软弱围岩隧道预留核心土法施工技术

邱兴宪

摘要：以娘拥水电站引水洞2#洞为背景,本文分析了引起软弱围岩隧道坍塌的原因,阐述了核心土法施工的原理和施工方法,并提出了用超短台阶、超前支护、及时封闭、合理调整支护参数的核心土法施工防坍塌的措施。

关键词隧道；施工；原理；技术；控制；措施；理念；

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言

近年来，软弱围岩隧道事故频繁发生，不但造成了财产损失和工期延误，而且造成了较大的人员伤亡和巨大的社会影响。软弱围岩地质条件复杂，施工工序繁多，工艺要求严格，技术含量高。如果能认清软弱围岩“变形与坍方的发展过程和变化规律”，严格执行“三超前、四到位、一强化”的施工方针，完全能够避免软弱围岩隧道事故的发生，确保施工安全。

一、工程概况

娘拥水电站位于四川省甘孜州乡城县，水电站引水洞全长15.4km,马蹄形，宽5.2m,高7.45m。该隧道为有压隧道，地质结构非常复杂，裂隙水丰富，围岩为变质砂岩、板岩，遇水成泥状。隧道时常发生突水、突泥、坍塌掉块现象，自稳能力极差。易发生滑坍方，一旦坍方可能形成连锁变形，不断扩大。

软弱围岩隧道施工当中比较常见塌方，一旦发生塌方不但带来经济损失还给施工增加了比较大的困难，所以预防隧道塌方非常重要。施工队伍在进入到软弱围岩施工的时候，需要对地质情况有比较深入的认识，依照地质情况合理地安排施工进度与施工方法，全面预防塌方的出现。定期地对施工人员进行培训，灌输安全意识，让施工人员认识到塌方对安全、工程质量有直接的影响，坚持标准化的流程来施工，培养施工人员好的行为习惯。施工过程中坚持“不坍就是进度”的思想，树立施工安全与质量保障意识。避免塌方，还需要我们在施工过程中强化施工技术，严格施工纪律，规范施工管理，认真落实技术交底，做好地质情况的超前预报工作。

二、软弱围岩隧道地质工程的特点

2. 1 地质特点

软弱围岩主要指的是第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分，涵盖江河湖岸和池塘冲积、淤积层、人工杂填土、溶洞充填物等。它们普遍都有着流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。

2. 2 工程特性

软弱围岩被扰动之后，它自身的稳定能力还会降低，软弱松动的范围会加大，围岩的压力不断增大，恢复到稳定状态的耗时也比较长，支护以及衬砌结构因受到围岩的压力很容易引起变形、下沉等危害。由于软弱围岩本身具有稳定性差，容易滑塌等特点，工程洞口段若拉槽施工就非常容易导致相当大范围的牵连性滑动，使得工程施工进洞比较困难。若在洞内施工，也会因围岩的承载力不够，会使支护结构下沉，同时围岩的稳定性比较差，可能会出现坍塌等危险现象，给安全施工增加了很大的困难。因软弱围岩的自稳时间比较短暂，需要采取化大为小和分部施工的方法。软弱围岩的地质比较复杂，施工时，需要随时根据具体地质情况作出施工方法调整。软弱围岩的施工环境给人极度的精神压力，施工风险极度大，给施工队伍最严峻的考验。

三、核心土法工艺原理和特点

隧道的核心土开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。如图1所示台阶法分类示意图。为台阶预留核心土开挖法具有下列技术特点：

图1

1．施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。

2．在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。

3．适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

4．在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。

5．当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。

本隧道施工时遇水情况下采取了微台阶法施工,无水时采取短台阶法施工。取得了良好效果。

四、预留核心土法施工技术

1、 三台阶预留核心土开挖法施工应符合下列要求：

⑴以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；

⑵弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；

⑶其他分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；

⑷仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；

⑸施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；

⑹完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

2、三台阶预留核心土开挖法施工工艺

⑴ 三台阶预留核心土开挖法可分为以下主要步骤：

Ⅰ上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；

Ⅱ中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：

Ⅲ中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。

3、施工步骤

第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3～5米，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1米，开挖后立即初喷3～5cm砼。开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。

第2、3步，左右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1m，开挖高度一般为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。

第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1m，开挖高度一般为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，如有必要可在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。

第6步，上中下台阶预留核心土开挖。

第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度宜为2~3m开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m。

三台阶预留核心土开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力。

4、仰拱施工

⑴ 隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3 m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的次数不得多余3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。

⑵隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

⑶仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6 m，仰拱应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。

⑷仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。

结束语

软弱围岩隧道施工因地质的特性与工程特性，必然给施工的安全控制、工程质量控制、工程进度控制以及效益控制带来比较大的难题。软弱围岩隧道施工一般需要根据实际工程情况，灵活采用施工方法，重点控制好各个施工技术阶段的难点。坚持在确保施工安全的情况下，最大限度地发挥施工人员的施工技术水平与施工机械的最大性能，实现安全与效益的双赢局面。随着科学技术的日益进步，相信会有更多更好的施工防塌方办法、爆破技术以及防排水材料应用到软岩隧道施工当中来，为解决软弱围岩施工带来便利。

参考文献

［1］ 郑联伟，罗雪峰． 软弱围岩隧道施工技术［J］. 中国水运，2010，( 1) : 172 －173.

［2］ 郭永雄． 软弱围岩隧道的施工技术［J］. 中国新技术新产品，2010，( 19) : 65.

［3］ 房志群，林明星． 关于浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工技术的探讨［J］. 中国新技术新产品，2008，( 10) : 67.

［4］ 明永华，胡雄刚，金明亮． 软弱围岩隧道施工技术探讨［J］. 公路交通科技，2007，( 9) : 159 －161.