浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

张丰华 安兵

摘要：本文主要结合具体的工程案例，以浅埋、偏压机软弱围岩隧道施工为研究对象，探析了浅埋、偏压机软弱围岩隧道施工工艺及施工技术。

关键词：浅埋偏压；软弱围岩；施工技术；施工工艺

1工程概况

某地隧道最小埋深为2m，地下水为孔隙潜水，全风化层遇水软化，呈软塑状且处于偏压处。游隧道是典型的偏压隧道，隧道中线穿山谷而过，隧道中线埋深5m，线路右侧埋深2.5m，线路左侧埋深22m。围岩为全风化云母石英片岩，地下水发育呈块状。

2施工过程

隧道的围岩特点是自稳能力较差，开挖后封闭不及时易掉块、坍塌。隧道开挖前后对于超前支护和临时支护要求极高，施工中安全风险较大。隧道地质条件较好，呈塊状，隧道穿越地层的地基承载力为180kPa，采用超前小导管注浆后，围岩有一定的自稳能力。开挖后及时对掌子面进行初喷、初期支护和临时支护施工，尤其是初期支护施工完成后，能够控制隧道变形。该地隧道围岩基本没有自稳能力，且埋深较浅，现场采用小导管及洞身管棚注浆后，由于围岩呈软塑状，注浆效果不是很明显。按照三台阶法不能保证隧道的施工安全，现场采用六步CD法施工，由于临时支护较强，隧道开挖后变形量较小。偏压、浅埋、软弱围岩工艺流程图如图1所示：

图1偏压、浅埋、软弱围岩工艺流程图

3浅埋偏压软弱围岩隧道施工工艺

3.1开挖工序

开挖工序施工的先决条件应为隧道超前支护注浆强度为85%。针对隧道地处偏压、浅埋及软弱围岩段，则预留核心土开挖方法为最佳施工方法，即顺着隧道轮廓开挖隧道，单位循环进尺为0.5-1.0m（0.3-0.5）—开挖核心土。外轮廓开挖过程中，较为科学的施工方法为人工开挖和风镐开挖。就边墙周边及拱部弧形开挖，风镐分台阶开挖法为最佳；就中槽及核心土开挖，挖掘机开挖法为最佳，其开挖进尺应以围岩稳定性为依据，并最终设定为1-2棍钢格栅间距。

3.2偏压地段开挖工序

该地隧道进洞方向存在较大偏压，采用三台阶临时仰拱法施工3～5m后对隧道断面量测发现，初期支护向线路右侧方向偏移，左侧山体出现裂纹，现场增加中隔壁支撑支护，变形速率虽然减少，但依然变化。最终将隧道右侧山谷回填反压，回填高度高于洞顶5m，并对线路左侧山体进行锚喷加固后对偏压侧土体卸载处理，增加锚固桩对山体进行防护，初期支护和山体变形立即趋于稳定，以反压回填和卸载的方式控制偏压隧道变形有较好的效果。由于围岩经过反压和卸载后具有一定的自稳能力，现场依旧采用三台阶临时仰拱法施工，临时仰拱能有效地阻止支护结构的水平收敛，减少隧道围岩变形；并且本工法隧道一次开挖断面较大，适合大型机械施工，施工进度快，效率高。各部开挖及支护自上而下，步步成环，及时封闭，各分部封闭成环时间短，快速施工隧道仰拱及二次衬砌，降低安全风险。

3.3浅埋地段开挖工序

该地隧道进洞位置埋深只有2m，地质条件较差，且存在偏压，采用六步CD法是将隧道划分为6个部分开挖，开挖断面较小，适合人工开挖和小型机械开挖，每次开挖后进行双层小导管超前支护，且循环进尺小于0.6m。中隔壁的弧度方向趋向压力较大一侧，对受压侧有一个支撑作用，如果将中隔壁的方向用反，将起不到中隔壁的效果，并且很容易使隧道初期支护半边侵线，虽然施工速度较慢，但控制围岩变形的能力较强。该地隧道采用六步CD法开挖1-4步时发现拱顶变形速率较大，由于隧道埋深浅，地表出现裂纹，经分析，由于下部开挖及拱脚位置地质软弱，受力下沉，导致变形速率较大。由于开挖出的土体为软塑状，地表注浆效果并不明显，针对这种情况，现场在增加补设锁脚锚杆的同时，增加上台阶（1-4步）的临时仰拱。即隧道开挖后先对上台阶喷射10cm厚混凝土，拱脚部位采用木板垫试，增加临时仰拱，并将临时仰拱每0.5～1m采用50短钢管将临时仰拱连接成整体，并采用C25混凝土喷实，厚度0.2m。采取以上措施后，变形测量数据显示变形趋于稳定，初期支护成环后变形量小于5cm。

3.4防排水措施

3.4.1排水

顺着隧道纵向方向以每间隔10m环向设置一道软式透水管（Φ50mm），并将排水板铺设于透水管外；将Φ100mm软式纵向透水管设置于距离边墙底部1.2m位置，且使用三通管将水引至水沟，并排除隧道。

3.4.2防水

将复合防水板铺设于喷射砼表面，注意复合防水板于砼表面间间距应最可能小；各道工作缝均应该设置2条止水带；衬砌砼应为防水砼，其抗渗等级应保证为S6。

4施工中必要的辅助措施

4.1地形地貌核查和风险评估

由于隧道施工前对偏压认识不足，导致进洞后发生了较大变形，虽然采取了一系列控制措施，杜绝了安全事故的发生，但如果一开始就进行现场原始地形地貌勘察，结合设计图纸，做出原地面位置的纵横断面，找出偏压及浅埋段的长度以及周围水文和环境情况，编制风险评估报告，预先进行反压和卸载，可避免进洞后在洞外处理，耽误施工进度，造成人力物力资源浪费。隧道施工前必须进行充分的风险评估并采取相应措施降低进洞后的风险程度，并贮备一定量的抢险物资以备急用。

4.2超前地质预报、核查在软弱围岩中的作用

监控量测和超前地质预报作为隧道施工的工序之一，安排专人进行洞内和地表的监控量测，对量测数据进行及时分析，尤其在洞口偏压地段加大监控量测频次，及时对初期支护封闭成环及施工仰拱混凝土，保证洞口偏压地段的稳定。案例中该地隧道采用六部CD法施工一段距离后，围岩由软塑状逐渐变成块土状，并且超前地质预报结果显示围岩地质条件逐渐转好，监控量测数据趋于稳定，现场将工法逐步转化为三台阶临时仰拱，减少开挖步骤，加快了施工进度，并保证了隧道的施工安全。软弱地质隧道地质核查也是施工过程中的一道重要工序。地质核查不单单在明洞段进行，浅埋偏压软弱围岩隧道一般埋深较浅，开挖后如果封闭不及时，地下水很容易将基底软化，从而使基底承载力达不到设计要求，最终导致仰拱下沉及二次衬砌开裂。

4.3监控量测在隧道施工中的作用

设置预留沉降量是保证隧道初期支护变形稳定后不发生侵线，也是二次衬砌混凝土不发生超方的必要条件。监控量测是隧道施工的又一个重要环节，尤其是对于软弱地质隧道。监控量测分为洞内和洞外同时同里程观测，分析地表和洞内数据的变化，根据现场实际围岩的变形情况及时调整预留沉降量，必要时对加固措施进行调整，保证隧道的施工安全。案例中的某地隧道采取控制措施后，围岩变形量大大降低，预留沉降量按30cm进行预留，导致进口一定长度范围内二次衬砌厚度变大，后期应根据测量情况进行调整，减少材料浪费。

5结束语

就浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工而言，其复杂性及艰巨性极高，针对这一事实，笔者认为应该尽可能规范相关施工标准，改善施工技术。总而言之，浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工应该重点关注以下事项，即根据工程具体实际及相关规范标准，制定针对性强、行之有效的工程施工方案，而且应该在施工方案中突出偏压问题处理办法，并将偏压负面影响范围降至最低；工程开挖应坚持“短进尺、勤测量、超前支护、弱爆破、重排水、强支护”思路；工程施工以“控制围岩松动、保护围岩”为最终目的。

参考文献

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