1、偏压浅埋隧道进洞施工技术【内容提要】某隧道位于西秦岭褶皱系中, 节理裂隙发育, 岩体破碎。该隧道进口段位于滑坡体右侧边缘,洞门左侧发育一冲沟，最小埋深13m，在此偏压、浅埋、软弱围岩的条件下进行施工难度极大，特别是安全进洞施工。论文以该在建隧道为依托工程，进行了隧道在偏压、浅埋、软弱围岩等不利条件下施工工艺等方面的探讨，相关研究和结论可直接服务和指导该隧道施工，同时，本研究对类似隧道的施工有着重要的参考价值和指导意义，有着巨大的经济效益和社会效益。 【关键词】隧道工程偏压 浅埋 软弱围岩 进洞 施工 中图分类号：TU74 文章标识码：A 文章编号： 1.概况 某隧道位于甘肃省宕昌县境内,为兰渝
2、线兰州至广元段一双线隧道。该隧道全长 301m，最大埋深 90m，通过区位于西秦岭褶皱系中,岩体受区域构造影响严重，节理裂隙发育，岩体破碎。进口端山体纵向坡度 50 60，横向坡度 40 50，左侧发育一大冲沟，为偏压隧道；进口端位于滑坡体上，滑坡体物质松散，围岩稳定性差，工程地质条件差，围岩类别为 V 级，属软弱围岩；隧道进口 50m 埋深为 13m18m， （覆盖层厚度小于 2.5 倍洞跨=35m）属浅埋段。 隧道进口位于滑坡坡体右侧边缘，为基岩滑坡，滑坡体长：50m，宽：50m，厚 1530m，滑坡体物质主要为细角砾土，稍密密实，稍湿。滑坡体后壁高陡，平台明显，平台上有当地灌溉用水渠，常
3、年流水，不适合明挖进洞。 施工方案 2.1 施工不利因素分析 在各种不利条件中，偏压对隧道施工潜在的威胁最大。偏压会造成隧道的不平衡受力，轻则可使隧道拱圈变形，重则破坏隧道结构。该隧道的偏压来自左右两侧山体不对称，洞口左侧冲沟发育，相对右侧边坡较高，由于隧道不适合明挖，为确保进洞施工安全，首先加固边坡及抑坡；其次在左侧增加了扩大基础挡墙减少山体侧向推力，并在挡墙后拱顶部位回填土，以增加结构重量，加强平衡稳定；再次进洞前施工超前长管棚，以形成加固承载环，加强开挖面围岩稳定。 隧道浅埋段，土层在施工扰动后很难形成稳定受力圈，地表先沉降，辅助施工处理不好很容易造成塌方事故。考虑该隧道进口岩体主要为细
4、角砾土，自身稳定性差，采用地表注浆加固边仰坡；进洞时采用套拱法进洞，施做超前管棚并注浆，使破碎岩体粘结为整体，增强其自稳能力，减少塌方几率，增大安全系数。 2.2 专项施工方案 2.2.1 偏压 结合实际地形及地质状况，采用以下两种方案解决偏压问题。 2.2.1.1 加固边仰坡 a.施做洞顶截水沟及水渠的渗水处理 洞口位于滑坡体上，山体孔隙较大，为减少岩体孔隙水量，防止地面水流下渗，增大地层压力，危害洞口安全，采取施做顶截水沟及水渠的渗水处理的方案。截水沟采用人工开挖，浆砌石砌筑，单坡排水，将降水引至天然冲沟排至山下便道边沟。水渠内铺设防水卷材、防水板、水泥砂浆抹面；水渠外缘施做 42 小导管
5、并注双液水泥浆防渗。小导管单根长 4m，间距 1m，梅花布置。 b锚喷注浆加固边仰坡 对边仰坡进行锚喷支护，部分地段施做小导管注浆。根据设计边、仰坡开挖线，利用机械与人工配合，进行排碴开挖，坡面修整、刷齐，对坡面进行挂钢筋网并喷 15cm 厚 C25 混凝土，封闭加固松散破碎的岩面，最后进行打锚杆、注浆(1：1 水泥浆)，加固岩体。锚杆单根长 3m，小导管单根长 4m，间距 1.5m，梅花布置，钢筋网采用 820cm20cm，注浆压力不小于 2Mpa。 2.2.1.2 施做偏压挡墙 偏压挡墙应在进洞前施做，施做时避开雨季。由于此处不适合采用减压法，在滑坡体坡脚处施做混凝土挡墙，挡墙采用扩大基础
6、并用碎石换填。挡墙长 9m ,包括明洞段 5m 及洞身段 4m，与明洞设 22 钢筋连接，导向墙及洞口段钢拱架用锁脚锚杆与挡墙连成一体。该挡墙采用 C25 混凝土，墙高 16m，平均厚度 3m 。 在挡墙顶部回填填透水性较好的砂土，分层夯打密实，加高覆盖高度，挡墙与洞身拱顶夹角处注 1：1 水泥浆加固，以增加防推稳定能力。 2.2.2 浅埋 结合该处具体情况，采用套拱法进洞，大管棚及小导管注浆预加固及超前支护。 管棚超前支护是在隧道开挖前施做超前导管并注浆，开挖后架立拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构，是作为软弱围岩浅埋超前支护的一种手段，安全可靠。它对于防止围岩松弛，坍塌和拱顶下沉有显著效
7、果。考虑各项因素，该隧道采用大管棚进洞，管棚的技术参数为：热轧无缝钢管 108mm*6mm，43 根，单根长 30m，管内穿 18 钢筋笼增加刚度，灌注水泥砂浆填充密实；钢管间设 42 小导管注 1：1 水泥浆。 管棚施工要点如下： 2.2.2.1 导向墙施工 施做导向墙有两个目的，一确保管棚钢管位置准确，二起到护拱作用。2m 导向墙是由 3 榀 20b 工字钢为骨架，固定安放导向管，浇筑 80cm厚 C25 混凝土。施做时根据测量数据认真准确放置导向管并焊接牢固，浇筑混凝土时小心振捣，确保导向管位置。 2.2.2.2 钻机定位 安装钻机前先根据实际地形搭设钻机平台，合理安排钻孔顺序，缩短移动
8、钻机与搭设平台的时间，同时便于钻机定位。钻机应安装平稳、牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。另钻机机身与线路中线方向保持平行。 2.2.2.3 管棚定位 上抬量：在实际施工中，水平钻孔弯曲不可避免，在孔弯曲中最成问题的是向隧道设计断面内弯曲。因此，除提高管棚定位精度外，给以适当的上抬量（2530cm）和上抬角度是防止侵入断面的一种有效办法。上抬角度：上抬角度的设置除考虑防止管棚侵入设计断面外，还必须充分考虑到管棚钻机工作平台的高度，以及钻孔长度而定。 放线定位：充分考虑到上抬量和上抬角度后，正确算出各钻孔孔口位置，利用测量仪器定出钻孔的位置和倾角。 为保证管棚施工质量，我
9、们采取如下措施： 在拱脚部位，首先试钻 23 个试验孔，从而找出适合本地层特点的可能孔深及其调正系数，并通过试验孔进行施工组织调整。 2.2.2.4 管棚施工 钻孔：利用管棚钻机液压旋转推进钻孔到设计深度，每钻入一节续接下一节钻杆，直至钻孔到设计深度。钻机开孔时要低速，待成孔 1.0米以上，可升高到正常压力，遇软岩或流塑软粘土，改用低压钻进。钻进时产生塌孔、卡钻者，必须补浆后再钻进。钻进过程中，严格按操作要点施钻，控制好转速及进度，同时随钻进注意钻机的平稳状态及钻杆的铅直到现在稳定状态。发生异样而停机检查，及时对产生的钻孔偏差予以纠正，防止废孔。采取跳位钻孔法钻孔，并钻一孔安设一孔，以防坍孔。
10、每孔均要进行终孔检查，孔位的偏差、终孔端的偏移值不大于10cm，并不侵入开挖周边，对于弯曲、偏移过量孔填充后重钻。 清孔：成孔后用高压风或水水将孔内余碴清洗干净，防止插管时卡管，必须做到随钻随清孔随插管。 校孔：测定时拔出钻杆及钻头，在钢管内安光源装置并将钢管插入孔内，用仪器测定其偏移量。 弯孔的修正：在弯曲部分填充比周围强度大的砂浆，等其凝固后，从开始弯曲的起点重新钻孔。 装入钢管：钻孔检查合格后，将钢管接长装入孔内，注意保持质量，防止开挖过程中接头断裂，引起坍塌。钢管连接用小径钢管插入大径钢管内后再焊接牢固。 穿钢筋笼：钢管安装完毕后穿入加工好的钢筋笼，注意钢筋笼接头焊接质量。 堵孔灌注砂
11、浆：现场配制砂浆，用砂浆泵注入，确保注浆压力。 2.2.2.5 管棚施工 在拱顶和 2 个拱脚预留存胩取芯孔，由取得的岩芯，可检注浆效果并可根据岩芯分析地质情况，对其它孔也是参考，还可提供洞内开挖地址预报资料，指导洞内施工。 2.3 洞内施工 软弱围岩一般采用 CD、CRD 法或三台阶七步法开挖，考虑到施工进度及施工安全等方面，本隧道采用三台阶七步法开挖。以人工风镐配合挖掘机开挖，开挖后钢拱架、锚喷支护、仰拱快速封闭。 三台阶七步流水作业法开挖采用弱爆破或人工开挖，局部爆破时严格控制炮眼深度及装药量。各部开挖循环进尺不大于 0.6m（钢架间距0.6m） ，预留核心土，开挖后及时对围岩进行初喷，
12、初喷 C25 混凝土，然后架立钢架并设锁脚钢管、系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。图 2 三台阶七步开挖法示意图 三台阶七步开挖法施工说明： 第 1 步：施做超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土，施做拱部初期支护； 第 2、3 步：开挖左右侧中台阶并施做初期支护； 第 4、5 步：开挖左右侧下台阶并施做初期支护； 第 6 步：分别开挖上、中、下台阶核心土； 第 7 步：开挖隧底并施做仰拱初期支护封闭成环。 图 3 三台阶七步法施工 2.4 监控量测 隧道监控量测的目的： （1）及时掌握地表沉陷围岩和支护结构的动态，确保施工安全。便于进行日常施工管理。 （2）经过对量测数据的分析处理与必要的计
13、算和判断后，进行下一阶段的施工预测。掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈指导施工作业，以确保施工安全和隧道的稳定。 （3）通过对围岩和支护的变位、应力量测修改支护系统设计。 （4）将已有的工程量测结果应用到其它类似工程中，作为今后设计和施工的类比依据。 通过对施工中围岩状态观测，合理安排施工程序，指导工序作业的时间控制，进行变更设计及日常的施工管理。根据收敛值，地表下沉量量测数据，适时或提前对施工方法进行调整，确保施工进度和安全 该隧道施工时隧道在 DK323+427 处根据监控量测数据发现拱顶下沉速度超标，山体出现裂缝，洞内立即采用大拱脚法（扩大拱脚，临时仰拱）施工，并及时施做仰拱二次衬砌及填
14、充，遏制了山体变形，保证了隧道施工质量。 3. 结束语 通过对该隧道的进洞施工实践，总结经验如下： 大跨径偏压段隧道施工，首先要及时处理偏压问题，否则事后难以处理； 为保证偏压浅埋隧道的进洞安全和施工质量，首要是做好洞口的准备工作，如排水、边坡防护等； 长管棚作为软弱地层，大跨、浅埋地段隧道的超前支护技术，对注浆加固地层、封堵地下水渗漏，仰制围岩变形，加快施工进度，确保施工安全作用明显； 在保证质量的前提下，开挖方法选择，需因地制宜，应随地质及水文变化而相应变更，以加快进度和提高效率； 监控量测在偏压浅埋隧道施工中尤为重要，利用监控量测数据指导施工能有效保证施工安全和施工质量，还能优化施工工艺
15、。 该隧道进口端位于滑坡体上，属于典型的偏压、浅埋隧道。如果按照传统的施工方案，进洞及洞内施工难度很大，而且工期长，安全隐患大。本文以该隧道为依托工程，进行了隧道进洞施工工艺等方面的探讨，相关研究和结论可直接服务和指导该隧道施工，同时，本研究对类似隧道的施工有着重要的参考价值和指导意义有着巨大的经济效益和社会效益。 参考文献 【1】铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南 。北京：中国铁道出版社，2007 【2】TB10601-2009 高速铁路工程测量规范P.北京：中国铁道出版社，2007 【3】TB10417-2003 铁路隧道工程施工质量验收标准S。北京：中国铁道出版社，2003 【4】TZ204-2008 铁道隧道施工技术指南S。北京：中国铁道出版社，2008 【5】中铁第一勘察设计院集团有限公司，兰渝施隧参 I-100R.西安：2009
