软弱围岩隧道施工问题探讨

软弱围岩隧道施工问题探讨

作者：刘松涛

来源：《科技创新与应用》2015年第27期

摘 要：文章详细阐述了修筑长大软弱围岩隧道的施工方法，分析了隧道病害的原因，提出了相应的防治措施，并得出了一些有益的结论，以供其他类似工程参考借鉴。 关键词：软弱围岩隧道；施工；病害治理 1 工程概况

隧道全长3186m，最大埋深56m，隧道穿越第四系全新统坡洪积粉土，第三系新统玄武岩，第三系中新统泥岩。由于隧道处于泥岩，拱部加有少量的玄武岩，泥岩具有强膨胀性，遇水收缩、失水收缩，全风化-强风化玄武岩节理裂隙发育，易掉块、坍塌，隧道整体地质条件较差。围岩具有强膨胀性，且遇水膨胀，失水收缩。 2 软弱围岩施工

隧道洞身处于泥岩中拱部夹有少量玄武岩，泥岩具有强膨胀性，开挖后失水收缩，遇水膨胀，玄武岩节理发育，破碎自稳能力差，含有少量的裂隙水出现。针对这种情况，该隧道对土质围岩隧道采用非钻爆开挖作业（即风镐配合挖掘机开挖），对石质部分采用弱爆破开挖方法，遵循“围岩变，施工方法变”的基本原则。（1）开挖。严格遵循“短开挖，禁爆破，快支护，勤测量，紧衬砌，早成环”原则，采用超短台阶发，用风镐配合挖掘机开挖的施工方法。该隧道进口短开挖体现为上台阶每次开挖长度控制在0.6～0.8cm范围内并预留核心土；中下台阶开挖每次开挖长度控制在1.2～1.5m范围内，并左右错开掘进，错开距离保证在2m以上。“禁爆破”，指土质隧道施工时，不得采用爆破开挖，降低施工队施工对围岩的扰动；“快支护”即开挖1m支护1m，及时将岩面喷混凝土封闭；“勤测量”，是指隧道开挖后按照要求及时布设拱顶下沉和周边收敛等监控量测点，保证在24小时内测取初始读数，并按照规范要求的测量频率进行观测；“紧衬砌”即在测量结果的基础上，及时进行复核复合衬砌；“早成环”，指及早施做仰拱，封闭衬砌结构，限制围岩变形发展。当围岩软弱、松散时，围岩变形快、侧压力大、自稳时间短，初期支护早期强度不能卯满足围岩稳定要求，甚至开挖后便产生岩体失稳坍塌现象。一般情况下，采用超前锚杆支护的办法，加固稳定围岩。当围岩松散破碎时，采用超前小导管进行加固处理。（2）初期支护。根据围岩的工程地质特性，为了施工安全，采用三台阶临时仰拱法施做。开挖后及时初喷4cm后砼尽早封闭岩面，并保证钢架的保护层厚度，然后开始施做系统锚杆，安装钢架及钢筋、网片，各种支护施工检查合格后二次复喷混凝土至设计厚度。安钢架装时，为了尽量减少拱顶下沉，严禁拱脚处超挖，且将该处进行适当的夯实处理，钢架背后安设混个凝土垫块，增加承压面积，钢架基脚处加设锁脚锚管，并注浆。钢架不仅作为前期初期支护，而且是符合复合衬砌的一部分，应严格按设计施工。为了保证初期支护具有一定的强度和稳定性，钢架安装后马上进行挂网喷射厚28cm的C30纤维混凝土加

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以封闭。上台阶、中台阶支护完成后应紧跟施做临时仰拱，采用I18钢架，钢架间距1.2m/榀，钢架用φ20钢筋连接环间距1m，上下各喷射4cm厚混凝土。在施工中采用超前导管，长度3.5m，纵向搭接1.5m，保证拱部上部至少有两层钢管作为超前支护。由于导管有仰角，故型钢与导管间存在间隙，在施工中采用短钢管或型钢废料将空隙堵塞，并焊接牢固。为了保证上台阶开挖后稳定及中、下台阶施工安全，要对上台阶加强支护，采用0.5m/榀I22a拱架，钢架背后用混凝土垫块楔紧，型钢钢架在拱脚部位施工Φ60锁脚锚管￠60，每处6根，长度4.5m，打入角度为斜向下30°～60°，通过U型筋与钢架焊接牢固，并要求注浆饱满，防止中、下台阶开挖时拱部下沉。中、下台阶施工时应左右错开施工。（3）二次衬砌。二次衬砌施做应满足：各测量项目所显示的位移速率明显减缓；各项收敛速度小于0.2mm/d或拱顶位移速度小于0.15mm/d；已产生的各项位移，已达到预计位移总量的80%～90%；初期支护表面没有再发张展的明显裂缝，采用二次衬砌紧跟，浅埋地段应及时进行二次衬砌。（4）二次衬砌。在二次衬砌施做前采用激光断面仪对初期支护断面进行测量，确保衬砌厚度，对初期支护表面不平整的位置进行处理后再铺设土工布、防水板，确保防水板施工时不会损坏防水板，对初期支护断面进行测量计算，确保衬砌厚度后铺设土工布、防水板铺设时要保证土工布与防水板预留一定的松弛度，防止在二次衬砌施做时被混凝土撑破，在绑扎二衬钢筋。二衬钢筋施工完成后应每平方加设不少于4块的同标号混凝土垫块，用于确保钢筋保护层，然后立模衬砌台车就位浇筑衬砌混凝土。（5）裂缝整治。隧道处于具有强膨胀性的泥岩夹有少量玄武岩中，膨胀性泥岩开挖后失水收缩，遇水膨胀，玄武岩节理发育，破碎自稳能力差，含有少量的裂隙水出现。由于9月份处于雨季，遇水的渗入导致泥岩膨胀挤压隧道初期支护。由于泥岩稳定性差，锁脚锚杆刚性不足导致拱顶下沉，进一步导致地表开裂，从而导致遇使地表水侵入隧道洞身内。根据洞内量测和地表观测显示，初支变形在隧道整治前一直在发展。隧道内初支变形，由于膨胀性泥岩遇水膨胀，引起隧道初支变形。整治方案：对地表开裂裂缝进行灌浆处理，同时做好地表水的引排工作，防止地表水渗入隧道洞身内；对已变形的地段的初期支护加设临时套拱，套拱间距为0.5cm/榀，紧贴初支表面，钢干架背后有间隙的部位用混凝土垫块楔紧，用锁脚锚杆固定钢架，同时加设连接钢筋，挂网，喷射砼；对侵入二衬的地段进行钢架更换处理，更换钢架循序应遵循先拱后墙的施工顺序，逐节进行更换至钢架设计位置，保证衬砌厚度，更换钢架过程中不允许一次更换距离过长，每次只能更换一榀钢架，并且是隔榀进行拆除。钢架更换3-6m后二次衬砌应紧跟施做。待二次衬砌施做完成后并达到设计强度后方可继续进行拱架更换；在所有侵入二次衬砌地段的初支变形处理完成后，再进行掘进时，每次掘进长度不能超过一榀钢架的位置，钢架间距由原先的0.6m/榀变更为0.5m/榀。锁脚锚管由原设计￠42，每处4根长度4.5m打入角度为斜向下30°～60°变更为Φ60锁脚锚管，每处6根，长度4.5m，打入角度为斜向下30°～60°，并注浆饱满，超前小导管由原来的纵向间距2.4m，变为纵向间距1m，打设长度不变，在施工临时仰拱施工的基础上增加了临时竖撑。测量结果表明：加过固效果比较明显，加固处理前平均每天平均拱顶下沉速率为2cm/d，周边收敛平均每天速率1cm/d，加固后平均每天拱顶下沉速率为3mm/d，周边收敛平均每天速率为2mm/d，最后趋于稳定，有效控制了裂缝的发展。地表裂缝整治后未发生变化，说明整治方案有效。 3 结束语

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（1）隧道软如围岩施工应注重调查研究，掌握不良地质现象的第一手资料，施工前应详细的调查研究隧道所通过地段的地形、地貌。准确的确定隧道埋深、有无偏压现象、围岩类别。特别对膨胀性泥岩，地下水分布情况做到心中有数。（2）因地制宜，采取针对性强、有效地施工方法，“地质变、施工工法变”根据软弱围岩隧道的工程地质特征，确定施工方案及施工方法。如土质隧道采用人工风镐配合挖掘机开挖。（3）严格遵循“新奥法”原则施工。土质隧道按照“短开挖，禁爆破，快支护，勤测量，紧衬砌，早成环”的原则施工。根据现场围岩情况修改设计参数，根据测量数据紧跟二次衬砌。软弱围岩的仰拱施工必须先行，并紧跟掌子面，二次衬砌应采用整体式一次浇筑。 参考文献

[1]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

作者简介：刘松涛（1979-），男，汉族，本科，江西南昌人，研究方向：主要从事土建施工技术监理工作。