操作该技术过程中，要控制好喷射距离、角度以及厚度，经实践证明，最佳初喷厚度在5cm左右，喷射距离指的是喷头与岩面之间距离，二者保持在0.6-1.2m为最佳。同时喷头与受喷面的角度要控制在5°-15°；完成湿喷作业后，还要做好喷水养护，通常情况下要等混凝土终凝2h后，再展开7-10d的养护作业。

最后，喷射砼施工要做到连续性，即在供料过程中，尽可能不出现中断的情况，以免造成管路的堵塞。为充分发挥出砼的支护作用，还要进行强度试验，确保砼的抗压强度符合标准。

3.7砂浆锚杆施工技术

在应用该技术的过程中，要重视砂浆锚杆的加工，先利用水泥砂浆，制作出全长粘结式锚杆后，再利用C30水泥浆对锚杆进行加固。按照本项目的规范要求，，锚杆要利用φ22螺纹钢，再将钢垫板设置在锚杆外露头位置，锚头要配置相应的螺丝，同时，还要利用M25螺母固定好垫板与围岩。可以将湿喷工艺应用到锚头与垫板上利用砼，将二者固定好。

在钻孔施工中，孔径与管径要做到互相配合，通常情况下，杆径要比孔径小15mm左右，钻设方向要与岩层的结构面保持垂直状态。孔位与孔深的允许偏差分别为±15mm-50mm、±50mm。

在安装锚杆的过程中，要先锚头端的锚杆插进岩层以内，螺丝端的锚杆在岩土的外面，其长度要合理，为垫板和螺母的安装留有足够的空间。布置好杆体后，使用木锲将其固定在孔口，再安设锚垫板，然后用螺帽固定好锚杆与锚杆，使二者紧密结合。在注浆作业中，要在压浆泵的作用下，将水泥砂浆通过锚杆的头部孔注进钻孔[5]

结论：综上所述，高速公路浅埋软弱围岩隧道施工，涉及到大量复杂且繁琐的内容，在实际施工过程中，不确定因素较多，为保证施工安全性，要根据工程的地质条件和水文条件，综合设计施工方案，合理选用施工技术，做好材料设备的选用、人员的培训工作，确保工程能够在规定工期内高质量竣工，为施工单位创造更多的经济价值。

参考文献：

[1]尹启鸣. 浅埋偏压软弱围岩隧道洞口段施工技术与稳定性研究[D].重庆交通大学,2020.

[2]李兵兵.高速公路浅埋软弱围岩隧道施工工艺[J].四川建材,2023,49(06):75-77.

[3]程义广. 基于BIM的极软弱围岩大断面铁路隧道施工技术研究[D].武汉大学,2020.

[4]娄健,徐华,韩富庆,等.隧道浅埋段软弱围岩高压旋喷桩地表加固机理及现场试验方案设计[J].公路,2022,67(08):403-409.

[5]史晓涛. 浅埋偏压软弱围岩隧道施工控制数值研究[D].合肥工业大学,2020.