隧道浅埋段软弱围岩支护施工技术探讨

【摘要】本文结合工程实例，对隧道浅埋段软弱围岩支护施工技术作一些探讨，以其对于该项技术的发展做出一定的贡献。

【关键词】公路隧道 浅埋段 软弱围岩 支护 施工

一、工程概况

广西来宾至马山小明山隧道进口K346+890-K346+976、ZK346+960-ZK347+019段实测埋深为4～30米左右，此段属于浅埋隧道段。该段成“V”字型冲沟，坡面陡峻，自然坡度约60°左右，坡面植被较为发育。构造剥蚀中低山地貌，坡面零星基岩出露，覆盖层为第四系坡残积粉质黏土（厚0～2m）、局部斜坡存在碎石土（厚0～5m）、全风化、强风化页岩。风化基岩，节理裂隙发育，碎裂结构，自稳能力差，围岩级别以V1级为主，易出现松动变形，可发生大型塌方。

该隧道浅埋段设计采用地表注浆与管棚相结合的超前支护辅助施工措施，该措施符合相关规范标准对隧道浅埋段工程施工的要求，但根据该隧道进口段的实施效果，大管棚对该段隧道围岩的注浆固结效果不甚理想。分析原因为：该隧道段风化基岩虽然节理裂隙发育，但基岩裂隙填充物较为密实，且为粉质粘土，浆液扩散范围窄小；同时管棚长度较长，注浆涉及范围广，注浆效果不显著。

二、小导管与加密拱架支护的主要作用和优点

1、作用

（1）梁拱效应：小导管嵌入围岩内、后端与中空锚锚杆出露端相焊接形成纵向支撑梁，有效抑制围岩松动；

（2）环槽效应：利用分布在掌子面的孔减少爆破产生的冲击波造成对岩石的破坏和扰动；

（3）强化岩体效应：用注浆泵通过花管注入的浆液经壁孔挤入围岩裂隙或缝隙中加固围岩，从而提高岩体弹模和强度；

2、优点

双层超前注浆小导管与加密型钢拱架施工，工艺相对简单、可控性强、工期较短，可在较小的空间内利用简单的手持风钻进行钻眼及布管工作，遇到地层变化时可灵活调整施工方案，同时采用双层小导管施工可以减少对围岩的扰动，减少围岩坍塌的风险，可确保能在雨季之前通过浅埋段，降低施工安全风险。

三、小导管与加密拱架支护施工技术要点

1、双层超前注浆小导管超前支护

（1）小导管规格及制作：小导管采用外径φ42mm，壁厚4mm，长4.5m的热轧无缝钢管制成，钻设注浆孔，（孔径10mm，孔间距15cm）呈对口形布置。为便于钢管插入围岩内，钢管前端宜做成10cm长尖锥状，尾部预留长100cm不钻孔的止浆段，并焊接φ6mm加劲箍。

（2）小导管施工参数。

①施工范围：双层小导管布设在圆心角为150°范围内隧道拱顶部位。

②设计参数：小导管环向间距中至中为30cm，两排间距为中对中30cm，即不在同一排相邻的三根小导管，呈边长为30cm的等边三角形布置，每环110根。纵向施工间距2.5m；前后两环纵向水平搭接长度不小于100cm。

③外插角为10°～30°交错布置，角度较小的一环要从工字钢腹部穿过。

④小导管注浆采用Po42.5水泥，配比水泥浆。水泥浆水灰比：1.0：1.0；注浆压力：初压为0.5～1.0Mpa，终压为2.0Mpa。

（2）小导管施工。

①小导管安设采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，然后将小导管穿过钢拱架，用锤击或钻机顶入，并用高压风将钢管内的砂石吹出。

②小导管安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，管口安装封头和孔口阀，并能承受规定的最大注浆压力和水压。小导管安装后或未安装时，导管周围的岩面出现开裂、掉块、围岩塌落等情况，则在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。

③隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，根据以上设计，则每环进尺为0.8m，预留1.5-2.0m的注浆部分作为下一次循环的止浆墙。

④注浆前应进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆（每次3～5根）。浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。并作好注浆记录，以便分析注浆效果。注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时（2.0MPa）可结束注浆。以终压控制为主，注浆量校核。

2、型钢拱架施工

隧道浅埋段采用型钢拱架支护，FS-VQ1支护类型使用的型钢拱架，主要由I20a工字钢和Φ22螺纹钢焊接而成。隧道开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢拱架，采用与定位锚杆、径向系统锚杆以及双侧锁脚锚杆固定，纵向采用Φ22钢筋连接，钢拱架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。

（1）钢拱架加工。

①加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。

②钢拱架弯制，结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按设计分节进行弯制。弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。各节钢拱架拼装要求如下：尺寸准确，弧形圆顺，要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm。型钢拱架平放时，平面翘曲小于2cm。

③钢拱架各单元连接板必须明确标号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内，安装过程中对号安装。

（2）钢拱架安装。钢拱架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行，跟据围岩较为破碎采用较为保守的钢架间距，拱架间距50cm，以保证施工安全。

①根据测量放样设位置，各节钢拱架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢拱架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢拱架底脚下的虚碴及杂物，若没有基岩时可以在拱脚处垫厚度在10cm以上的木板，并在木板下方用混凝土浇筑基础。同时每侧安设2根锁脚锚杆将其锁定，底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢拱架全环封闭。

②为保证钢拱架位置安设准确，隧道开挖时在钢拱架的各连接处预留连接板凹槽。初喷砼时，在凹槽处打入木楔，为架设钢拱架留出连接板（和槽钢）位置。钢拱架按设计位置安设，在安设过程中当钢拱架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用浆砌片石砌紧，钢拱架背后用喷砼填充密实。钢拱架纵向连接采用Φ22螺纹钢筋，环向间距1.0m，内外交错布置。

③下台阶钢拱架落底接长在单边交错进行，每次单边接长钢拱架1～2排。在围岩地层较好时可同时落底接长和仰拱相连并及时喷射砼。接长钢拱架和上部钢拱架通过垫板用螺栓牢固准确连接。

④架立钢拱架后应尽快进行喷砼作业，以使钢拱架与喷砼共同受力。喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。

（3）防止钢拱架下沉的措施。拱部开挖安装型钢拱架后，由于浅埋段隧道围岩的自稳性较差以及各部开挖拉开了一定距离，钢拱架短时间内不能全断面闭合，有可能会出现拱顶钢拱架下沉，导致围岩失稳或侵入衬砌界限，因此在施工过程中需加强对钢拱架安装以后的监控量测，及时反馈测量数据，出现下沉或收敛量超过规范允许值时采取有效措施进行加固，以防止拱顶钢拱架下沉与周边收敛。

四、结束语

隧道浅埋段软弱围岩的支护施工一直是困扰我国乃至世界隧道施工的瓶颈，应加强隧道浅埋段软弱围岩支护施工控制，以保证隧道施工的质量和安全。对于隧道浅埋地段软弱围岩的支护施工技术，还需要更多的研究，以其取得更大的进步。

参考文献：

1、赵汀，隧道软弱围岩浅埋段施工控制技术，《科技创新导报》2010年19期2、王新邓，铁路大跨度软弱围岩隧道浅埋段施工控制技术，《城市建设理论研究（电子版）》2012年9期