软弱浅埋偏压隧道施工技术研究.doc

1、软弱浅埋偏压隧道施工技术研究摘要：以新建云桂铁路软弱地质浅埋偏压大断面同烘 2#隧道出洞施工为背景，对地表土体滑移、沉降开裂、洞内初支下沉变形等严重影响施工安全与进度的重大问题进行研究，得出了采用大拱脚台阶法开挖、大管棚超前支护、套拱加强初期支护、设置临时支撑的技术及工艺方法。通过对此项施工技术的研究，希望对以后软弱浅埋偏压大断面隧道施工起到参考作用。 关键词：软弱浅埋偏压地层；大拱脚台阶法；套拱；大管棚。 中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号： 正文：新建云桂铁路同烘 2#隧道位于云南省文山州丘北县境内，起讫里程 DK498+280DK498+820，全长 540 米，隧道地形起

2、伏大，相对高差约 220m。自然横坡 1030，局部较陡。其中出口段DK498+760+800 段设计为砂岩夹泥岩夹灰岩，开挖揭示实际为饱和性黏土，含水量极大，自稳性差。施工过程中发现线路左侧偏压严重，洞内拱顶下沉量极大，地表沉降量洞内拱顶下沉普遍 200mm 以上，个别断面累计沉降量最大，达到 600mm。掌子面开挖支护后，初支沉降速率100mm/d 以上,最大沉降速率达到 206mm/d。洞外地表出现大量的横向和纵向裂缝，裂缝宽度最大达 150mm。 1 软弱浅埋偏压隧道围岩工程特征 软弱围岩一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩，软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道开挖后地应力重新

3、分布，使隧道周边产生较大的松动圈，加上浅埋偏压影响，地表容易因沉降、滑移等原因产生开裂，造成岩体间的粘结力差，隧道开挖后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，使岩体极不稳定，在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。 此类围岩的变形主要体现在：（1）土体稳定性受到破坏，产生水平和横向位移，地表开裂，发生滑移;（2）隧道上方围岩下沉，浅埋隧道表现为地表下沉，形成沉降槽;（3）初期支护出现收敛变形，表现为拱顶下沉和边墙内移。 软弱围岩的工程地质性质决定了它在隧道工程中的变形特征，即开挖后自稳能力差，表现出“自稳时间短、易坍塌”的特征。 一旦工程措施（包括设计措施）和施工方法不当，将极易发生初期支护变形侵限和

4、隧道坍方等工程事故。因此，软弱围岩隧道施工的核心是“控制变形、防止坍方” 。 2 潜在安全风险 软弱围岩浅埋地段，隧道施工时拱部一般难于成拱，在未采取足够措施前，软弱围岩浅埋隧道易发生局部塌方。 土质隧道强度低、自稳性差，与岩石隧道相比要承受更大的荷载，若初期支护强度不足，将导致变形大、严重时会出现局部坍塌等安全风险。 软弱围岩浅埋地段如果位于古滑坡体，施工扰动易造成土体滑移，在重力和降雨等因素的影响下，长期存在山体滑坡的隐患，可能对以后的运营造成危害。 3 软弱浅埋偏压隧道施工技术 本文以同烘 2#隧道出口段为例，对软弱浅埋偏压隧道施工技术进行了研究。同烘 2#隧道采用大拱脚台阶预留核心土工

5、法施工，按照“控制变形、防止坍方”的原则，采取加强超前支护，增强初期支护，增加临时支撑，尽早封闭到位，仰拱二衬跟进，强化监控量测的措施，确保隧道施工安全。 3.1 大管棚超前支护 同烘 2#隧道采用大管棚进行超前支护，大管棚能提高地层强度和整体性，对有效控制沉降、防止塌方的作用相当明显。 为了便于施钻和提高钻孔精度，在明挖和暗挖交界处施作导向墙，导向墙要紧贴仰坡施工，可起到防止仰坡滑移的作用。导向管的安装测量要严格控制。并提前考虑预留沉降量对大管棚位置的影响，同烘 2#隧道大管棚预留沉降量按 40cm 设置。 土质围岩大管棚钻孔应采用干钻，避免因水钻导致土体中含水量增大，同时水钻过程中孔壁四周

6、形成泥浆护壁，对注浆效果不利。 同时大管棚钻进过程中，应做好地质情况的记录，起到超前地质预报的作用。 3.2 初期支护加强 初期支护受力特征：隧道开挖后短时间或变形量小时，初期支护与地层共同承受形变压力。支护不及时或支护后变形量过大，岩体松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承受松动压力。因此，必须保证初期支护的强度和刚度，及时支护，控制变形。施工过程中采取了以下加强初期支护的措施：（1）将初支 I20b 钢拱架间距从设计的 0.6 米调整至 0.4米；（2）锁脚锚管从 42、长度 4 米调整至 60、长度 6 米；（3）对拱墙部位采用 42 小导管进行径向注浆。 3.3 增加临时支护措施 为控

7、制变形、防止塌方，现场采取了多种临时支护措施，取得了良好的效果。 （1）在初支混凝土外侧增加临时套拱，临时套拱采用 I20b 工字钢，与该段初期支护钢拱架形成“拱对拱”支撑，套拱与初期支护之间用喷射混凝土喷平，使套拱受力可靠，也方便了以后拆除套拱，为解决初支“自稳时间短、易坍塌”的特征，套拱紧跟掌子面施工，上台阶初支安装完毕后就增加套拱。 （2）为解决早期拱顶下沉严重的问题，在上台阶核心土上方逐榀设置竖撑，竖撑采用双拼 I20b 工字钢，下方采用 16cm 厚钢板铺垫在核心土上，上部与初支钢架进行焊接，有效的防止了在初支钢架未成环的情况下拱顶发生大量下沉。 （3）在中台阶设置临时仰拱，使初期支

8、护及早封闭成环。临时仰拱采用逐榀对撑工字钢，工字钢对撑在中台阶两侧拱脚，中间空隙用 20cm厚 C25 混凝土铺满。临时仰拱及时闭合极其重要，闭合成环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避免坍方。 （4）同烘 2#隧道线路左侧偏压，为抵抗偏压的力量，在上台阶初支完成后，设置横撑，横撑一端顶在左侧上台阶拱脚，一端顶在核心土上面，在开挖中台阶后，拆除临时横撑，在临时仰拱上设置斜撑，斜撑顶在左侧上台阶拱脚的位置。 3.4 增加预留沉降量 对于饱和性黏土围岩，不论如何控制，沉降量始终是较大的，施工过程中要以控制过大沉降，避免初支侵限为原则。施工中根据监控量测情况，对数据进行分析，采用的预留沉

9、降量，是避免初支侵限的保障，本隧道原设计预留沉降量为 15cm,后调整至 40cm。 3.5 监控量测 监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛” ，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。 监控量测主要包括拱顶下沉和水平收敛，浅埋段应进行地表沉降量测。现场拱顶下沉采用全站仪利用贴片反射进行量测，水平收敛采用收敛仪进行量测。 4 体会和建议 对于围岩软弱，地形复杂的隧道施工，首先要认清软弱围岩的变形发展和变化规律，针对来自不同的外力采取不用的支护手段。 4.1 施工过程中要严格控制开挖工法，规范施工行为，严格按技术交底进行施工，对施工过程进行分析，及时调整支护参数，制定

10、科学合理的进度指标，避免突击冒进。 4.2 必须要运用多种超前地质预报手段，对前方围岩情况进行综合判定，以确定施工过程中的施工工法和支护参数。 4.3 以监控量测为依据，动态调整施工方法、支护参数及预留沉降量，确保施工安全。施工中结合量测数据，分析围岩变形和支护结构受力状况，及时采取减小钢支撑间距，增加喷射混凝土厚度，加设临时仰拱等措施，控制围岩变形，防止坍方变形。 4.4 须采用短台阶法施工，力求尽快形成闭合的初期支护受力环，绝不能采用长台阶法施工； 4.5 二次刚性混凝土衬砌应尽早施作，否则初期支护会变形太大无法收敛，但因围岩变形压力未分释放，二次衬砌结构必然承受较大的应力，这就要求二次衬砌结构必须有足够的刚度和强度。 4.6 尽可能采用“环形导坑法”施工且全过程采用机械开挖，实现对围岩的零扰动，对维护围岩的相对稳定起到了积极的作用。 参考文献： 浅埋偏压隧道施工技术 软弱地质浅埋大断面隧道地表塌陷处理研究 作者简介：张林涛，1980，男，籍贯：河南许昌禹州市，单位：中铁十局集团第二工程有限公司云桂铁路云南段第三项目部，现技术职称：工程师。